NIO网络编程非阻塞

1、原理分析

NIO 非阻塞网络编程相关的(Selector、SelectionKey、ServerScoketChannel和SocketChannel) 关系梳理图:

对上图的说明:

• 当客户端连接时，会通过ServerSocketChannel得到SocketChannel;

• Selector进行监听select方法, 返回有事件发生的通道的个数;

• 将socketChannel注册到Selector上,register(Selector sel, int ops), 一个selector上可以注册多个SocketChannel;

• 注册后返回一个 SelectionKey, 会和该Selector 关联(集合);

• 进一步得到各个SelectionKey(有事件发生);

• 在通过 SelectionKey 反向获取 SocketChannel, 方法 channel();

• 可以通过 得到的channel , 完成业务处理.

2、案例

服务器端：

package com.dult;

import java.net.InetSocketAddress;
import java.nio.ByteBuffer;
import java.nio.channels.*;
import java.util.Iterator;
import java.util.Set;
public class NIOServer {
    public static void main(String[] args) throws Exception{
        //创建 ServerSocketChannel -> ServerSocket
        ServerSocketChannel serverSocketChannel = ServerSocketChannel.open();
        //得到一个 Selecor 对象
        Selector selector = Selector.open();
        //绑定一个端口 6666, 在服务器端监听
        serverSocketChannel.socket().bind(new InetSocketAddress(6666));
        //设置为非阻塞
        serverSocketChannel.configureBlocking(false);
        //把 serverSocketChannel 注册到 selector 关心 事件为 OP_ACCEPT
        serverSocketChannel.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT);
        //循环等待客户端连接
        while (true) {
            //这里我们等待 1 秒，如果没有事件发生, 返回
            if(selector.select(1000) == 0) { //没有事件发生
                System.out.println("服务器等待了 1 秒，无连接");
                continue;
            }
            //如果返回的>0, 就获取到相关的 selectionKey 集合
            //1.如果返回的>0， 表示已经获取到关注的事件
            //2. selector.selectedKeys() 返回关注事件的集合
            // 通过 selectionKeys 反向获取通道
            Set<SelectionKey> selectionKeys = selector.selectedKeys();
            //遍历 Set<SelectionKey>, 使用迭代器遍历
            Iterator<SelectionKey> keyIterator = selectionKeys.iterator();
            while (keyIterator.hasNext()) {
                //获取到 SelectionKey
                SelectionKey key = keyIterator.next();
                //根据 key 对应的通道发生的事件做相应处理
                if(key.isAcceptable()) { //如果是 OP_ACCEPT, 有新的客户端连接
                    //该该客户端生成一个 SocketChannel
                    SocketChannel socketChannel = serverSocketChannel.accept();
                    System.out.println(" 客 户 端 连 接 成 功 生 成 了 一 个 socketChannel " +
                            socketChannel.hashCode());
                    //将 SocketChannel 设置为非阻塞
                    socketChannel.configureBlocking(false);
                    //将 socketChannel 注册到 selector, 关注事件为 OP_READ， 同时给 socketChannel
                    //关联一个 Buffer
                    socketChannel.register(selector, SelectionKey.OP_READ, ByteBuffer.allocate(1024));
                }
                if(key.isReadable()) { //发生 OP_READ
                    //通过 key 反向获取到对应 channel
                    SocketChannel channel = (SocketChannel)key.channel();
                    //获取到该 channel 关联的 buffer
                    ByteBuffer buffer = (ByteBuffer)key.attachment();
                    channel.read(buffer);
                    System.out.println("form 客户端 " + new String(buffer.array()));
                }
                //手动从集合中移动当前的 selectionKey, 防止重复操作
                keyIterator.remove();
            }
        }
    }
}

客户端：

package com.dult;

import java.net.InetSocketAddress;
import java.nio.ByteBuffer;
import java.nio.channels.SocketChannel;
public class NIOClient {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        //得到一个网络通道
        SocketChannel socketChannel = SocketChannel.open();
        //设置非阻塞
        socketChannel.configureBlocking(false);
        //提供服务器端的 ip 和 端口
        InetSocketAddress inetSocketAddress = new InetSocketAddress("127.0.0.1", 6666);
        //连接服务器
        if (!socketChannel.connect(inetSocketAddress)) {
            while (!socketChannel.finishConnect()) {
                System.out.println("因为连接需要时间，客户端不会阻塞，可以做其它工作..");
            }
        }
        //...如果连接成功，就发送数据
        String str = "hello, 好久不见~";
        //Wraps a byte array into a buffer
        ByteBuffer buffer = ByteBuffer.wrap(str.getBytes());
        //发送数据，将 buffer 数据写入 channel
        socketChannel.write(buffer);
        System.in.read();
    }
}

3、 SelectionKey

SelectionKey，表示Selector 和网络通道的注册关系, 共四种:

• int OP_ACCEPT：有新的网络连接可以accept，值为16
• int OP_CONNECT：代表连接已经建立，值为8
• int OP_READ：代表读操作，值为1
• int OP_WRITE：代表写操作，值为 4

源码中：

public static final int OP_READ = 1 << 0;
public static final int OP_WRITE = 1 << 2;
public static final int OP_CONNECT = 1 << 3;
public static final int OP_ACCEPT = 1 << 4;

SelectionKey相关方法:

public abstract class SelectionKey {

    public abstract Selector selector();//得到与之关联的 Selector 对象

	public abstract SelectableChannel channel();//得到与之关联的通道

	public final Object attachment();//得到与之关联的共享数据

	public abstract SelectionKey interestOps(int ops);//设置或改变监听事件

	public final boolean isAcceptable();//是否可以 accept

	public final boolean isReadable();//是否可以读

	public final boolean isWritable();//是否可以写
}

4、ServerSocketChannel

ServerSocketChannel在服务器端监听新的客户端**Socket **连接

相关方法如下：

public abstract class ServerSocketChannel extends AbstractSelectableChannel implements NetworkChannel{
    public static ServerSocketChannel open();//得到一个 ServerSocketChannel 通道
    public final ServerSocketChannel bind(SocketAddress local)，设置服务器端端口号
    public final SelectableChannel configureBlocking(boolean block);//设置阻塞或非阻塞模式，取值 false 表示采用非阻塞模式
    public SocketChannel accept();//接受一个连接，返回代表这个连接的通道对象
    public final SelectionKey register(Selector sel, int ops);//注册一个选择器并设置监听事件
}

5、SocketChannel

SocketChannel，网络 IO通道，具体负责进行读写操作。NIO把缓冲区的数据写入通道，或者把通道里的数据读到缓冲区。

相关方法如下：

public abstract class SocketChannel extends AbstractSelectableChannel implements ByteChannel, ScatteringByteChannel, GatheringByteChannel, NetworkChannel{
    public static SocketChannel open();//得到一个 SocketChannel 通道
    
    public final SelectableChannel configureBlocking(boolean block);//设置阻塞或非阻塞模式，取值 false 表示采用非阻塞模式
    
    public boolean connect(SocketAddress remote);//连接服务器
    
    public boolean finishConnect();//如果上面的方法连接失败，接下来就要通过该方法完成连接操作
    
    public int write(ByteBuffer src);//往通道里写数据
    
    public int read(ByteBuffer dst);//从通道里读数据
    
    public final SelectionKey register(Selector sel, int ops, Object att);//注册一个选择器并设置监听事件，最后一个参数可以设置共享数据
    
    public final void close();//关闭通道
    
}