NIO学习笔记及实现简单聊天室
|Word count:2.5k|Reading time:9min|Post View:
NIO学习笔记及实现简单聊天室
NIO简介
Java NIO（New IO） 是从Java 1.4版本开始引入的 一个新的IO API，可以替代标准的Java IO API。 NIO与原来的IO有同样的作用和目的，但是使用 的方式完全不同， NIO支持面向缓冲区的、基于 通道的IO操作。 NIO将以更加高效的方式进行文 件的读写操作
NIO与IO主要区别
NIO通道与缓冲区
通道(Channel)和缓冲区 (Buffer)。通道表示打开到 IO 设备(例如：文件、 套接字)的连接。若需要使用 NIO 系统，需要获取 用于连接 IO 设备的通道以及用于容纳数据的缓冲 区。然后操作缓冲区，对数据进行处理 。Java NIO 中的 Buffer 主要用于与 NIO 通道进行 交互，数据是从通道读入缓冲区，从缓冲区写 入通道中的。
Buffer
Buffer 就像一个数组，可以保存多个相同类型的数据。根 据数据类型不同(boolean 除外) ，有以下 Buffer 常用子类： ByteBuffer CharBuffer ShortBuffer IntBuffer LongBuffer FloatBuffer DoubleBuffer 上述 Buffer 类 他们都采用相似的方法进行管理数据，只是各自 管理的数据类型不同而已。
都是通过如下方法获取一个 Buffer 对象： static XxxBuffer allocate(int capacity) : 创建一个容量为 capacity 的 XxxBuffer 对象
Buffer 中的重要概念
容量 (capacity) ： 表示 Buffer 最大数据容量，缓冲区容量不能为负，并且创 建后不能更改。
限制 (limit)： 第一个不应该读取或写入的数据的索引，即位于 limit 后的数据 不可读写。缓冲区的限制不能为负，并且不能大于其容量。
位置 (position)： 下一个要读取或写入的数据的索引。缓冲区的位置不能为 负，并且不能大于其限制
标记 (mark)与重置 (reset)： 标记是一个索引，通过 Buffer 中的 mark() 方法 指定 Buffer 中一个特定的 position，之后可以通过调用 reset() 方法恢复到这 个 position.
标记、 位置、 限制、 容量遵守以下不变式： 0 <= mark <= position <= limit <= capacity
常用方法
直接与非直接缓冲区
字节缓冲区要么是直接的，要么是非直接的。如果为直接字节缓冲区，则 Java 虚拟机会尽最大努力直接在 此缓冲区上执行本机 I/O 操作。也就是说，在每次调用基础操作系统的一个本机 I/O 操作之前（或之后）， 虚拟机都会尽量避免将缓冲区的内容复制到中间缓冲区中（或从中间缓冲区中复制内容）。
直接字节缓冲区可以通过调用此类的 allocateDirect() 工厂方法来创建。此方法返回的缓冲区进行分配和取消 分配所需成本通常高于非直接缓冲区。直接缓冲区的内容可以驻留在常规的垃圾回收堆之外，因此，它们对 应用程序的内存需求量造成的影响可能并不明显。所以，建议将直接缓冲区主要分配给那些易受基础系统的 本机 I/O 操作影响的大型、持久的缓冲区。一般情况下，最好仅在直接缓冲区能在程序性能方面带来明显好 处时分配它们。
直接字节缓冲区还可以通过 FileChannel 的 map() 方法 将文件区域直接映射到内存中来创建。该方法返回 MappedByteBuffer 。 Java 平台的实现有助于通过 JNI 从本机代码创建直接字节缓冲区。如果以上这些缓冲区 中的某个缓冲区实例指的是不可访问的内存区域，则试图访问该区域不会更改该缓冲区的内容，并且将会在 访问期间或稍后的某个时间导致抛出不确定的异常。
字节缓冲区是直接缓冲区还是非直接缓冲区可通过调用其 isDirect() 方法来确定。提供此方法是为了能够在 性能关键型代码中执行显式缓冲区管
通道（Channel）
通道（Channel）：由 java.nio.channels 包定义 的。 Channel 表示 IO 源与目标打开的连接。 Channel 类似于传统的“流”。只不过 Channel 本身不能直接访问数据， Channel 只能与 Buffer 进行交互。
实现类
•FileChannel：用于读取、写入、映射和操作文件的通道。
•DatagramChannel：通过 UDP 读写网络中的数据通道。
•SocketChannel：通过 TCP 读写网络中的数据。
•ServerSocketChannel：可以监听新进来的 TCP 连接，对每一个新进来 的连接都会创建一个 SocketChannel。
获取通道
获取通道的一种方式是对支持通道的对象调用 getChannel() 方法。支持通道的类如下：
FileInputStream
FileOutputStream
RandomAccessFile
DatagramSocket
Socket
ServerSocket
获取通道的其他方式是使用 Files 类的静态方法 newByteChannel() 获 取字节通道。或者通过通道的静态方法 open() 打开并返回指定通道
Selector
选择器（Selector） 是 SelectableChannle 对象的多路复用器， Selector 可 以同时监控多个 SelectableChannel 的 IO 状况，也就是说，利用 Selector 可使一个单独的线程管理多个 Channel。 Selector 是非阻塞 IO 的核心。
SelectionKey
SelectionKey： 表示 SelectableChannel 和 Selector 之间的注册关系。每次向 选择器注册通道时就会选择一个事件(选择键)。 选择键包含两个表示为整 数值的操作集。操作集的每一位都表示该键的通道所支持的一类可选择操 作
NIO非阻塞实现类
聊天室
服务端使用循环不断地获取Selector的select()方法返回值，当该返回值大于0时就处理改Selector上被选择的SelectionKey所对应的Channel,select()方法监听所有Channel上的IO操作
服务器端的Selector监听两种操作：连接和读数据
处理连接操作，系统只需将连接完成后的SocketChannel注册到指定Selector
处理读数据操作：系统先从该Socket中读取数据，再将数据写入Selector上注册的所有Channel
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
56
57
58
59
60
61
62
63
64
65
66
67
68
69
70
71
72
73
74
75
76
77
78
79
80
81
82
83
84
85
86
87
88
89
90
91
92
93
94
95
96
97
98
99
100
101
102
103
104
| import java.io.IOException;
import java.net.InetSocketAddress;
import java.nio.ByteBuffer;
import java.nio.channels.*;
import java.nio.charset.Charset;
public class Server
{
private Selector selector = null;
private static final int PORT = 30001;
private Charset charset = Charset.forName("UTF-8");
private void init()throws IOException
{
selector = Selector.open();
ServerSocketChannel server = ServerSocketChannel.open();
InetSocketAddress isa = new InetSocketAddress("localhost", PORT);
server.bind(isa);
server.configureBlocking(false);
server.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT);
while (selector.select() > 0)
{
for (SelectionKey sk : selector.selectedKeys())
{
selector.selectedKeys().remove(sk);
if (sk.isAcceptable())
{
SocketChannel sc = server.accept();
sc.configureBlocking(false);
sc.register(selector, SelectionKey.OP_READ);
sk.interestOps(SelectionKey.OP_ACCEPT);
}
if (sk.isReadable())
{
SocketChannel sc = (SocketChannel)sk.channel();
ByteBuffer buff = ByteBuffer.allocate(1024);
StringBuilder content = new StringBuilder();
try
{
while(sc.read(buff) > 0)
{
buff.flip();
content.append(charset.decode(buff));
}
System.out.println("读取的数据：" + content);
sk.interestOps(SelectionKey.OP_READ);
}
catch (IOException ex)
{
sk.cancel();
if (sk.channel() != null)
{
sk.channel().close();
}
}
if (content.length() > 0)
{
for (SelectionKey key : selector.keys())
{
Channel targetChannel = key.channel();
if (targetChannel instanceof SocketChannel)
{
SocketChannel dest = (SocketChannel)targetChannel;
dest.write(charset.encode(content.toString()));
}
}
}
}
}
}
}
public static void main(String[] args) throws IOException {
new Server().init();
}
}
|
客户端需要两个线程，一个负责读取键盘输入，并写入SocketChannel。
另一个不断查询Selector对象的select()的返回值 大于0 有IO操作需要处理
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
56
57
58
59
60
61
62
63
64
65
66
67
68
69
70
71
72
73
74
75
76
77
78
79
80
81
82
83
84
85
86
87
| 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.SocketChannel;
import java.nio.charset.Charset;
import java.util.Scanner;
public class Client
{
private Selector selector = null;
private static final int PORT = 30001;
private Charset charset = Charset.forName("UTF-8");
private SocketChannel sc = null;
private void init()throws IOException
{
selector = Selector.open();
InetSocketAddress isa = new InetSocketAddress("localhost", PORT);
sc = SocketChannel.open(isa);
sc.configureBlocking(false);
sc.register(selector, SelectionKey.OP_READ);
new ClientThread().start();
Scanner scan = new Scanner(System.in);
while (scan.hasNextLine())
{
String line = scan.nextLine();
sc.write(charset.encode(line));
}
}
private class ClientThread extends Thread
{
public void run()
{
try
{
while (selector.select() > 0)
{
for (SelectionKey sk : selector.selectedKeys())
{
selector.selectedKeys().remove(sk);
if (sk.isReadable())
{
SocketChannel sc = (SocketChannel)sk.channel();
ByteBuffer buff = ByteBuffer.allocate(1024);
StringBuilder content = new StringBuilder();
while(sc.read(buff) > 0)
{
sc.read(buff);
buff.flip();
content.append(charset.decode(buff));
}
System.out.println("聊天信息：" + content);
sk.interestOps(SelectionKey.OP_READ);
}
}
}
}
catch (IOException ex)
{
ex.printStackTrace();
}
}
}
public static void main(String[] args) throws IOException {
new Client().init();
}
}
|
