Java NIO

Java NIO 由以下几个核心部分组成:

Channels
Buffers
Selectors

虽然Java NIO 中除此之外还有很多类和组件,但在我看来,Channel,Buffer 和 Selector 构成了核心的API。其它组件,如Pipe和FileLock,只不过是与三个核心组件共同使用的工具类。因此,在概述中我将集中在这三个组件上。其它组件会在单独的章节中讲到。

Channel 和 Buffer
基本上,所有的 IO 在NIO 中都从一个Channel 开始。Channel 有点象流。 数据可以从Channel读到Buffer中,也可以从Buffer 写到Channel中。这里有个图示:


Java NIO_第1张图片
overview-channels-buffers1.png

Channel和Buffer有好几种类型。下面是JAVA NIO中的一些主要Channel的实现:

FileChannel ---------文件
DatagramChannel ------------UDP
SocketChannel ---------------TCP
ServerSocketChannel -------------TCP

正如你所看到的,这些通道涵盖了UDP 和 TCP 网络IO,以及文件IO。

与这些类一起的有一些有趣的接口,但为简单起见,我尽量在概述中不提到它们。本教程其它章节与它们相关的地方我会进行解释。

以下是Java NIO里关键的Buffer实现:

ByteBuffer
ShortBuffer
IntBuffer
LongBuffer

FloatBuffer
DoubleBuffer

CharBuffer

这些Buffer覆盖了你能通过IO发送的基本数据类型:byte, short, int, long, float, double 和 char。

Java NIO 还有个 MappedByteBuffer,用于表示内存映射文件, 我也不打算在概述中说明。

Selector
Selector允许单线程处理多个 Channel。如果你的应用打开了多个连接(通道),但每个连接的流量都很低,使用Selector就会很方便。例如,在一个聊天服务器中。

这是在一个单线程中使用一个Selector处理3个Channel的图示:


Java NIO_第2张图片
overview-selectors.png

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。

代码示例:

import java.io.IOException;  
import java.net.InetSocketAddress;  
import java.net.ServerSocket;  
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 NIOServer {  
      
    /*标识数字*/ 
    private  int flag = 0;  
    /*缓冲区大小*/ 
    private  int BLOCK = 4096;  
    /*接受数据缓冲区*/ 
    private  ByteBuffer sendbuffer = ByteBuffer.allocate(BLOCK);  
    /*发送数据缓冲区*/ 
    private  ByteBuffer receivebuffer = ByteBuffer.allocate(BLOCK);  
    private  Selector selector;  
 
    public NIOServer(int port) throws IOException {  
        // 打开服务器套接字通道  
        ServerSocketChannel serverSocketChannel = ServerSocketChannel.open();  
        // 服务器配置为非阻塞  
        serverSocketChannel.configureBlocking(false);  
        // 检索与此通道关联的服务器套接字  
        ServerSocket serverSocket = serverSocketChannel.socket();  
        // 进行服务的绑定  
        serverSocket.bind(new InetSocketAddress(port));  
        // 通过open()方法找到Selector  
        selector = Selector.open();  
        // 注册到selector,等待连接  
        serverSocketChannel.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT);  
        System.out.println("Server Start----8888:");  
    }  
 
 
    // 监听  
    private void listen() throws IOException {  
        while (true) {  
            // 选择一组键,并且相应的通道已经打开  
            selector.select();  
            // 返回此选择器的已选择键集。  
            Set selectionKeys = selector.selectedKeys();  
            Iterator iterator = selectionKeys.iterator();  
            while (iterator.hasNext()) {          
                SelectionKey selectionKey = iterator.next();  
                iterator.remove();  
                handleKey(selectionKey);  
            }  
        }  
    }  
 
    // 处理请求  
    private void handleKey(SelectionKey selectionKey) throws IOException {  
        // 接受请求  
        ServerSocketChannel server = null;  
        SocketChannel client = null;  
        String receiveText;  
        String sendText;  
        int count=0;  
        // 测试此键的通道是否已准备好接受新的套接字连接。  
        if (selectionKey.isAcceptable()) {  
            // 返回为之创建此键的通道。  
            server = (ServerSocketChannel) selectionKey.channel();  
            // 接受到此通道套接字的连接。  
            // 此方法返回的套接字通道(如果有)将处于阻塞模式。  
            client = server.accept();  
            // 配置为非阻塞  
            client.configureBlocking(false);  
            // 注册到selector,等待连接  
            client.register(selector, SelectionKey.OP_READ);  
        } else if (selectionKey.isReadable()) {  
            // 返回为之创建此键的通道。  
            client = (SocketChannel) selectionKey.channel();  
            //将缓冲区清空以备下次读取  
            receivebuffer.clear();  
            //读取服务器发送来的数据到缓冲区中  
            count = client.read(receivebuffer);   
            if (count > 0) {  
                receiveText = new String( receivebuffer.array(),0,count);  
                System.out.println("服务器端接受客户端数据--:"+receiveText);  
                client.register(selector, SelectionKey.OP_WRITE);  
            }  
        } else if (selectionKey.isWritable()) {  
            //将缓冲区清空以备下次写入  
            sendbuffer.clear();  
            // 返回为之创建此键的通道。  
            client = (SocketChannel) selectionKey.channel();  
            sendText="message from server--" + flag++;  
            //向缓冲区中输入数据  
            sendbuffer.put(sendText.getBytes());  
             //将缓冲区各标志复位,因为向里面put了数据标志被改变要想从中读取数据发向服务器,就要复位  
            sendbuffer.flip();  
            //输出到通道  
            client.write(sendbuffer);  
            System.out.println("服务器端向客户端发送数据--:"+sendText);  
            client.register(selector, SelectionKey.OP_READ);  
        }  
    }  
 
    /**  
     * @param args  
     * @throws IOException  
     */ 
    public static void main(String[] args) throws IOException {  
        // TODO Auto-generated method stub  
        int port = 8888;  
        NIOServer server = new NIOServer(port);  
        server.listen();  
    }  
} 

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.util.Iterator;  
import java.util.Set;  
 
public class NIOClient {  
 
    /*标识数字*/ 
    private static int flag = 0;  
    /*缓冲区大小*/ 
    private static int BLOCK = 4096;  
    /*接受数据缓冲区*/ 
    private static ByteBuffer sendbuffer = ByteBuffer.allocate(BLOCK);  
    /*发送数据缓冲区*/ 
    private static ByteBuffer receivebuffer = ByteBuffer.allocate(BLOCK);  
    /*服务器端地址*/ 
    private final static InetSocketAddress SERVER_ADDRESS = new InetSocketAddress(  
            "localhost", 8888);  
 
    public static void main(String[] args) throws IOException {  
        // TODO Auto-generated method stub  
        // 打开socket通道  
        SocketChannel socketChannel = SocketChannel.open();  
        // 设置为非阻塞方式  
        socketChannel.configureBlocking(false);  
        // 打开选择器  
        Selector selector = Selector.open();  
        // 注册连接服务端socket动作  
        socketChannel.register(selector, SelectionKey.OP_CONNECT);  
        // 连接  
        socketChannel.connect(SERVER_ADDRESS);  
        // 分配缓冲区大小内存  
          
        Set selectionKeys;  
        Iterator iterator;  
        SelectionKey selectionKey;  
        SocketChannel client;  
        String receiveText;  
        String sendText;  
        int count=0;  
 
        while (true) {  
            //选择一组键,其相应的通道已为 I/O 操作准备就绪。  
            //此方法执行处于阻塞模式的选择操作。  
            selector.select();  
            //返回此选择器的已选择键集。  
            selectionKeys = selector.selectedKeys();  
            //System.out.println(selectionKeys.size());  
            iterator = selectionKeys.iterator();  
            while (iterator.hasNext()) {  
                selectionKey = iterator.next();  
                if (selectionKey.isConnectable()) {  
                    System.out.println("client connect");  
                    client = (SocketChannel) selectionKey.channel();  
                    // 判断此通道上是否正在进行连接操作。  
                    // 完成套接字通道的连接过程。  
                    if (client.isConnectionPending()) {  
                        client.finishConnect();  
                        System.out.println("完成连接!");  
                        sendbuffer.clear();  
                        sendbuffer.put("Hello,Server".getBytes());  
                        sendbuffer.flip();  
                        client.write(sendbuffer);  
                    }  
                    client.register(selector, SelectionKey.OP_READ);  
                } else if (selectionKey.isReadable()) {  
                    client = (SocketChannel) selectionKey.channel();  
                    //将缓冲区清空以备下次读取  
                    receivebuffer.clear();  
                    //读取服务器发送来的数据到缓冲区中  
                    count=client.read(receivebuffer);  
                    if(count>0){  
                        receiveText = new String( receivebuffer.array(),0,count);  
                        System.out.println("客户端接受服务器端数据--:"+receiveText);  
                        client.register(selector, SelectionKey.OP_WRITE);  
                    }  
 
                } else if (selectionKey.isWritable()) {  
                    sendbuffer.clear();  
                    client = (SocketChannel) selectionKey.channel();  
                    sendText = "message from client--" + (flag++);  
                    sendbuffer.put(sendText.getBytes());  
                     //将缓冲区各标志复位,因为向里面put了数据标志被改变要想从中读取数据发向服务器,就要复位  
                    sendbuffer.flip();  
                    client.write(sendbuffer);  
                    System.out.println("客户端向服务器端发送数据--:"+sendText);  
                    client.register(selector, SelectionKey.OP_READ);  
                }  
            }  
            selectionKeys.clear();  
        }  
    }  
} 

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