JavaNIO服務器端開發(fā)詳解
一、NIO類庫簡介
站在用戶的角度思考問題，與客戶深入溝通，找到汶上網(wǎng)站設計與汶上網(wǎng)站推廣的解決方案，憑借多年的經(jīng)驗，讓設計與互聯(lián)網(wǎng)技術結合，創(chuàng)造個性化、用戶體驗好的作品，建站類型包括：網(wǎng)站制作、成都網(wǎng)站制作、企業(yè)官網(wǎng)、英文網(wǎng)站、手機端網(wǎng)站、網(wǎng)站推廣、域名與空間、網(wǎng)頁空間、企業(yè)郵箱。業(yè)務覆蓋汶上地區(qū)。
1、緩沖區(qū)Buffer
Buffer是一個對象，包含一些要寫入和讀出的數(shù)據(jù)。
在NIO中，所有的數(shù)據(jù)都是用緩沖區(qū)處理的，讀取數(shù)據(jù)時，它是從通道(Channel)直接讀到緩沖區(qū)中，在寫入數(shù)據(jù)時，也是從緩沖區(qū)寫入到通道。
緩沖區(qū)實質(zhì)上是一個數(shù)組，通常是一個字節(jié)數(shù)組(ByteBuffer)，也可以是其它類型的數(shù)組，此外緩沖區(qū)還提供了對數(shù)據(jù)的結構化訪問以及維護讀寫位置等信息。
Buffer類的繼承關系如下圖所示：
2、通道Channel
Channel是一個通道，網(wǎng)絡數(shù)據(jù)通過Channel讀取和寫入。通道和流的不同之處在于通道是雙向的(通道可以用于讀、寫后者二者同時進行)，流只是在一個方向上移動。
Channel大體上可以分為兩類：用于網(wǎng)絡讀寫的SelectableChannel(ServerSocketChannel和SocketChannel就是其子類)、用于文件操作的FileChannel。
下面的例子給出通過FileChannel來向文件中寫入數(shù)據(jù)、從文件中讀取數(shù)據(jù)，將文件數(shù)據(jù)拷貝到另一個文件中：
public class NioTest
{
public static void main(String[] args) throws IOException
{
copyFile();
}
//拷貝文件
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();
}
}
//寫文件
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();
}
}
//讀文件
private static void readFileNio()
{
FileInputStream fileInputStream;
try
{
fileInputStream = new FileInputStream("src/main/java/data/nio-data.txt");
FileChannel fileChannel=fileInputStream.getChannel();//從 FileInputStream 獲取通道
ByteBuffer byteBuffer=ByteBuffer.allocate(1024);//創(chuàng)建緩沖區(qū)
int bytesRead=fileChannel.read(byteBuffer);//將數(shù)據(jù)讀到緩沖區(qū)
while(bytesRead!=-1)
{
/*limit=position
* position=0;
*/
byteBuffer.flip();
//hasRemaining():告知在當前位置和限制之間是否有元素
while (byteBuffer.hasRemaining())
{
System.out.print((char) byteBuffer.get());
}
/*
* 清空緩沖區(qū)
* 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、多路復用器Selector
多路復用器提供選擇已經(jīng)就緒的任務的能力。Selector會不斷的輪詢注冊在其上的Channel，如果某個Channel上面發(fā)送讀或者寫事件，這個Channel就處于就緒狀態(tài)，會被Selector輪詢出來，然后通過SelectionKey可以獲取就緒Channel的集合，進行后續(xù)的I/O操作。
一個多路復用器Selector可以同時輪詢多個Channel，由于JDK使用了epoll代替了傳統(tǒng)的select實現(xiàn)，所以它沒有最大連接句柄1024/2048的限制，意味著只需要一個線程負責Selector的輪詢，就可以接入成千上萬的客戶端。其模型如下圖所示：
用單線程處理一個Selector。要使用Selector，得向Selector注冊Channel，然后調(diào)用它的select()方法。這個方法會一直阻塞到某個注冊的通道有事件就緒。一旦這個方法返回，線程就可以處理這些事件，事件的例子有如新連接進來，數(shù)據(jù)接收等。
注：
1、什么select模型？
select是事件觸發(fā)機制，當?shù)却氖录l(fā)生就觸發(fā)進行處理，多用于Linux實現(xiàn)的服務器對客戶端的處理。
可以阻塞地同時探測一組支持非阻塞的IO設備，是否有事件發(fā)生(如可讀、可寫，有高優(yōu)先級錯誤輸出等)，直至某一個設備觸發(fā)了事件或者超過了指定的等待時間。也就是它們的職責不是做IO，而是幫助調(diào)用者尋找當前就緒的設備。
2、什么是epoll模型？
epoll的設計思路，是把select/poll單個的操作拆分為1個epoll_create+多個epoll_ctrl+一個wait。此外，內(nèi)核針對epoll操作添加了一個文件系統(tǒng)”eventpollfs”，每一個或者多個要監(jiān)視的文件描述符都有一個對應的eventpollfs文件系統(tǒng)的inode節(jié)點，主要信息保存在eventpoll結構體中。而被監(jiān)視的文件的重要信息則保存在epitem結構體中。所以他們是一對多的關系。
二、NIO服務器端開發(fā)
功能說明：開啟服務器端，對每一個接入的客戶端都向其發(fā)送hello字符串。
使用NIO進行服務器端開發(fā)主要有以下幾個步驟：
1、創(chuàng)建ServerSocketChannel，配置它為非阻塞模式
serverSocketChannel = ServerSocketChannel.open(); serverSocketChannel.configureBlocking(false);
2、綁定監(jiān)聽，配置TCP參數(shù)，如backlog大小
serverSocketChannel.socket().bind(new InetSocketAddress(8080));
3、創(chuàng)建一個獨立的I/O線程，用于輪詢多路復用器Selector
4、創(chuàng)建Selector，將之前創(chuàng)建的ServerSocketChannel注冊到Selector上，監(jiān)聽SelectionKey.ACCEPT
selector=Selector.open(); serverSocketChannel.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT);
5、啟動I/O線程，在循環(huán)體內(nèi)執(zhí)行Selector.select()方法，輪詢就緒的Channel
while(true)
{
try
{
//select()阻塞到至少有一個通道在你注冊的事件上就緒了
//如果沒有準備好的channel,就在這一直阻塞
//select(long timeout)和select()一樣，除了最長會阻塞timeout毫秒(參數(shù))。
selector.select();
}
catch (IOException e)
{
// TODO Auto-generated catch block
e.printStackTrace();
break;
}
}6、當輪詢到了處于就緒狀態(tài)的Channel時，需對其進行判斷，如果是OP_ACCEPT狀態(tài)，說明是新的客戶端接入，則調(diào)用ServerSocketChannel.accept()方法接受新的客戶端
//返回已經(jīng)就緒的SelectionKey，然后迭代執(zhí)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、設置新接入的客戶端鏈路SocketChannel為非阻塞模式，配置其他的一些TCP參數(shù)
if(key.isAcceptable())
{
ServerSocketChannel server=(ServerSocketChannel) key.channel();
SocketChannel client=server.accept();
client.configureBlocking(false);
...
}8、將SocketChannel注冊到Selector，監(jiān)聽OP_WRITE
client.register(selector,SelectionKey.OP_WRITE);
9、如果輪詢的Channel為OP_WRITE，則說明要向SockChannel中寫入數(shù)據(jù)，則構造ByteBuffer對象，寫入數(shù)據(jù)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();
}完整代碼如下：
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()阻塞到至少有一個通道在你注冊的事件上就緒了
//如果沒有準備好的channel,就在這一直阻塞
//select(long timeout)和select()一樣，除了最長會阻塞timeout毫秒(參數(shù))。
selector.select();
}
catch (IOException e)
{
// TODO Auto-generated catch block
e.printStackTrace();
break;
}
//返回已經(jīng)就緒的SelectionKey，然后迭代執(zhí)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();
}
}
}
}
}
}我們用telnet localhost 8080模擬出多個客戶端：
程序運行結果如下：
總結
以上就是本文關于Java NIO服務器端開發(fā)詳解的全部內(nèi)容，希望對大家有所幫助。感興趣的朋友可以繼續(xù)參閱本站其他相關專題，如有不足之處，歡迎留言指出。感謝朋友們對本站的支持！
文章標題：JavaNIO服務器端開發(fā)詳解
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