Java NIO服务器端开发

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一、NIO类库简介
二、NIO服务器端开发
三、参考资料

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 blocke.printStackTrace（）;} catch （IOException e）{// TODO Auto-generated catch blocke.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 blocke.printStackTrace（）;}} catch （FileNotFoundException e）{// TODO Auto-generated catch blocke.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 blocke.printStackTrace（）;} catch （IOException e）{// TODO Auto-generated catch blocke.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 blocke1.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 blocke.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 blocke.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 blocke1.printStackTrace（）;}}}}}} 我们用telnet localhost 8080模拟出多个客户端：程序运行结果如下：

三、参考资料

1、Netty权威指南（李林峰）【Netty权威指南 PDF完整版带目录书签+源码下载地址 http://www.linuxidc.com/Linux/2016-07/133575.htm 】运用Spring注解实现Netty服务器端UDP应用程序 http://www.linuxidc.com/Linux/2013-09/89780.htmNetty源码学习笔记 http://www.linuxidc.com/Linux/2013-09/89778.htmNetty使用实例 http://www.linuxidc.com/Linux/2013-09/89779.htmJava NIO框架--Netty4的简单示例 http://www.linuxidc.com/Linux/2015-01/111335.htmNetty 的详细介绍：请点这里
Netty 的下载地址：请点这里本文永久更新链接地址：http://www.linuxidc.com/Linux/2016-07/133586.htm