Java NIO编程

NIO 同步非阻塞的编程方式
主要是解决BIO的大并发问题，NIO最重要的地方是当一个连接创建后，对应一个线程，这个连接会被注册到多路复用器上面，所以所有的连接只需要一个线程就可以完成，当这个线程中的多路复用器进行轮询的时候，发现连接上有请求的时候，才开启线程进行处理，也就是一个请求一个线程模式。
NIO的处理方式中，当一个请求来的时候，开启线程进行处理，可能会等待后端的资源连接等等，其实该线程就被阻塞了，当并发上来的时候，还是会出现BIO一样的阻塞问题。

首先创建一个服务端的程序，客户端发起请求的时候，服务端会创建一个SocketChannel通道，客户端会和通道一一对应，然后服务端会把通道注册到多路复用器Selector上面。当多路复用器对通道进行轮询的时候，当通道需要进行操作的时候，多路复用器会通知通道去工作线程（work thread）去操作，把所有的读写数据写入Buffer缓存区中。即所有的操作都是面向Buffer实现的，而工作线程不是和客户端线程一一对应的，而是一个工作线程为多个客户端提供服务，Selector通过SocketChannel可以处理多个客户端请求。

同步非阻塞，服务器实现模式为一个请求一个通道，即客户端发送的连接请求都会注册到多路复用器上面，多路复用器轮询到有IO请求时才会启动一个线程处理。
NIO方式适用于连接数目多，且连接比较短（轻操作）的架构，比如聊天服务器。

Buffer：ByteBuffer、CharBuffer、ShortBuffer、IntBuffer、LongBuffer、FloatBuffer、DoubleBuffer
Channel：SocketChannel、serverSocketChannel
Selector：Selector、AbstractSelector
SelectionKey： OP_ACCEPT ：连接成功的标记
OP_READ ：可以读取数据的标记
OP_WRITE ：可以写入数据的标记
OP_CONNECT ：建立连接后的标记

Buffer缓存区不是代表一个Buffer，它可以是一个或者多个Buffer。

package nio;import java.io.IOException;
import java.net.InetSocketAddress;
import java.nio.ByteBuffer;
import java.nio.channels.SocketChannel;
import java.util.Scanner;public class NIOClient {public static void main(String[] args){// 创建远程连接地址InetSocketAddress remote = new InetSocketAddress("localhost",9999);SocketChannel channel = null;ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024);try {channel = SocketChannel.open();channel.connect(remote);Scanner reader = new Scanner(System.in);while (true){System.out.println("put message for send to Server >");String line = reader.nextLine();if(line.equals("exit")){break;}buffer.put(line.getBytes("UTF-8"));buffer.flip();channel.write(buffer);buffer.clear();int readLength = channel.read(buffer);if(readLength == -1){break;}// 重置缓存游标buffer.flip();byte[] datas = new byte[buffer.remaining()];// 读取数据到数组buffer.get(datas);System.out.println("from server : " + new String(datas, "UTF-8"));// 清空缓存buffer.clear();}}catch (Exception e){e.printStackTrace();}finally {if(channel != null){try {channel.close();}catch (IOException e){e.printStackTrace();}}}}
}

package nio;import java.io.IOException;
import java.net.InetSocketAddress;
import java.nio.*;
import java.nio.channels.*;
import java.nio.channels.spi.AbstractSelector;
import java.util.Iterator;
import java.util.Scanner;public class NIOServer implements Runnable {// 多路复用器，选择器。用于注册通道private Selector selector;// 定义两个缓存 分别用于读和写；初始化空间大小为1024字节private ByteBuffer readBuffer = ByteBuffer.allocate(1024);private ByteBuffer writeBuffer = ByteBuffer.allocate(1024);public static void main(String[] args){new Thread(new NIOServer(9999)).start();}public NIOServer (int port){init(port);}private void init(int port) {try {System.out.println("server starting at port " + port + "...");this.selector = Selector.open();// 开启服务通道ServerSocketChannel serverSocketChannel = ServerSocketChannel.open();// 非阻塞，传递参数为true为阻塞模式serverSocketChannel.configureBlocking(false);// 绑定端口serverSocketChannel.bind(new InetSocketAddress(port));// 注册，并标记当前服务通道状态/*** register(Selector,int)* int  - 状态编码* OP_ACCEPT ：连接成功的标记* OP_READ ：可以读取数据的标记* OP_WRITE ：可以写入数据的标记* OP_CONNECT ：建立连接后的标记*/serverSocketChannel.register(this.selector, SelectionKey.OP_ACCEPT);System.out.println("server start");}catch (IOException e){e.printStackTrace();}}@Overridepublic void run() {while (true){try {// 阻塞方法，当至少一个通道被选中，此方法返回。this.selector.select();// 返回以选中的通道标记集合，集合保存的是通道的标记,相当于是通道的IDIterator<SelectionKey> keys = this.selector.selectedKeys().iterator();while (keys.hasNext()){SelectionKey key = keys.next();// 将本次要处理的通道冲集合中删除,下次删除根据新的通道列表再次执行必要的业务逻辑keys.remove();// 通道是否有效if(key.isValid()){try {if (key.isAcceptable()){accept(key);}}catch (CancelledKeyException e){key.cancel();}try{if(key.isReadable()){read(key);}}catch (CancelledKeyException cke){key.cancel();}try{if(key.isWritable()){write(key);}}catch (CancelledKeyException cke){key.cancel();}}}} catch (IOException e) {e.printStackTrace();}}}private void write(SelectionKey key){this.writeBuffer.clear();SocketChannel channel = (SocketChannel)key.channel();Scanner reader = new Scanner(System.in);try {System.out.println("put message for send to client > ");String line = reader.nextLine();writeBuffer.put(line.getBytes("UTF-8"));writeBuffer.flip();channel.write(writeBuffer);channel.register(this.selector,SelectionKey.OP_READ);}catch (IOException e){e.printStackTrace();}}private void read(SelectionKey key){try {// 清空读缓存this.readBuffer.clear();// 获取通道SocketChannel channel = (SocketChannel)key.channel();// 将通道中的数据读到缓存中。通道中的数据，就是客户端发送给服务器的数据。int readLength = channel.read(readBuffer);// 检查客户端是否写入数据if(readLength == -1){// 通道关闭key.channel().close();// 关闭连接key.cancel();return;}// flip,NIO中最复杂的操作就是Buffer的控制/** Buffer中有一个游标。游标的信息在操作后不会归零，如果直接访问Buffer的话，数据有可能不一致。* flip是重置游标的方法.NIO编程中，flip方法是常用的方法**/this.readBuffer.flip();// 字节数据，保存具体数据。Buffer.remaining() ->获取Buffer中有效数据长度的方法。byte[] datas = new byte[readBuffer.remaining()];// 是将Buffer中的有效数据保存到有效数组中。readBuffer.get(datas);System.out.println("from" + channel.getRemoteAddress() + " client ： " + new String(datas,"UTF-8"));channel.register(this.selector,SelectionKey.OP_WRITE);}catch (IOException e){e.printStackTrace();}}private void accept(SelectionKey key){try {// 此通道为init方法中注册到Seleor上的ServerSocketChannelServerSocketChannel serverSocketChannel = (ServerSocketChannel) key.channel();// 阻塞方法，当客户端发起请求后返回.此通道和客户端一一对应SocketChannel channel = serverSocketChannel.accept();channel.configureBlocking(false);// 设置对用客户端的通道标记状态,此通道为读取数据使用的。channel.register(this.selector,SelectionKey.OP_READ);}catch (IOException e){e.printStackTrace();}}
}

Buffer的应用固定逻辑

写操作逻辑
1.clear()
2.put()
3.flip()
4.socketChanel.write(buffer); ->将缓存数据发送到网络的另一端
5.clear()
读操作逻辑
1.clear()
2.SocketChannel.read(buffer); ->从网络中读取数据
3.buffer.flip()
4.buffer.get()
5.buffer.clear()

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