** NIO编程一直是Java知识体系中的一个重点。前几年的时间面试的门槛是了解NIO,现在就不一样了,最起码也要精通NIO,因此学习javaNIO编程是非常有必要的。这篇文章就开始对NIO进行一个认识。本文参考了慕课网,特在此说明。
一、认识NIO
1、什么是BIO?
想要学习NIO,那我们就必须先要认识一下BIO,在JDK1,4之前,我们使用网络连接的时候一直都是使用的BIO,也就是阻塞式,网络模型是下面这个样子的。
上面这个网络模型是这样的。(1)server创建初始化一些预备工作之后,就开始等待客户端client的链接
(2)client开始链接server。
(3)server一旦请求到client的请求之后就会开启一个线程去处理。
就好比是只有一家餐饮店,每进来一个顾客,我们就需要去创建一个线程去处理。这就是BIO。他的缺点可想而知。如果客户端很多的话,server就必须要开启很多个Thread去处理,这样也太麻烦了。毕竟像淘宝微信这样的平台好几亿人再用,而且请求量这么大,总不能开启几亿个线程去处理吧。这时候在jdk1.4就出现了NIO。
2、出现了NIO
既然BIO有这么多的缺点,java官方肯定也明白,于是在jdk1.4的时候及时的加入了NIO。
这个跟上一个的区别我们来捋一下:
(1)一个客户端进来之后首先加入到Set中
(2)server时刻轮询着这个set,一旦发现有客户端连接进来就开始handler
(3)多个client连接进来的时候,都保存在这个set中,这样我们就可以轮询处理多个client了。
这就NIO,他的优点从上面的图也可以看出来。我们可能只需要创建一个Thread就可以处理所有的client了。当然每一个client要做的事情不一样,有的是连接请求,有的是读写请求,这时候server就可以根据不同的请求使用不同的handler了。再给出一张图看一下:
当然,这只是列举出了NIO的特点,还有大致网络模型,想要去真正的了解他,还是代码来的直接。
二、代码实现
1、基本概念
在正式开始代码的编写之前,我们还要先认识一下涉及到的几个类。
(1)channel
它相当于是一个通道,这个通道是流通数据的,我们既可以从通道中读取数据,又可以写数据到通道。常见的channel有四个:FileChannel、DatagramChannel、SocketChannel、ServerSocketChannel。
- FileChannel 从文件中读写数据。
- DatagramChannel 能通过UDP读写网络中的数据。
- SocketChannel 能通过TCP读写网络中的数据。
- ServerSocketChannel可以监听新进来的TCP连接,像Web服务器那样。对每一个新进来的连接都会创建一个SocketChannel。
(2)Buffer
Buffer用于和通道进行交互。数据是从通道读入缓冲区,从缓冲区写入到通道中的。
使用Buffer读写数据一般遵循以下四个步骤:
- 写入数据到Buffer
- 调用flip()方法
- 从Buffer中读取数据
- 调用clear()方法或者compact()方法
(3)Selector
Selector(选择器)能够检测一到多个NIO通道,并能够知晓通道是否为诸如读写事件做好准备的组件。这样,一个单独的线程可以管理多个channel,从而管理多个网络连接。
2、实现步骤
我们在这里实现一个类似于聊天室的案例,上面已经把NIO涉及到的一些核心类说了一下,下面说一下实现的步骤。这个步骤是要结合上面的图来理解会比较容易一些:
第一步:创建Selector
第二步:创建ServerSocketChannel,绑定监听端口
第三步:将Channel设置为非阻塞模式
第四步:将Channel注册到Selector上,监听连接事件
第五步:循环调用Selector的select方法,检测就绪情况
第六步:调用selectedKeys方法获取就绪channel集合
第七步:判断就绪事件种类,调用业务处理方法
第八步:根据业务需要决定是否再次注册监听事件,重复执行第三步操作
有了这个步骤我们再去代码实现。
3、代码实现
(1)server端代码开发
首先我们看一下服务器端
public class NioServer {
public static void main(String[] args) throws IOException {
new NioServer().start();
}
public void start() throws IOException {
//第一步. 创建Selector
Selector selector = Selector.open();
//第二步:通过ServerSocketChannel创建channel通道
ServerSocketChannel serverSocketChannel = ServerSocketChannel.open();
//第三步:为channel通道绑定监听端口
serverSocketChannel.bind(new InetSocketAddress(8000));
//第四步:设置channel为非阻塞模式
serverSocketChannel.configureBlocking(false);
//第五步:将channel注册到selector上,监听连接事件
serverSocketChannel.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT);
System.out.println("服务器启动成功!");
//第六步:循环等待新接入的连接
for (;;) {
// 获取可用channel数量
int readyChannels = selector.select();
if (readyChannels == 0) continue;
// 获取可用channel的集合
Set<SelectionKey> selectionKeys = selector.selectedKeys();
Iterator iterator = selectionKeys.iterator();
while (iterator.hasNext()) {
SelectionKey selectionKey = (SelectionKey) iterator.next();
iterator.remove();
//第七步:根据就绪状态,调用对应方法处理业务逻辑
//第一种情况:如果是链接事件,那就是使用链接Handler处理
if (selectionKey.isAcceptable()) {
acceptHandler(serverSocketChannel, selector);
}
//第二种情况:如果是读写事件,那就是使用读写Handler处理
if (selectionKey.isReadable()) {
readHandler(selectionKey, selector);
}
}
}
}
}
上面把server中基本的是步骤实现了。现在开始真正的去处理一下。
第一种情况:链接事件处理
private void acceptHandler(ServerSocketChannel serverSocketChannel,
Selector selector) throws IOException {
//第一步:创建socketChannel
SocketChannel socketChannel = serverSocketChannel.accept();
//第二步:将socketChannel设置为非阻塞工作模式
socketChannel.configureBlocking(false);
//第三步:将channel注册到selector上,监听 可读事件
socketChannel.register(selector, SelectionKey.OP_READ);
//第四步:回复客户端提示信息
socketChannel.write("您已连接成功");
}
第二种情况:读写时间处理
private void readHandler(SelectionKey selectionKey,
Selector selector) throws IOException {
//第一步:要从 selectionKey 中获取到已经就绪的channel
SocketChannel socketChannel = (SocketChannel) selectionKey.channel();
//第二步:创建buffer
ByteBuffer byteBuffer = ByteBuffer.allocate(1024);
//第三步:循环读取客户端请求信息
String result = "";
while (socketChannel.read(byteBuffer) > 0) {
//切换buffer为读模式
byteBuffer.flip();
//读取buffer中的内容
result += Charset.forName("UTF-8").decode(byteBuffer);
}
//第四步:将channel再次注册到selector上,监听他的可读事件
socketChannel.register(selector, SelectionKey.OP_READ);
//第五步:将客户端发送的请求信息 广播给其他客户端
if (request.length() > 0) {
// 广播给其他客户端
broadCast(selector, socketChannel, result);
}
}
到了第五步broadCast方法其实我们可以对此进行一个变化,在这里我们实现的是广播到其他所有client。但是如果是一对一聊天的话我们就可以单播到指定client。
private void broadCast(Selector selector,
SocketChannel sourceChannel, String request) {
//第一步:获取到所有已接入的客户端channel
Set<SelectionKey> selectionKeySet = selector.keys();
//第三步:循环向所有channel广播信息
selectionKeySet.forEach(selectionKey -> {
Channel targetChannel = selectionKey.channel();
// 剔除自己:自己不能给自己发信息
if (targetChannel instanceof SocketChannel
&& targetChannel != sourceChannel) {
try {
// 将信息发送到targetChannel客户端
((SocketChannel) targetChannel).write(request);
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
});
}
这就是整个服务器端的开发,当然还要客户端的开发,我们同样来看看。
(2)client端代码开发
客户端代码说实话就比较轻松一点了。
public class NioClient {
public static void main(String[] args) throws IOException {
new NioClient().start();
}
public void start(String nickname) throws IOException {
//第一步:连接服务器端
SocketChannel socketChannel = SocketChannel.open(
new InetSocketAddress("170.153.0.53", 8000));
//第二步:新建selector
Selector selector = Selector.open();
//第三步:socketChannel设置为非阻塞
socketChannel.configureBlocking(false);
//第四步:注册通道到selector上
socketChannel.register(selector, SelectionKey.OP_READ);
//第五步:处理数据
//第一种情况:处理服务器返回的数据
new Thread(new NioClientHandler(selector)).start();
//第二种情况:向服务器发送数据
String request = "我是java的架构师技术栈,大家好";
if (request != null && request.length() > 0) {
socketChannel.write(request);
}
}
}
我们就再来看看,客户端如何处理服务器端返回的数据。
public class NioClientHandler implements Runnable {
private Selector selector;
public NioClientHandler(Selector selector) {
this.selector = selector;
}
//在run方法中处理
@Override
public void run() {
try {
for (;;) {
//第一步:获取到当前的channel
int readyChannels = selector.select();
if (readyChannels == 0) continue;
//第二步:获取可用channel的集合
Set<SelectionKey> selectionKeys = selector.selectedKeys();
Iterator iterator = selectionKeys.iterator();
while (iterator.hasNext()) {
SelectionKey selectionKey = (SelectionKey) iterator.next();
iterator.remove();
//第三步:使用readHandler读取数据
if (selectionKey.isReadable()) {
readHandler(selectionKey, selector);
}
}
}
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
readHandler方法是如何读取呢?
private void readHandler(SelectionKey selectionKey,
Selector selector) throws IOException {
//第一步:要从 selectionKey 中获取到已经就绪的channel
SocketChannel socketChannel = (SocketChannel) selectionKey.channel();
//第二步:创建buffer
ByteBuffer byteBuffer = ByteBuffer.allocate(1024);
//第三步:循环读取服务器端响应信息
String response = "";
while (socketChannel.read(byteBuffer) > 0) {
byteBuffer.flip();
response += Charset.forName("UTF-8").decode(byteBuffer);
}
//第三步:将channel再次注册到selector上,监听他的可读事件
socketChannel.register(selector, SelectionKey.OP_READ);
//第四步:将服务器端响应信息打印到本地
if (response.length() > 0) {
System.out.println(response);
}
}
到这一步,整个客户端的代码就算是完成了,如果你仔细的捋一遍,其实整个流程还是很清晰的。
三、总结
虽然NIO这么好其实还是有很多缺点的,在上面的代码量其实你就可以发现了,大量的代码使得我们在构建复杂系统的时候超级麻烦,有时候正是这些技术的不完备,才造成了我们程序员工作量大,压力大,但是科技的进步毕竟是要一点一点发展的嘛。另外说一句这个NIO还有一个大坑,就是Selector空轮询的时候,导师CPU100%。不过这种情况我还没试过。
想要精通NIO的话,这篇文章真的远远不够,顶多算是入门把。想要真正认识我觉得首先要深入源码,然后就是实际场景中的使用,不过目前来看的话netty和mina框架要比java的NIO好的多,不单单是性能,更重要的是我们的开发效率。算是在一定程度上避免了我们程序员“钱多话少死得快”的现象了吧。