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<selectionkey> readkeys=selector.selectedkeys();
for(iterator<selectionkey> 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<selectionkey> readkeys=selector.selectedkeys();
for (iterator<selectionkey> 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
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