Java NIO服务器端开发详解

Java NIO服务器端开发详解

一、NIO类库简介

1、缓冲区Buffer

Buffer是一个对象，包含一些要写入和读出的数据。

在NIO中，所有的数据都是用缓冲区处理的，读取数据时，它是从通道(Channel)直接读到缓冲区中，在写入数据时，也是从缓冲区写入到通道。

缓冲区实质上是一个数组，通常是一个字节数组(ByteBuffer)，也可以是其它类型的数组，此外缓冲区还提供了对数据的结构化访问以及维护读写位置等信息。

Buffer类的继承关系如下图所示：

2、通道Channel

Channel是一个通道，网络数据通过Channel读取和写入。通道和流的不同之处在于通道是双向的(通道可以用于读、写后者二者同时进行)，流只是在一个方向上移动。

Channel大体上可以分为两类：用于网络读写的SelectableChannel(ServerSocketChannel和SocketChannel就是其子类)、用于文件操作的FileChannel。

下面的例子给出通过FileChannel来向文件中写入数据、从文件中读取数据，将文件数据拷贝到另一个文件中：

public class NioTest

{

public static void main(String[] args) throws IOException

{

copyFile();

}

//拷贝文件

private static void copyFile()

{

FileInputStream in=null;

FileOutputStream out=null;

try

{

in=new FileInputStream("src/main/java/data/in-data.txt");

out=new FileOutputStream("src/main/java/data/out-data.txt");

FileChannel inChannel=in.getChannel();

FileChannel outChannel=out.getChannel();

ByteBuffer buffer=ByteBuffer.allocate(1024);

int bytesRead = inChannel.read(buffer);

while (bytesRead!=-1)

{

buffer.flip();

outChannel.write(buffer);

buffer.clear();

bytesRead = inChannel.read(buffer);

}

}

catch (FileNotFoundException e)

{

// TODO Auto-generated catch block

e.printStackTrace();

} catch (IOException e)

{

// TODO Auto-generated catch block

e.printStackTrace();

}

}

//写文件

private static void writeFileNio()

{

try

{

RandomAccessFile fout = new RandomAccessFile("src/main/java/data/nio-data.txt", "rw");

FileChannel fc=fout.getChannel();

ByteBuffer buffer=ByteBuffer.allocate(1024);

buffer.put("hi123".getBytes());

buffer.flip();

try

{

fc.write(buffer);

} catch (IOException e)

{

// TODO Auto-generated catch block

e.printStackTrace();

}

}

catch (FileNotFoundException e)

{

// TODO Auto-generated catch block

e.printStackTrace();

}

}

//读文件

private static void readFileNio()

{

FileInputStream fileInputStream;

try

{

fileInputStream = new FileInputStream("src/main/java/data/nio-data.txt");

FileChannel fileChannel=fileInputStream.getChannel();//从 FileInputStream 获取通道

ByteBuffer byteBuffer=ByteBuffer.allocate(1024);//创建缓冲区

int bytesRead=fileChannel.read(byteBuffer);//将数据读到缓冲区

while(bytesRead!=-1)

{

/*limit=position

* position=0;

*/

byteBuffer.flip();

//hasRemaining():告知在当前位置和限制之间是否有元素

while (byteBuffer.hasRemaining())

{

System.out.print((char) byteBuffer.get());

}

/*

* 清空缓冲区

* position=0;

* limit=capacity;

*/

byteBuffer.clear();

bytesRead = fileChannel.read(byteBuffer);

}

} catch (FileNotFoundException e)

{

// TODO Auto-generated catch block

e.printStackTrace();

} catch (IOException e)

{

// TODO Auto-generated catch block

e.printStackTrace();

}

}

}

3、多路复用器Selector

多路复用器提供选择已经就绪的任务的能力。Selector会不断的轮询注册在其上的Channel，如果某个Channel上面发送读或者写事件，这个Channel就处于就绪状态，会被Selector轮询出来，然后通过SelectionKey可以获取就绪Channel的集合，进行后续的I/O操作。

一个多路复用器Selector可以同时轮询多个Channel，由于JDK使用了epoll代替了传统的select实现，所以它没有最大连接句柄1024/2048的限制，意味着只需要一个线程负责Selector的轮询，就可以接入成千上万的客户端。其模型如下图所示：

用单线程处理一个Selector。要使用Selector，得向Selector注册Channel，然后调用它的select()方法。这个方法会一直阻塞到某个注册的通道有事件就绪。一旦这个方法返回，线程就可以处理这些事件，事件的例子有如新连接进来，数据接收等。

注：

1、什么select模型？

select是事件触发机制，当等待的事件发生就触发进行处理，多用于linux实现的服务器对客户端的处理。

可以阻塞地同时探测一组支持非阻塞的IO设备，是否有事件发生(如可读、可写，有高优先级错误输出等)，直至某一个设备触发了事件或者超过了指定的等待时间。也就是它们的职责不是做IO，而是帮助调用者寻找当前就绪的设备。

2、什么是epoll模型？

epoll的设计思路，是把select/poll单个的操作拆分为1个epoll_create+多个epoll_ctrl+一个wait。此外，内核针对epoll操作添加了一个文件系统”eventpollfs”，每一个或者多个要监视的文件描述符都有一个对应的eventpollfs文件系统的inode节点，主要信息保存在eventpoll结构体中。而被监视的文件的重要信息则保存在epitem结构体中。所以他们是一对多的关系。

二、NIO服务器端开发

功能说明：开启服务器端，对每一个接入的客户端都向其发送hello字符串。

使用NIO进行服务器端开发主要有以下几个步骤：

1、创建ServerSocketChannel，配置它为非阻塞模式

serverSocketChannel = ServerSocketChannel.open();

serverSocketChannel.configureBlocking(false);

2、绑定监听，配置TCP参数，如backlog大小

serverSocketChannel.socket().bind(new InetSocketAddress(8080));

3、创建一个独立的I/O线程，用于轮询多路复用器Selector

4、创建Selector，将之前创建的ServerSocketChannel注册到Selector上，监听SelectionKey.ACCEPT

selector=Selector.open();

serverSocketChannel.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT);

5、启动I/O线程，在循环体内执行Selector.select()方法，轮询就绪的Channel

while(true)

{

try

{

//select()阻塞到至少有一个通道在你注册的事件上就绪了

//如果没有准备好的channel,就在这一直阻塞

//select(long timeout)和select()一样，除了最长会阻塞timeout毫秒(参数)。

selector.select();

}

catch (IOException e)

{

// TODO Auto-generated catch block

e.printStackTrace();

break;

}

　}

6、当轮询到了处于就绪状态的Channel时，需对其进行判断，如果是OP_ACCEPT状态，说明是新的客户端接入，则调用ServerSocketChannel.accept()方法接受新的客户端

//返回已经就绪的SelectionKey，然后迭代执行

Set readKeys=selector.selectedKeys();

for(Iterator it=readKeys.iterator();it.hasNext();)

{

SelectionKey key=it.next();

it.remove();

try

{

if(key.isAcceptable())

{

ServerSocketChannel server=(ServerSocketChannel) key.channel();

SocketChannel client=server.accept();

client.configureBlocking(false);

client.register(selector,SelectionKey.OP_WRITE);

}

else if(key.isWritable())

{

SocketChannel client=(SocketChannel) key.channel();

ByteBuffer buffer=ByteBuffer.allocate(20);

String str="hello";

buffer=ByteBuffer.wrap(str.getBytes());

client.write(buffer);

key.cancel();

}

}catch(IOException e)

{

e.printStackTrace();

key.cancel();

try

{

key.channel().close();

} catch (IOException e1)

{

// TODO Auto-generated catch block

e1.printStackTrace();

}

}

}

7、设置新接入的客户端链路SocketChannel为非阻塞模式，配置其他的一些TCP参数

if(key.isAcceptable())

{

ServerSocketChannel server=(ServerSocketChannel) key.channel();

SocketChannel client=server.accept();

client.configureBlocking(false);

...

}

8、将SocketChannel注册到Selector，监听OP_WRITE

client.register(selector,SelectionKey.OP_WRITE);

9、如果轮询的Channel为OP_WRITE，则说明要向SockChannel中写入数据，则构造ByteBuffer对象，写入数据包

else if(key.isWritable())

{

SocketChannel client=(SocketChannel) key.channel();

ByteBuffer buffer=ByteBuffer.allocate(20);

String str="hello";

buffer=ByteBuffer.wrap(str.getBytes());

client.write(buffer);

key.cancel();

}

完整代码如下：

import java.io.IOException;

import java.net.InetSocketAddress;

import java.nio.ByteBuffer;

import java.nio.channels.SelectionKey;

import java.nio.channels.Selector;

import java.nio.channels.ServerSocketChannel;

import java.nio.channels.SocketChannel;

import java.util.Iterator;

import java.util.Set;

public class ServerSocketChannelDemo

{

public static void main(String[] args)

{

ServerSocketChannel serverSocketChannel;

Selector selector=null;

try

{

serverSocketChannel = ServerSocketChannel.open();

serverSocketChannel.configureBlocking(false);

serverSocketChannel.socket().bind(new InetSocketAddress(8080));

selector=Selector.open();

serverSocketChannel.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT);

}

catch (IOException e)

{

// TODO Auto-generated catch block

e.printStackTrace();

}

while(true)

{

try

{

//select()阻塞到至少有一个通道在你注册的事件上就绪了

//如果没有准备好的channel,就在这一直阻塞

//select(long timeout)和select()一样，除了最长会阻塞timeout毫秒(参数)。

selector.select();

}

catch (IOException e)

{

// TODO Auto-generated catch block

e.printStackTrace();

break;

}

//返回已经就绪的SelectionKey，然后迭代执行

Set readKeys=selector.selectedKeys();

for (Iterator it=readKeys.iterator();it.hasNext();)

{

SelectionKey key=it.next();

it.remove();

try

{

if(key.isAcceptable())

{

ServerSocketChannel server=(ServerSocketChannel) key.channel();

SocketChannel client=server.accept();

client.configureBlocking(false);

client.register(selector,SelectionKey.OP_WRITE);

} else if(key.isWritable())

{

SocketChannel client=(SocketChannel) key.channel();

ByteBuffer buffer=ByteBuffer.allocate(20);

String str="hello";

buffer=ByteBuffer.wrap(str.getBytes());

client.write(buffer);

key.cancel();

}

}

catch(IOException e)

{

e.printStackTrace();

key.cancel();

try

{

key.channel().close();

}

catch (IOException e1)

{

// TODO Auto-generated catch block

e1.printStackTrace();

}

}

}

}

}

}

我们用telnet localhost 8080模拟出多个客户端：

程序运行结果如下：

总结

以上就是本文关于Java NIO服务器端开发详解的全部内容，希望对大家有所帮助。感兴趣的朋友可以继续参阅本站其他相关专题，如有不足之处，欢迎留言指出。感谢朋友们对本站的支持！

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