前言介绍
在Java中，提供了一些关于使用IO的API，可以供开发者来读写外部数据和文件，我们称这些API为Java IO。IO是Java中比较重要知识点，且比较难学习的知识点。并且随着Java的发展为提供更好的数据传输性能，目前有三种IO共存；分别是BIO、NIO和AIO。
Java BIO[Blocking I/O] | 同步阻塞I/O模式
BIO 全称Block-IO 是一种同步且阻塞的通信模式。是一个比较传统的通信方式，模式简单，使用方便。但并发处理能力低，通信耗时，依赖网速。
Java NIO[New I/O] | 同步非阻塞模式
- Java NIO，全程 Non-Block IO ，是Java SE 1.4版以后，针对网络传输效能优化的新功能。是一种非阻塞同步的通信模式。
- NIO 与原来的 I/O 有同样的作用和目的, 他们之间最重要的区别是数据打包和传输的方式。原来的 I/O 以流的方式处理数据，而 NIO 以块的方式处理数据。
- 面向流的 I/O 系统一次一个字节地处理数据。一个输入流产生一个字节的数据，一个输出流消费一个字节的数据。
- 面向块的 I/O 系统以块的形式处理数据。每一个操作都在一步中产生或者消费一个数据块。按块处理数据比按(流式的)字节处理数据要快得多。但是面向块的 I/O - 缺少一些面向流的 I/O 所具有的优雅性和简单性。
Java AIO[Asynchronous I/O] | 异步非阻塞I/O模型
Java AIO，全程 Asynchronous IO，是异步非阻塞的IO。是一种非阻塞异步的通信模式。在NIO的基础上引入了新的异步通道的概念，并提供了异步文件通道和异步套接字通道的实现。
如下我们将分别对三种IO进行案例演示，通过对三种的IO的认知来方便学习后续的Netty知识。
开发环境
1、jdk1.8【jdk1.7及以上，AIO需要1.7】
2、NetAssist 网络调试助手[获取：关注公众号：bugstack虫洞栈 | 回复；NetAssist+邮箱]
代码示例
itstack-demo-netty-1-00
└── src
├── main
│ └── java
│ └── org.itstack.demo.netty
│ ├── aio
│ │ ├── client
│ │ │ ├── AioClient.java
│ │ │ └── AioClientHandler.java
│ │ ├── server
│ │ │ ├── AioServer.java
│ │ │ ├── AioServerChannelInitializer.java
│ │ │ └── AioServerHandler.java
│ │ ├── ChannelAdapter.java
│ │ ├── ChannelHandler.java
│ │ └── ChannelInitializer.java
│ ├── bio
│ │ ├── client
│ │ │ ├── BioClient.java
│ │ │ └── BioClientHandler.java
│ │ ├── server
│ │ │ ├── BioServer.java
│ │ │ └── BioServerHandler.java
│ │ ├── ChannelAdapter.java
│ │ └── ChannelHandler.java
│ └── nio
│ ├── client
│ │ ├── NioClient.java
│ │ └── NioClientHandler.java
│ ├── server
│ │ ├── NioServer.java
│ │ └── NioServerHandler.java
│ ├── ChannelAdapter.java
│ └── ChannelHandler.java
└── test
└── java
└── org.itstack.demo.test
└── ApiTest.java重点代码块讲解，完整代码，关注公众号：bugstack虫洞栈 | 回复Netty源码获取
AIO案例代码
aio/client/AioClient.java | 客户端
/**
* 微信公众号：bugstack虫洞栈 | 专注原创技术专题案例，以最易学习编程的方式分享知识，让萌新、小白、大牛都能有所收获。目前已完成的专题有；Netty4.x从入门到实战、用Java实现JVM、基于JavaAgent的全链路监控等，其他更多专题还在排兵布阵中。
* 论坛：http://bugstack.cn
* Create by 付政委 on @2019
*/
public class AioClient {
public static void main(String[] args) throws Exception {
AsynchronousSocketChannel socketChannel = AsynchronousSocketChannel.open();
Future future = socketChannel.connect(new InetSocketAddress("192.168.1.116", 7397));
System.out.println("itstack-demo-netty client start done. {关注公众号：bugstack虫洞栈 | 欢迎关注&获取源码}");
future.get();
socketChannel.read(ByteBuffer.allocate(1024), null, new AioClientHandler(socketChannel, Charset.forName("GBK")));
Thread.sleep(100000);
}
} aio/client/AioClientHandler.java | 客户端消息处理器
**
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*/
public class AioClientHandler extends ChannelAdapter {
public AioClientHandler(AsynchronousSocketChannel channel, Charset charset) {
super(channel, charset);
}
@Override
public void channelActive(ChannelHandler ctx) {
try {
System.out.println("微信公众号：bugstack虫洞栈 | 链接报告信息:" + ctx.channel().getRemoteAddress());
//通知客户端链接建立成功
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
@Override
public void channelInactive(ChannelHandler ctx) {
}
@Override
public void channelRead(ChannelHandler ctx, Object msg) {
System.out.println("微信公众号：bugstack虫洞栈 | 服务端收到：" + new Date() + " " + msg + "\r\n");
ctx.writeAndFlush("客户端信息处理Success！\r\n");
}
}aio/server/AioServer.java | 服务端
/**
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*/
public class AioServer extends Thread {
private AsynchronousServerSocketChannel serverSocketChannel;
@Override
public void run() {
try {
serverSocketChannel = AsynchronousServerSocketChannel.open(AsynchronousChannelGroup.withCachedThreadPool(Executors.newCachedThreadPool(), 10));
serverSocketChannel.bind(new InetSocketAddress(7397));
System.out.println("itstack-demo-netty server start done. {关注公众号：bugstack虫洞栈 | 欢迎关注&获取源码}");
// 等待
CountDownLatch latch = new CountDownLatch(1);
serverSocketChannel.accept(this, new AioServerChannelInitializer());
latch.await();
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
}
public AsynchronousServerSocketChannel serverSocketChannel() {
return serverSocketChannel;
}
public static void main(String[] args) {
new AioServer().start();
}
}aio/server/AioServerChannelInitializer.java | 初始化
/**
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*/
public class AioServerChannelInitializer extends ChannelInitializer {
@Override
protected void initChannel(AsynchronousSocketChannel channel) throws Exception {
channel.read(ByteBuffer.allocate(1024), 10, TimeUnit.SECONDS, null, new AioServerHandler(channel, Charset.forName("GBK")));
}
}aio/server/AioServerHandler.java | 处理消息
/**
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*/
public class AioServerHandler extends ChannelAdapter {
public AioServerHandler(AsynchronousSocketChannel channel, Charset charset) {
super(channel, charset);
}
@Override
public void channelActive(ChannelHandler ctx) {
try {
System.out.println("微信公众号：bugstack虫洞栈 | 链接报告信息:" + ctx.channel().getRemoteAddress());
//通知客户端链接建立成功
ctx.writeAndFlush("微信公众号：bugstack虫洞栈 | 通知服务端链接建立成功" + " " + new Date() + " " + ctx.channel().getRemoteAddress() + "\r\n");
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
@Override
public void channelInactive(ChannelHandler ctx) {
}
@Override
public void channelRead(ChannelHandler ctx, Object msg) {
System.out.println("微信公众号：bugstack虫洞栈 | 服务端收到：" + new Date() + " " + msg + "\r\n");
ctx.writeAndFlush("服务端信息处理Success！\r\n");
}
}aio/ChannelAdapter.java | Channle适配器模仿Netty
/**
* 消息处理器
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* Create by 付政委 on @2019
*/
public abstract class ChannelAdapter implements CompletionHandler {
private AsynchronousSocketChannel channel;
private Charset charset;
public ChannelAdapter(AsynchronousSocketChannel channel, Charset charset) {
this.channel = channel;
this.charset = charset;
if (channel.isOpen()) {
channelActive(new ChannelHandler(channel, charset));
}
}
@Override
public void completed(Integer result, Object attachment) {
try {
final ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024);
final long timeout = 60 * 60L;
channel.read(buffer, timeout, TimeUnit.SECONDS, null, new CompletionHandler() {
@Override
public void completed(Integer result, Object attachment) {
if (result == -1) {
try {
channelInactive(new ChannelHandler(channel, charset));
channel.close();
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
return;
}
buffer.flip();
channelRead(new ChannelHandler(channel, charset), charset.decode(buffer));
buffer.clear();
channel.read(buffer, timeout, TimeUnit.SECONDS, null, this);
}
@Override
public void failed(Throwable exc, Object attachment) {
exc.printStackTrace();
}
});
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
}
@Override
public void failed(Throwable exc, Object attachment) {
exc.getStackTrace();
}
public abstract void channelActive(ChannelHandler ctx);
public abstract void channelInactive(ChannelHandler ctx);
// 读取消息抽象类
public abstract void channelRead(ChannelHandler ctx, Object msg);
} AIO案例演示 | 服务端测试
启动AioServer
itstack-demo-netty aio server start done. {关注公众号：bugstack虫洞栈 | 欢迎关注&获取源码}
微信公众号：bugstack虫洞栈 | 链接报告信息:/192.168.1.116:57208
微信公众号：bugstack虫洞栈 | 服务端收到：Sun Oct 06 18:19:50 CST 2019 hi aio server! helloworld
微信公众号：bugstack虫洞栈 | 服务端收到：Sun Oct 06 18:19:51 CST 2019 hi aio server! helloworld
微信公众号：bugstack虫洞栈 | 服务端收到：Sun Oct 06 18:19:51 CST 2019 hi aio server! helloworld
微信公众号：bugstack虫洞栈 | 服务端收到：Sun Oct 06 18:19:52 CST 2019 hi aio server! helloworld
Process finished with exit code -1
BIO案例代码
bio/client/BioClient.java | 客户端
/**
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* Create by 付政委 on @2019
*/
public class BioClient {
public static void main(String[] args) {
try {
Socket socket = new Socket("192.168.1.116", 7397);
System.out.println("itstack-demo-netty client start done. {关注公众号：bugstack虫洞栈 | 欢迎关注&获取源码}");
BioClientHandler bioClientHandler = new BioClientHandler(socket, Charset.forName("utf-8"));
bioClientHandler.start();
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}bio/client/BioClientHandler.java | 消息处理器
/**
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* Create by 付政委 on @2019
*/
public class BioClientHandler extends ChannelAdapter {
public BioClientHandler(Socket socket, Charset charset) {
super(socket, charset);
}
@Override
public void channelActive(ChannelHandler ctx) {
System.out.println("链接报告LocalAddress:" + ctx.socket().getLocalAddress());
ctx.writeAndFlush("hi! 我是bugstack虫洞栈 BioClient to msg for you \r\n");
}
@Override
public void channelRead(ChannelHandler ctx, Object msg) {
System.out.println(new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd HH:mm:ss").format(new Date()) + " 接收到消息：" + msg);
ctx.writeAndFlush("hi 我已经收到你的消息Success！\r\n");
}
}bio/server/BioServer.java | 服务端
/**
* 博客：http://itstack.org
* 论坛：http://bugstack.cn
* 公众号：bugstack虫洞栈 ｛获取学习源码｝
* Create by fuzhengwei on 2019/9/30
*/
public class BioServer extends Thread {
private ServerSocket serverSocket = null;
public static void main(String[] args) {
BioServer bioServer = new BioServer();
bioServer.start();
}
@Override
public void run() {
try {
serverSocket = new ServerSocket();
serverSocket.bind(new InetSocketAddress(7397));
System.out.println("itstack-demo-netty server start done. {关注公众号：bugstack虫洞栈 | 欢迎关注&获取源码}");
while (true) {
Socket socket = serverSocket.accept();
BioServerHandler handler = new BioServerHandler(socket, Charset.forName("utf-8"));
handler.start();
}
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}bio/server/BioServerHandler.java | 消息处理器
/**
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* 论坛：http://bugstack.cn
* Create by 付政委 on @2019
*/
public class BioServerHandler extends ChannelAdapter {
public BioServerHandler(Socket socket, Charset charset) {
super(socket, charset);
}
@Override
public void channelActive(ChannelHandler ctx) {
System.out.println("链接报告LocalAddress:" + ctx.socket().getLocalAddress());
ctx.writeAndFlush("hi! 我是bugstack虫洞栈 BioServer to msg for you \r\n");
}
@Override
public void channelRead(ChannelHandler ctx, Object msg) {
System.out.println(new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd HH:mm:ss").format(new Date()) + " 接收到消息：" + msg);
ctx.writeAndFlush("hi 我已经收到你的消息Success！\r\n");
}
}bio/ChannelAdapter.java | 适配器
/**
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* 论坛：http://bugstack.cn
* Create by 付政委 on @2019
*/
public abstract class ChannelAdapter extends Thread {
private Socket socket;
private ChannelHandler channelHandler;
private Charset charset;
public ChannelAdapter(Socket socket, Charset charset) {
this.socket = socket;
while (!socket.isConnected()) {
break;
}
channelHandler = new ChannelHandler(this.socket, charset);
channelActive(channelHandler);
}
@Override
public void run() {
try {
BufferedReader input = new BufferedReader(new InputStreamReader(this.socket.getInputStream()));
String str = null;
while ((str = input.readLine()) != null) {
channelRead(channelHandler, str);
}
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
// 链接通知抽象类
public abstract void channelActive(ChannelHandler ctx);
// 读取消息抽象类
public abstract void channelRead(ChannelHandler ctx, Object msg);
}BIO案例测试
启动BioServer
itstack-demo-netty bio server start done. {关注公众号：bugstack虫洞栈 | 欢迎关注&获取源码}
链接报告LocalAddress:/192.168.1.116
2019-10-06 18:28:17 接收到消息：hi bio server! helloworld {结尾是换行符}
2019-10-06 18:28:17 接收到消息：hi bio server! helloworld {结尾是换行符}
2019-10-06 18:28:18 接收到消息：hi bio server! helloworld {结尾是换行符}
2019-10-06 18:28:18 接收到消息：hi bio server! helloworld {结尾是换行符}
2019-10-06 18:28:19 接收到消息：hi bio server! helloworld {结尾是换行符}
2019-10-06 18:28:19 接收到消息：hi bio server! helloworld {结尾是换行符}
Process finished with exit code -1
NIO案例代码
nio/client/NioClient.java | 客户端
/**
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*/
public class NioClient {
public static void main(String[] args) throws IOException {
Selector selector = Selector.open();
SocketChannel socketChannel = SocketChannel.open();
socketChannel.configureBlocking(false);
boolean isConnect = socketChannel.connect(new InetSocketAddress("192.168.1.116", 7397));
if (isConnect) {
socketChannel.register(selector, SelectionKey.OP_READ);
} else {
socketChannel.register(selector, SelectionKey.OP_CONNECT);
}
System.out.println("itstack-demo-netty client start done. {关注公众号：bugstack虫洞栈 | 欢迎关注&获取源码}");
new NioClientHandler(selector, Charset.forName("GBK")).start();
}
}nio/client/NioClientHandler.java | 消息处理器
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*/
public class NioClientHandler extends ChannelAdapter {
public NioClientHandler(Selector selector, Charset charset) {
super(selector, charset);
}
@Override
public void channelActive(ChannelHandler ctx) {
try {
System.out.println("链接报告LocalAddress:" + ctx.channel().getLocalAddress());
ctx.writeAndFlush("hi! 我是bugstack虫洞栈 BioClient to msg for you \r\n");
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
@Override
public void channelRead(ChannelHandler ctx, Object msg) {
System.out.println(new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd HH:mm:ss").format(new Date()) + " 接收到消息：" + msg);
ctx.writeAndFlush("hi 我已经收到你的消息Success！\r\n");
}
}nio/server/NioServer.java | 服务端
**
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public class NioServer {
private Selector selector;
private ServerSocketChannel socketChannel;
public static void main(String[] args) throws IOException {
new NioServer().bind(7397);
}
public void bind(int port) {
try {
selector = Selector.open();
socketChannel = ServerSocketChannel.open();
socketChannel.configureBlocking(false);
socketChannel.socket().bind(new InetSocketAddress(port), 1024);
socketChannel.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT);
System.out.println("itstack-demo-netty server start done. {关注公众号：bugstack虫洞栈 | 欢迎关注&获取源码}");
new NioServerHandler(selector, Charset.forName("utf-8")).start();
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}nio/server/NioServerHandler.java | 消息处理器
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public class NioServerHandler extends ChannelAdapter {
public NioServerHandler(Selector selector, Charset charset) {
super(selector, charset);
}
@Override
public void channelActive(ChannelHandler ctx) {
try {
System.out.println("链接报告LocalAddress:" + ctx.channel().getLocalAddress());
ctx.writeAndFlush("hi! 我是bugstack虫洞栈 BioServer to msg for you \r\n");
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
@Override
public void channelRead(ChannelHandler ctx, Object msg) {
System.out.println(new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd HH:mm:ss").format(new Date()) + " 接收到消息：" + msg);
ctx.writeAndFlush("hi 我已经收到你的消息Success！\r\n");
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}nio/ChannelAdapter.java | 适配器
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public abstract class ChannelAdapter extends Thread {
private Selector selector;
private ChannelHandler channelHandler;
private Charset charset;
public ChannelAdapter(Selector selector, Charset charset) {
this.selector = selector;
this.charset = charset;
}
@Override
public void run() {
while (true) {
try {
selector.select(1000); //Selects a set of keys whose corresponding channels are ready for I/O
Set selectedKeys = selector.selectedKeys();
Iterator it = selectedKeys.iterator();
SelectionKey key = null;
while (it.hasNext()) {
key = it.next();
it.remove();
handleInput(key);
}
} catch (Exception ignore) {
}
}
}
private void handleInput(SelectionKey key) throws IOException {
if (!key.isValid()) return;
// 客户端SocketChannel
Class superclass = key.channel().getClass().getSuperclass();
if (superclass == SocketChannel.class){
SocketChannel socketChannel = (SocketChannel) key.channel();
if (key.isConnectable()) {
if (socketChannel.finishConnect()) {
channelHandler = new ChannelHandler(socketChannel, charset);
channelActive(channelHandler);
socketChannel.register(selector, SelectionKey.OP_READ);
} else {
System.exit(1);
}
}
}
// 服务端ServerSocketChannel
if (superclass == ServerSocketChannel.class){
if (key.isAcceptable()) {
ServerSocketChannel serverSocketChannel = (ServerSocketChannel) key.channel();
SocketChannel socketChannel = serverSocketChannel.accept();
socketChannel.configureBlocking(false);
socketChannel.register(selector, SelectionKey.OP_READ);
channelHandler = new ChannelHandler(socketChannel, charset);
channelActive(channelHandler);
}
}
if (key.isReadable()) {
SocketChannel socketChannel = (SocketChannel) key.channel();
ByteBuffer readBuffer = ByteBuffer.allocate(1024);
int readBytes = socketChannel.read(readBuffer);
if (readBytes > 0) {
readBuffer.flip();
byte[] bytes = new byte[readBuffer.remaining()];
readBuffer.get(bytes);
channelRead(channelHandler, new String(bytes, charset));
} else if (readBytes < 0) {
key.cancel();
socketChannel.close();
}
}
}
// 链接通知抽象类
public abstract void channelActive(ChannelHandler ctx);
// 读取消息抽象类
public abstract void channelRead(ChannelHandler ctx, Object msg);
} NIO案例测试
启动NioServer
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链接报告LocalAddress:/192.168.1.116:7397
2019-10-06 18:33:32 接收到消息：hi bio server! helloworld {结尾无换行符}
2019-10-06 18:33:32 接收到消息：hi bio server! helloworld {结尾无换行符}
2019-10-06 18:33:32 接收到消息：hi bio server! helloworld {结尾无换行符}
2019-10-06 18:33:33 接收到消息：hi bio server! helloworld {结尾无换行符}
2019-10-06 18:33:33 接收到消息：hi bio server! helloworld {结尾无换行符}
Process finished with exit code -1
