聽說有人想看NIO知識點，三歪找來了
本文公眾號來源：一枝花算不算浪漫 作者：小飛 & 花哥 本文已收錄至我的GitHub
前言
目前網(wǎng)上關(guān)于Netty學(xué)習(xí)資料玲瑯滿目，不知如何下手，其實大家都是一樣的，學(xué)習(xí)方法和技巧都是總結(jié)出來的，我們在沒有找到很好的方法之前不如按部就班先從基礎(chǔ)開始，一般從總分總的漸進方式，既觀森林，又見草木。
一、網(wǎng)絡(luò)編程基礎(chǔ)回顧
1. Socket
Socket本身有“插座”的意思，不是Java中特有的概念，而是一個語言無關(guān)的標準，任何可以實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)編程的編程語言都有Socket。在Linux環(huán)境下，用于表示進程間網(wǎng)絡(luò)通信的特殊文件類型，其本質(zhì)為內(nèi)核借助緩沖區(qū)形成的偽文件。既然是文件，那么理所當然的，我們可以使用文件描述符引用套接字。
與管道類似的，Linux系統(tǒng)將其封裝成文件的目的是為了統(tǒng)一接口，使得讀寫套接字和讀寫文件的操作一致。區(qū)別是管道主要應(yīng)用于本地進程間通信，而套接字多應(yīng)用于網(wǎng)絡(luò)進程間數(shù)據(jù)的傳遞。
可以這么理解：Socket就是網(wǎng)絡(luò)上的兩個應(yīng)用程序通過一個雙向通信連接實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換的編程接口API。
Socket通信的基本流程具體步驟如下所示:
（1）服務(wù)端通過Listen開啟監(jiān)聽，等待客戶端接入。
（2）客戶端的套接字通過Connect連接服務(wù)器端的套接字，服務(wù)端通過Accept接收客戶端連接。在connect-accept過程中，操作系統(tǒng)將會進行三次握手。
（3）客戶端和服務(wù)端通過write和read發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，操作系統(tǒng)將會完成TCP數(shù)據(jù)的確認、重發(fā)等步驟。
（4）通過close關(guān)閉連接，操作系統(tǒng)會進行四次揮手。
針對Java編程語言，java.net包是網(wǎng)絡(luò)編程的基礎(chǔ)類庫。其中ServerSocket和Socket是網(wǎng)絡(luò)編程的基礎(chǔ)類型。
SeverSocket是服務(wù)端應(yīng)用類型。Socket是建立連接的類型。當連接建立成功后，服務(wù)器和客戶端都會有一個Socket對象示例，可以通過這個Socket對象示例，完成會話的所有操作。對于一個完整的網(wǎng)絡(luò)連接來說，Socket是平等的，沒有服務(wù)器客戶端分級情況。
2. IO模型介紹
對于一次IO操作，數(shù)據(jù)會先拷貝到內(nèi)核空間中，然后再從內(nèi)核空間拷貝到用戶空間中，所以一次read操作，會經(jīng)歷兩個階段：
（1）等待數(shù)據(jù)準備
（2）數(shù)據(jù)從內(nèi)核空間拷貝到用戶空間
基于以上兩個階段就產(chǎn)生了五種不同的IO模式。
阻塞IO：從進程發(fā)起IO操作，一直等待上述兩個階段完成，此時兩階段一起阻塞。 非阻塞IO：進程一直詢問IO準備好了沒有，準備好了再發(fā)起讀取操作，這時才把數(shù)據(jù)從內(nèi)核空間拷貝到用戶空間。第一階段不阻塞但要輪詢，第二階段阻塞。 多路復(fù)用IO：多個連接使用同一個select去詢問IO準備好了沒有，如果有準備好了的，就返回有數(shù)據(jù)準備好了，然后對應(yīng)的連接再發(fā)起讀取操作，把數(shù)據(jù)從內(nèi)核空間拷貝到用戶空間。兩階段分開阻塞。 信號驅(qū)動IO：進程發(fā)起讀取操作會立即返回，當數(shù)據(jù)準備好了會以通知的形式告訴進程，進程再發(fā)起讀取操作，把數(shù)據(jù)從內(nèi)核空間拷貝到用戶空間。第一階段不阻塞，第二階段阻塞。 異步IO：進程發(fā)起讀取操作會立即返回，等到數(shù)據(jù)準備好且已經(jīng)拷貝到用戶空間了再通知進程拿數(shù)據(jù)。兩個階段都不阻塞。
這五種IO模式不難發(fā)現(xiàn)存在這兩對關(guān)系：同步和異步、阻塞和非阻塞。那么稍微解釋一下：
同步和異步
同步： 同步就是發(fā)起一個調(diào)用后，被調(diào)用者未處理完請求之前，調(diào)用不返回。 異步： 異步就是發(fā)起一個調(diào)用后，立刻得到被調(diào)用者的回應(yīng)表示已接收到請求，但是被調(diào)用者并沒有返回結(jié)果，此時我們可以處理其他的請求，被調(diào)用者通常依靠事件，回調(diào)等機制來通知調(diào)用者其返回結(jié)果。
同步和異步的區(qū)別最大在于異步的話調(diào)用者不需要等待處理結(jié)果，被調(diào)用者會通過回調(diào)等機制來通知調(diào)用者其返回結(jié)果。
阻塞和非阻塞
阻塞： 阻塞就是發(fā)起一個請求，調(diào)用者一直等待請求結(jié)果返回，也就是當前線程會被掛起，無法從事其他任務(wù)，只有當條件就緒才能繼續(xù)。 非阻塞： 非阻塞就是發(fā)起一個請求，調(diào)用者不用一直等著結(jié)果返回，可以先去干其他事情。
阻塞和非阻塞是針對進程在訪問數(shù)據(jù)的時候，根據(jù)IO操作的就緒狀態(tài)來采取的不同方式，說白了是一種讀取或者寫入操作方法的實現(xiàn)方式，阻塞方式下讀取或者寫入函數(shù)將一直等待，而非阻塞方式下，讀取或者寫入方法會立即返回一個狀態(tài)值。
如果組合后的同步阻塞(blocking-IO)簡稱BIO、同步非阻塞(non-blocking-IO)簡稱NIO和異步非阻塞(asynchronous-non-blocking-IO)簡稱AIO又代表什么意思呢？
BIO (同步阻塞I/O模式): 數(shù)據(jù)的讀取寫入必須阻塞在一個線程內(nèi)等待其完成。這里使用那個經(jīng)典的燒開水例子，這里假設(shè)一個燒開水的場景，有一排水壺在燒開水，BIO的工作模式就是， 叫一個線程停留在一個水壺那，直到這個水壺?zé)_，才去處理下一個水壺。但是實際上線程在等待水壺?zé)_的時間段什么都沒有做。 NIO(同步非阻塞): 同時支持阻塞與非阻塞模式，但這里我們以其同步非阻塞I/O模式來說明，那么什么叫做同步非阻塞？如果還拿燒開水來說，NIO的做法是叫一個線程不斷的輪詢每個水壺的狀態(tài)，看看是否有水壺的狀態(tài)發(fā)生了改變，從而進行下一步的操作。 AIO(異步非阻塞I/O模型): 異步非阻塞與同步非阻塞的區(qū)別在哪里？異步非阻塞無需一個線程去輪詢所有IO操作的狀態(tài)改變，在相應(yīng)的狀態(tài)改變后，系統(tǒng)會通知對應(yīng)的線程來處理。對應(yīng)到燒開水中就是，為每個水壺上面裝了一個開關(guān)，水燒開之后，水壺會自動通知我水燒開了。
java 中的 BIO、NIO和AIO理解為是 Java 語言在操作系統(tǒng)層面對這三種 IO 模型的封裝。程序員在使用這些 封裝API 的時候，不需要關(guān)心操作系統(tǒng)層面的知識，也不需要根據(jù)不同操作系統(tǒng)編寫不同的代碼，只需要使用Java的API就可以了。由此，為了使讀者對這三種模型有個比較具體和遞推式的了解，并且和本文主題NIO有個清晰的對比，下面繼續(xù)延伸。
Java BIO
BIO編程方式通常是是Java的上古產(chǎn)品，自JDK 1.0-JDK1.4就有的東西。編程實現(xiàn)過程為：首先在服務(wù)端啟動一個ServerSocket來監(jiān)聽網(wǎng)絡(luò)請求，客戶端啟動Socket發(fā)起網(wǎng)絡(luò)請求，默認情況下SeverSocket會建立一個線程來處理此請求，如果服務(wù)端沒有線程可用，客戶端則會阻塞等待或遭到拒絕。服務(wù)器實現(xiàn)模式為一個連接一個線程，即客戶端有連接請求時服務(wù)器端就需要啟動一個線程進行處理。大致結(jié)構(gòu)如下：
如果要讓 BIO 通信模型能夠同時處理多個客戶端請求，就必須使用多線程（主要原因是 socket.accept()、socket.read()、 socket.write() 涉及的三個主要函數(shù)都是同步阻塞的），也就是說它在接收到客戶端連接請求之后為每個客戶端創(chuàng)建一個新的線程進行鏈路處理，處理完成之后，通過輸出流返回應(yīng)答給客戶端，線程銷毀。這就是典型的 一請求一應(yīng)答通信模型 。我們可以設(shè)想一下如果這個連接不做任何事情的話就會造成不必要的線程開銷，不過可以通過線程池機制改善，線程池還可以讓線程的創(chuàng)建和回收成本相對較低。使用線程池機制改善后的 BIO 模型圖如下:
BIO方式適用于連接數(shù)目比較小且固定的架構(gòu)，這種方式對服務(wù)器資源要求比較高，并發(fā)局限于應(yīng)用中，是JDK1.4以前的唯一選擇，但程序直觀簡單易懂。Java BIO編程示例網(wǎng)上很多，這里就不進行coding舉例了，畢竟后面NIO才是重點。
Java NIO
NIO（New IO或者No-Blocking IO），從JDK1.4 開始引入的非阻塞IO，是一種非阻塞+ 同步的通信模式。這里的No Blocking IO用于區(qū)分上面的BIO。
NIO本身想解決 BIO的并發(fā)問題，通過Reactor模式的事件驅(qū)動機制來達到Non Blocking的。當 socket 有流可讀或可寫入 socket 時，操作系統(tǒng)會相應(yīng)的通知應(yīng)用程序進行處理，應(yīng)用再將流讀取到緩沖區(qū)或?qū)懭氩僮飨到y(tǒng)。
也就是說，這個時候，已經(jīng)不是一個連接就 要對應(yīng)一個處理線程了，而是有效的請求，對應(yīng)一個線程，當連接沒有數(shù)據(jù)時，是沒有工作線程來處理的。
當一個連接創(chuàng)建后，不需要對應(yīng)一個線程，這個連接會被注冊到 多路復(fù)用器上面，所以所有的連接只需要一個線程就可以搞定，當這個線程中的多路復(fù)用器 進行輪詢的時候，發(fā)現(xiàn)連接上有請求的話，才開啟一個線程進行處理，也就是一個請求一個線程模式。
NIO提供了與傳統(tǒng)BIO模型中的Socket和ServerSocket相對應(yīng)的SocketChannel和ServerSocketChannel兩種不同的套接字通道實現(xiàn)，如下圖結(jié)構(gòu)所示。這里涉及的Reactor設(shè)計模式、多路復(fù)用Selector、Buffer等暫時不用管，后面會講到。
NIO 方式適用于連接數(shù)目多且連接比較短(輕操作)的架構(gòu)，比如聊天服務(wù)器，并發(fā)局 限于應(yīng)用中，編程復(fù)雜，JDK1.4 開始支持。同時，NIO和普通IO的區(qū)別主要可以從存儲數(shù)據(jù)的載體、是否阻塞等來區(qū)分：
Java AIO
與 NIO 不同，當進行讀寫操作時，只須直接調(diào)用 API 的 read 或 write 方法即可。這兩種方法均為異步的，對于讀操作而言，當有流可讀取時，操作系統(tǒng)會將可讀的流傳入 read 方 法的緩沖區(qū)，并通知應(yīng)用程序；對于寫操作而言，當操作系統(tǒng)將 write 方法傳遞的流寫入完畢時，操作系統(tǒng)主動通知應(yīng)用程序。即可以理解為，read/write 方法都是異步的，完成后會主動調(diào)用回調(diào)函數(shù)。在 JDK7 中，提供了異步文件通道和異步套接字通道的實現(xiàn)，這部分內(nèi)容被稱作 NIO.
AIO 方式使用于連接數(shù)目多且連接比較長(重操作)的架構(gòu)，比如相冊服務(wù)器，充分調(diào)用 OS 參與并發(fā)操作，編程比較復(fù)雜，JDK7 開始支持。
目前來說 AIO 的應(yīng)用還不是很廣泛，Netty 之前也嘗試使用過 AIO，不過又放棄了。
二、NIO核心組件介紹
1. Channel
在NIO中，基本所有的IO操作都是從Channel開始的，Channel通過Buffer(緩沖區(qū))進行讀寫操作。
read()表示讀取通道中數(shù)據(jù)到緩沖區(qū)，write()表示把緩沖區(qū)數(shù)據(jù)寫入到通道。
Channel有好多實現(xiàn)類，這里有三個最常用：
SocketChannel：一個客戶端發(fā)起TCP連接的ChannelServerSocketChannel：一個服務(wù)端監(jiān)聽新連接的TCP Channel，對于每一個新的Client連接，都會建立一個對應(yīng)的SocketChannelFileChannel：從文件中讀寫數(shù)據(jù)
其中SocketChannel和ServerSocketChannel是網(wǎng)絡(luò)編程中最常用的，一會在最后的示例代碼中會有講解到具體用法。
2. Buffer
概念
Buffer也被成為內(nèi)存緩沖區(qū)，本質(zhì)上就是內(nèi)存中的一塊，我們可以將數(shù)據(jù)寫入這塊內(nèi)存，之后從這塊內(nèi)存中讀取數(shù)據(jù)。也可以將這塊內(nèi)存封裝成NIO Buffer對象，并提供一組常用的方法，方便我們對該塊內(nèi)存進行讀寫操作。
Buffer在java.nio中被定義為抽象類：
我們可以將Buffer理解為一個數(shù)組的封裝，我們最常用的ByteBuffer對應(yīng)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)就是byte[]
屬性
Buffer中有4個非常重要的屬性：capacity、limit、position、mark
capacity屬性：容量，Buffer能夠容納的數(shù)據(jù)元素的最大值，在Buffer初始化創(chuàng)建的時候被賦值，而且不能被修改。
上圖中，初始化Buffer的容量為8（圖中從0~7，共8個元素），所以capacity = 8
limit屬性：代表Buffer可讀可寫的上限。寫模式下： limit代表能寫入數(shù)據(jù)的上限位置，這個時候limit = capacity讀模式下：在Buffer完成所有數(shù)據(jù)寫入后，通過調(diào)用flip()方法，切換到讀模式，此時limit等于Buffer中實際已經(jīng)寫入的數(shù)據(jù)大小。因為Buffer可能沒有被寫滿，所以limit<=capacityposition屬性：代表讀取或者寫入Buffer的位置。默認為0。寫模式下：每往 Buffer中寫入一個值，position就會自動加1，代表下一次寫入的位置。讀模式下：每往 Buffer中讀取一個值，position就自動加1，代表下一次讀取的位置。
從上圖就能很清晰看出，讀寫模式下capacity、limit、position的關(guān)系了。
mark屬性：代表標記，通過mark()方法，記錄當前position值，將position值賦值給mark，在后續(xù)的寫入或讀取過程中，可以通過reset()方法恢復(fù)當前position為mark記錄的值。
這幾個重要屬性講完，我們可以再來回顧下：
0 <= mark <= position <= limit <= capacity
現(xiàn)在應(yīng)該很清晰這幾個屬性的關(guān)系了~
Buffer常見操作
創(chuàng)建Buffer
allocate(int capacity)
ByteBuffer?buffer?=?ByteBuffer.allocate(1024);
int?count?=?channel.read(buffer);
例子中創(chuàng)建的ByteBuffer是基于堆內(nèi)存的一個對象。
wrap(array)
wrap方法可以將數(shù)組包裝成一個Buffer對象:
ByteBuffer?buffer?=?ByteBuffer.wrap("hello?world".getBytes());
channel.write(buffer);
allocateDirect(int capacity)
通過allocateDirect方法也可以快速實例化一個Buffer對象，和allocate很相似，這里區(qū)別的是allocateDirect創(chuàng)建的是基于堆外內(nèi)存的對象。
堆外內(nèi)存不在JVM堆上，不受GC的管理。堆外內(nèi)存進行一些底層系統(tǒng)的IO操作時，效率會更高。
Buffer寫操作
Buffer寫入可以通過put()和channel.read(buffer)兩種方式寫入。
通常我們NIO的讀操作的時候，都是從Channel中讀取數(shù)據(jù)寫入Buffer，這個對應(yīng)的是Buffer的寫操作。
Buffer讀操作
Buffer讀取可以通過get()和channel.write(buffer)兩種方式讀入。
還是同上，我們對Buffer的讀入操作，反過來說就是對Channel的寫操作。讀取Buffer中的數(shù)據(jù)然后寫入Channel中。
其他常見方法
rewind()：重置position位置為0，可以重新讀取和寫入buffer，一般該方法適用于讀操作，可以理解為對buffer的重復(fù)讀。
public?final?Buffer?rewind()?{
????position?=?0;
????mark?=?-1;
????return?this;
}
flip()：很常用的一個方法，一般在寫模式切換到讀模式的時候會經(jīng)常用到。也會將position設(shè)置為0，然后設(shè)置limit等于原來寫入的position。
public?final?Buffer?flip()?{
????limit?=?position;
????position?=?0;
????mark?=?-1;
????return?this;
}
clear()：重置buffer中的數(shù)據(jù)，該方法主要是針對于寫模式，因為limit設(shè)置為了capacity，讀模式下會出問題。
public?final?Buffer?clear()?{
????position?=?0;
????limit?=?capacity;
????mark?=?-1;
????return?this;
}
mark()&reset():mark()方法是保存當前position到變量markz中，然后通過reset()方法恢復(fù)當前position為mark，實現(xiàn)代碼很簡單，如下：
public?final?Buffer?mark()?{
????mark?=?position;
????return?this;
}
public?final?Buffer?reset()?{
????int?m?=?mark;
????if?(m?0)
????????throw?new?InvalidMarkException();
????position?=?m;
????return?this;
}
常用的讀寫方法可以用一張圖總結(jié)一下：
3. Selector
概念
Selector是NIO中最為重要的組件之一，我們常常說的多路復(fù)用器就是指的Selector組件。Selector組件用于輪詢一個或多個NIO Channel的狀態(tài)是否處于可讀、可寫。通過輪詢的機制就可以管理多個Channel，也就是說可以管理多個網(wǎng)絡(luò)連接。
輪詢機制
首先，需要將Channel注冊到Selector上，這樣Selector才知道需要管理哪些Channel 接著Selector會不斷輪詢其上注冊的Channel，如果某個Channel發(fā)生了讀或?qū)懙臅r間，這個Channel就會被Selector輪詢出來，然后通過SelectionKey可以獲取就緒的Channel集合，進行后續(xù)的IO操作。
屬性操作
創(chuàng)建Selector
通過open()方法，我們可以創(chuàng)建一個Selector對象。
Selector?selector?=?Selector.open();
注冊Channel到Selector中
我們需要將Channel注冊到Selector中，才能夠被Selector管理。
channel.configureBlocking(false);
SelectionKey?key?=?channel.register(selector,?SelectionKey.OP_READ);
某個Channel要注冊到Selector中，那么該Channel必須是非阻塞，所有上面代碼中有個configureBlocking()的配置操作。
在register(Selector selector, int interestSet)方法的第二個參數(shù)，標識一個interest集合，意思是Selector對哪些事件感興趣，可以監(jiān)聽四種不同類型的事件：
public?static?final?int?OP_READ?=?1?<0;
public?static?final?int?OP_WRITE?=?1?<public?static?final?int?OP_CONNECT?=?1?<3;
public?static?final?int?OP_ACCEPT?=?1?<4;
Connect事件：連接完成事件( TCP 連接 )，僅適用于客戶端，對應(yīng) SelectionKey.OP_CONNECT。Accept事件：接受新連接事件，僅適用于服務(wù)端，對應(yīng) SelectionKey.OP_ACCEPT 。Read事件：讀事件，適用于兩端，對應(yīng) SelectionKey.OP_READ ，表示 Buffer 可讀。Write事件：寫時間，適用于兩端，對應(yīng) SelectionKey.OP_WRITE ，表示 Buffer 可寫。
Channel觸發(fā)了一個事件，表明該時間已經(jīng)準備就緒：
一個Client Channel成功連接到另一個服務(wù)器，成為“連接就緒” 一個Server Socket準備好接收新進入的接，稱為“接收就緒” 一個有數(shù)據(jù)可讀的Channel，稱為“讀就緒” 一個等待寫數(shù)據(jù)的Channel，稱為”寫就緒“
當然，Selector是可以同時對多個事件感興趣的，我們使用或運算即可組合多個事件：
int?interestSet?=?SelectionKey.OP_READ?|?SelectionKey.OP_WRITE;
Selector其他一些操作
選擇Channel
public?abstract?int?select()?throws?IOException;
public?abstract?int?select(long?timeout)?throws?IOException;
public?abstract?int?selectNow()?throws?IOException;
當Selector執(zhí)行select()方法就會產(chǎn)生阻塞，等到注冊在其上的Channel準備就緒就會立即返回，返回準備就緒的數(shù)量。
select(long timeout)則是在select()的基礎(chǔ)上增加了超時機制。selectNow()立即返回，不產(chǎn)生阻塞。
有一點非常需要注意： select 方法返回的 int 值，表示有多少 Channel 已經(jīng)就緒。
自上次調(diào)用select 方法后有多少 Channel 變成就緒狀態(tài)。如果調(diào)用 select 方法，因為有一個 Channel 變成就緒狀態(tài)則返回了 1 ；
若再次調(diào)用 select 方法，如果另一個 Channel 就緒了，它會再次返回1。
獲取可操作的Channel
Set?selectedKeys?=?selector.selectedKeys();
當有新增就緒的Channel，調(diào)用select()方法，就會將key添加到Set集合中。
三、代碼示例
前面鋪墊了這么多，主要是想讓大家能夠看懂NIO代碼示例，也方便后續(xù)大家來自己手寫NIO 網(wǎng)絡(luò)編程的程序。創(chuàng)建NIO服務(wù)端的主要步驟如下：
1.?打開ServerSocketChannel，監(jiān)聽客戶端連接
2.?綁定監(jiān)聽端口，設(shè)置連接為非阻塞模式
3.?創(chuàng)建Reactor線程，創(chuàng)建多路復(fù)用器并啟動線程
4.?將ServerSocketChannel注冊到Reactor線程中的Selector上，監(jiān)聽ACCEPT事件
5.?Selector輪詢準備就緒的key
6.?Selector監(jiān)聽到新的客戶端接入，處理新的接入請求，完成TCP三次握手，建立物理鏈路
7.?設(shè)置客戶端鏈路為非阻塞模式
8.?將新接入的客戶端連接注冊到Reactor線程的Selector上，監(jiān)聽讀操作，讀取客戶端發(fā)送的網(wǎng)絡(luò)消息
9.?異步讀取客戶端消息到緩沖區(qū)
10.對Buffer編解碼，處理半包消息，將解碼成功的消息封裝成Task
11.將應(yīng)答消息編碼為Buffer，調(diào)用SocketChannel的write將消息異步發(fā)送給客戶端
NIOServer.java ：
public?class?NIOServer?{
????private?static?Selector?selector;
????public?static?void?main(String[]?args)?{
????????init();
????????listen();
????}
????private?static?void?init()?{
????????ServerSocketChannel?serverSocketChannel?=?null;
????????try?{
????????????selector?=?Selector.open();
????????????serverSocketChannel?=?ServerSocketChannel.open();
????????????serverSocketChannel.configureBlocking(false);
????????????serverSocketChannel.socket().bind(new?InetSocketAddress(9000));
????????????serverSocketChannel.register(selector,?SelectionKey.OP_ACCEPT);
????????????System.out.println("NioServer?啟動完成");
????????}?catch?(IOException?e)?{
????????????e.printStackTrace();
????????}
????}
????private?static?void?listen()?{
????????while?(true)?{
????????????try?{
????????????????selector.select();
????????????????Iterator?keysIterator?=?selector.selectedKeys().iterator();
????????????????while?(keysIterator.hasNext())?{
????????????????????SelectionKey?key?=?keysIterator.next();
????????????????????keysIterator.remove();
????????????????????handleRequest(key);
????????????????}
????????????}?catch?(Throwable?t)?{
????????????????t.printStackTrace();
????????????}
????????}
????}
????private?static?void?handleRequest(SelectionKey?key)?throws?IOException?{
????????SocketChannel?channel?=?null;
????????try?{
????????????if?(key.isAcceptable())?{
????????????????ServerSocketChannel?serverSocketChannel?=?(ServerSocketChannel)?key.channel();
????????????????channel?=?serverSocketChannel.accept();
????????????????channel.configureBlocking(false);
????????????????System.out.println("接受新的?Channel");
????????????????channel.register(selector,?SelectionKey.OP_READ);
????????????}
????????????if?(key.isReadable())?{
????????????????channel?=?(SocketChannel)?key.channel();
????????????????ByteBuffer?buffer?=?ByteBuffer.allocate(1024);
????????????????int?count?=?channel.read(buffer);
????????????????if?(count?>?0)?{
????????????????????System.out.println("服務(wù)端接收請求："?+?new?String(buffer.array(),?0,?count));
????????????????????channel.register(selector,?SelectionKey.OP_WRITE);
????????????????}
????????????}
????????????if?(key.isWritable())?{
????????????????ByteBuffer?buffer?=?ByteBuffer.allocate(1024);
????????????????buffer.put("收到".getBytes());
????????????????buffer.flip();
????????????????channel?=?(SocketChannel)?key.channel();
????????????????channel.write(buffer);
????????????????channel.register(selector,?SelectionKey.OP_READ);
????????????}
????????}?catch?(Throwable?t)?{
????????????t.printStackTrace();
????????????if?(channel?!=?null)?{
????????????????channel.close();
????????????}
????????}
????}
}
NIOClient.java：
public?class?NIOClient?{
????public?static?void?main(String[]?args)?{
????????new?Worker().start();
????}
????static?class?Worker?extends?Thread?{
????????@Override
????????public?void?run()?{
????????????SocketChannel?channel?=?null;
????????????Selector?selector?=?null;
????????????try?{
????????????????channel?=?SocketChannel.open();
????????????????channel.configureBlocking(false);
????????????????selector?=?Selector.open();
????????????????channel.register(selector,?SelectionKey.OP_CONNECT);
????????????????channel.connect(new?InetSocketAddress(9000));
????????????????while?(true)?{
????????????????????selector.select();
????????????????????Iterator?keysIterator?=?selector.selectedKeys().iterator();
????????????????????while?(keysIterator.hasNext())?{
????????????????????????SelectionKey?key?=?keysIterator.next();
????????????????????????keysIterator.remove();
????????????????????????if?(key.isConnectable())?{
????????????????????????????System.out.println();
????????????????????????????channel?=?(SocketChannel)?key.channel();
????????????????????????????if?(channel.isConnectionPending())?{
????????????????????????????????channel.finishConnect();
????????????????????????????????ByteBuffer?buffer?=?ByteBuffer.allocate(1024);
????????????????????????????????buffer.put("你好".getBytes());
????????????????????????????????buffer.flip();
????????????????????????????????channel.write(buffer);
????????????????????????????}
????????????????????????????channel.register(selector,?SelectionKey.OP_READ);
????????????????????????}
????????????????????????if?(key.isReadable())?{
????????????????????????????channel?=?(SocketChannel)?key.channel();
????????????????????????????ByteBuffer?buffer?=?ByteBuffer.allocate(1024);
????????????????????????????int?len?=?channel.read(buffer);
????????????????????????????if?(len?>?0)?{
????????????????????????????????System.out.println("["?+?Thread.currentThread().getName()
????????????????????????????????????????+?"]收到響應(yīng)："?+?new?String(buffer.array(),?0,?len));
????????????????????????????????Thread.sleep(5000);
????????????????????????????????channel.register(selector,?SelectionKey.OP_WRITE);
????????????????????????????}
????????????????????????}
????????????????????????if(key.isWritable())?{
????????????????????????????ByteBuffer?buffer?=?ByteBuffer.allocate(1024);
????????????????????????????buffer.put("你好".getBytes());
????????????????????????????buffer.flip();
????????????????????????????channel?=?(SocketChannel)?key.channel();
????????????????????????????channel.write(buffer);
????????????????????????????channel.register(selector,?SelectionKey.OP_READ);
????????????????????????}
????????????????????}
????????????????}
????????????}?catch?(Exception?e)?{
????????????????e.printStackTrace();
????????????}?finally{
????????????????if(channel?!=?null){
????????????????????try?{
????????????????????????channel.close();
????????????????????}?catch?(IOException?e)?{
????????????????????????e.printStackTrace();
????????????????????}
????????????????}
????????????????if(selector?!=?null){
????????????????????try?{
????????????????????????selector.close();
????????????????????}?catch?(IOException?e)?{
????????????????????????e.printStackTrace();
????????????????????}
????????????????}
????????????}
????????}
????}
}
打印結(jié)果：
//?Server端
NioServer?啟動完成
接受新的?Channel
服務(wù)端接收請求：你好
服務(wù)端接收請求：你好
服務(wù)端接收請求：你好
//?Client端
[Thread-0]收到響應(yīng)：收到
[Thread-0]收到響應(yīng)：收到
[Thread-0]收到響應(yīng)：收到
四、總結(jié)
回顧一下使用 NIO 開發(fā)服務(wù)端程序的步驟：
創(chuàng)建 ServerSocketChannel和業(yè)務(wù)處理線程池。綁定監(jiān)聽端口，并配置為非阻塞模式。 創(chuàng)建 Selector，將之前創(chuàng)建的ServerSocketChannel注冊到Selector上，監(jiān)聽SelectionKey.OP_ACCEPT。循環(huán)執(zhí)行 Selector.select()`` 方法，輪詢就緒的Channel`。輪詢就緒的 Channel時，如果是處于OP_ACCEPT狀態(tài)，說明是新的客戶端接入，調(diào)用ServerSocketChannel.accept接收新的客戶端。設(shè)置新接入的 SocketChannel為非阻塞模式，并注冊到Selector上，監(jiān)聽OP_READ。如果輪詢的 Channel狀態(tài)是OP_READ，說明有新的就緒數(shù)據(jù)包需要讀取，則構(gòu)造ByteBuffer對象，讀取數(shù)據(jù)。
那從這些步驟中基本知道開發(fā)者需要熟悉的知識點有：
jdk-nio提供的幾個關(guān)鍵類：Selector,SocketChannel,ServerSocketChannel,FileChannel,ByteBuffer,SelectionKey需要知道網(wǎng)絡(luò)知識：tcp粘包拆包 、網(wǎng)絡(luò)閃斷、包體溢出及重復(fù)發(fā)送等 需要知道 linux底層實現(xiàn)，如何正確的關(guān)閉channel，如何退出注銷selector，如何避免selector太過于頻繁需要知道如何讓 client端獲得server端的返回值,然后才返回給前端，需要如何等待或在怎樣作熔斷機制需要知道對象序列化，及序列化算法 省略等等，因為我已經(jīng)有點不舒服了，作為程序員的我習(xí)慣了舒舒服服簡單的API，不用太知道底層細節(jié)，就能寫出比較健壯和沒有Bug的代碼...
NIO 原生 API 的弊端 :
① NIO 組件復(fù)雜 : 使用原生 NIO 開發(fā)服務(wù)器端與客戶端 , 需要涉及到 服務(wù)器套接字通道 ( ServerSocketChannel ) , 套接字通道 ( SocketChannel ) , 選擇器 ( Selector ) , 緩沖區(qū) ( ByteBuffer ) 等組件 , 這些組件的原理 和API 都要熟悉 , 才能進行 NIO 的開發(fā)與調(diào)試 , 之后還需要針對應(yīng)用進行調(diào)試優(yōu)化
② NIO 開發(fā)基礎(chǔ) : NIO 門檻略高 , 需要開發(fā)者掌握多線程、網(wǎng)絡(luò)編程等才能開發(fā)并且優(yōu)化 NIO 網(wǎng)絡(luò)通信的應(yīng)用程序
③ 原生 API 開發(fā)網(wǎng)絡(luò)通信模塊的基本的傳輸處理 : 網(wǎng)絡(luò)傳輸不光是實現(xiàn)服務(wù)器端和客戶端的數(shù)據(jù)傳輸功能 , 還要處理各種異常情況 , 如 連接斷開重連機制 , 網(wǎng)絡(luò)堵塞處理 , 異常處理 , 粘包處理 , 拆包處理 , 緩存機制 等方面的問題 , 這是所有成熟的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序都要具有的功能 , 否則只能說是入門級的 Demo
④ NIO BUG : NIO 本身存在一些 BUG , 如 Epoll , 導(dǎo)致 選擇器 ( Selector ) 空輪詢 , 在 JDK 1.7 中還沒有解決
Netty 在 NIO 的基礎(chǔ)上 , 封裝了 Java 原生的 NIO API , 解決了上述哪些問題呢 ？
后面我們再來看看，關(guān)注三歪，不丟失精品。
各類知識點總結(jié)
下面的文章都有對應(yīng)的原創(chuàng)精美PDF，在持續(xù)更新中，可以來找我催更~
掃碼或者微信搜Java3y?免費領(lǐng)取原創(chuàng)思維導(dǎo)圖、精美PDF。在公眾號回復(fù)「888」領(lǐng)取，PDF內(nèi)容純手打有任何不懂歡迎來問我。
原創(chuàng)電子書
原創(chuàng)思維導(dǎo)圖
 |
|
