Java NIO 实现多人聊天系统案例
1、NIO简述
Java NIO 主要由三个核心部分组成：
- Channels
- Buffers
- Selectors
另有其它组件，如Pipe和FileLock，与三个核心组件共同使用的工具类。
Channel 和 Buffer
IO 在NIO 中都从一个Channel 开始。Channel 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：
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
- DatagramChannel
- SocketChannel
- ServerSocketChannel
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
- CharBuffer
- DoubleBuffer
- FloatBuffer
- IntBuffer
- LongBuffer
- ShortBuffer
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：
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。
2、NIO代码实现多人聊天系统代码实现
2.1、服务端
package com.nio;
import java.io.IOException;
import java.net.InetSocketAddress;
import java.nio.ByteBuffer;
import java.nio.channels.*;
import java.nio.charset.Charset;
import java.util.Iterator;
import java.util.Set;
/**
* NIO服务器端
*/
public class NioServer {
/**
* 主方法
* @param args
*/
public static void main(String[] args) throws IOException {
new NioServer().start();
}
/**
* 启动
*/
public void start() throws IOException {
/**
* 1. 创建Selector
*/
Selector selector = Selector.open();
/**
* 2. 通过ServerSocketChannel创建channel通道
*/
ServerSocketChannel serverSocketChannel = ServerSocketChannel.open();
/**
* 3. 为channel通道绑定监听端口
*/
serverSocketChannel.bind(new InetSocketAddress(8000));
/**
* 4. **设置channel为非阻塞模式**
*/
serverSocketChannel.configureBlocking(false);
/**
* 5. 将channel注册到selector上，监听连接事件
*/
serverSocketChannel.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT);
System.out.println("服务器启动成功！");
/**
* 6. 循环等待新接入的连接
*/
for (;;) { // while(true) c for;;
/**
* TODO 获取可用channel数量
*/
int readyChannels = selector.select();
/**
* TODO 为什么要这样！！？
*/
if (readyChannels == 0) continue;
/**
* 获取可用channel的集合
*/
Set selectionKeys = selector.selectedKeys();
Iterator iterator = selectionKeys.iterator();
while (iterator.hasNext()) {
/**
* selectionKey实例
*/
SelectionKey selectionKey = (SelectionKey) iterator.next();
/**
* **移除Set中的当前selectionKey**
*/
iterator.remove();
/**
* 7. 根据就绪状态，调用对应方法处理业务逻辑
*/
/**
* 如果是 接入事件
*/
if (selectionKey.isAcceptable()) {
acceptHandler(serverSocketChannel, selector);
}
/**
* 如果是 可读事件
*/
if (selectionKey.isReadable()) {
readHandler(selectionKey, selector);
}
}
}
}
/**
* 接入事件处理器
*/
private void acceptHandler(ServerSocketChannel serverSocketChannel,
Selector selector)
throws IOException {
/**
* 如果要是接入事件，创建socketChannel
*/
SocketChannel socketChannel = serverSocketChannel.accept();
/**
* 将socketChannel设置为非阻塞工作模式
*/
socketChannel.configureBlocking(false);
/**
* 将channel注册到selector上，监听 可读事件
*/
socketChannel.register(selector, SelectionKey.OP_READ);
/**
* 回复客户端提示信息
*/
socketChannel.write(Charset.forName("UTF-8")
.encode("你与聊天室里其他人都不是朋友关系，请注意隐私安全"));
}
/**
* 可读事件处理器
*/
private void readHandler(SelectionKey selectionKey, Selector selector)
throws IOException {
/**
* 要从 selectionKey 中获取到已经就绪的channel
*/
SocketChannel socketChannel = (SocketChannel) selectionKey.channel();
/**
* 创建buffer
*/
ByteBuffer byteBuffer = ByteBuffer.allocate(1024);
/**
* 循环读取客户端请求信息
*/
String request = "";
while (socketChannel.read(byteBuffer) > 0) {
/**
* 切换buffer为读模式
*/
byteBuffer.flip();
/**
* 读取buffer中的内容
*/
request += Charset.forName("UTF-8").decode(byteBuffer);
}
/**
* 将channel再次注册到selector上，监听他的可读事件
*/
socketChannel.register(selector, SelectionKey.OP_READ);
/**
* 将客户端发送的请求信息 广播给其他客户端
*/
if (request.length() > 0) {
// 广播给其他客户端
broadCast(selector, socketChannel, request);
}
}
/**
* 广播给其他客户端
*/
private void broadCast(Selector selector,
SocketChannel sourceChannel, String request) {
/**
* 获取到所有已接入的客户端channel
*/
Set selectionKeySet = selector.keys();
/**
* 循环向所有channel广播信息
*/
selectionKeySet.forEach(selectionKey -> {
Channel targetChannel = selectionKey.channel();
// 剔除发消息的客户端
if (targetChannel instanceof SocketChannel
&& targetChannel != sourceChannel) {
try {
// 将信息发送到targetChannel客户端
((SocketChannel) targetChannel).write(
Charset.forName("UTF-8").encode(request));
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
});
}
}
说明：NIO SelectionKey中定义的4种事件
1）SelectionKey.OP_ACCEPT —— 接收连接继续事件，表示服务器监听到了客户连接，服务器可以接收这个连接了
2）SelectionKey.OP_CONNECT —— 连接就绪事件，表示客户与服务器的连接已经建立成功
3）SelectionKey.OP_READ —— 读就绪事件，表示通道中已经有了可读的数据，可以执行读操作了（通道目前有数据，可以进行读操作了）
4) SelectionKey.OP_WRITE —— 写就绪事件，表示已经可以向通道写数据了（通道目前可以用于写操作）
这里 注意，下面两种，SelectionKey.OP_READ ，SelectionKey.OP_WRITE ，
① 当向通道中注册SelectionKey.OP_READ事件后，如果客户端有向缓存中write数据，下次轮询时，则会 isReadable()=true；
② 当向通道中注册SelectionKey.OP_WRITE事件后，这时你会发现当前轮询线程中isWritable()一直为ture，如果不设置为其他事件
2.2、客户端
package com.nio;
import java.io.IOException;
public class ClientA {
public static void main(String[] args)
throws IOException {
new NioClient().start("ClientA");
}
}
package com.nio;
import java.io.IOException;
public class ClientB {
public static void main(String[] args)
throws IOException {
new NioClient().start("ClientB");
}
}
package com.nio;
import java.io.IOException;
public class ClientC {
public static void main(String[] args)
throws IOException {
new NioClient().start("ClientC");
}
}
3、客户端实现类
package com.nio;
import java.io.IOException;
import java.net.InetSocketAddress;
import java.nio.channels.SelectionKey;
import java.nio.channels.Selector;
import java.nio.channels.SocketChannel;
import java.nio.charset.Charset;
import java.util.Scanner;
/**
* NIO客户端
*/
public class NioClient {
/**
* 启动
*/
public void start(String nickname) throws IOException {
/**
* 连接服务器端
*/
SocketChannel socketChannel = SocketChannel.open(
new InetSocketAddress("127.0.0.1", 8000));
/**
* 接收服务器端响应
*/
// 新开线程，专门负责来接收服务器端的响应数据
// selector ， socketChannel ， 注册
Selector selector = Selector.open();
socketChannel.configureBlocking(false);
socketChannel.register(selector, SelectionKey.OP_READ);
new Thread(new NioClientHandler(selector)).start();
/**
* 向服务器端发送数据
*/
Scanner scanner = new Scanner(System.in);
while (scanner.hasNextLine()) {
String request = scanner.nextLine();
if (request != null && request.length() > 0) {
socketChannel.write(
Charset.forName("UTF-8")
.encode(nickname + " : " + request));
}
}
}
public static void main(String[] args) throws IOException {
// new NioClient().start();
}
}
package com.nio;
import java.io.IOException;
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.Iterator;
import java.util.Set;
/**
* 客户端线程类，专门接收服务器端响应信息
*/
public class NioClientHandler implements Runnable {
private Selector selector;
public NioClientHandler(Selector selector) {
this.selector = selector;
}
@Override
public void run() {
try {
for (;;) {
int readyChannels = selector.select();
if (readyChannels == 0) continue;
/**
* 获取可用channel的集合
*/
Set selectionKeys = selector.selectedKeys();
Iterator iterator = selectionKeys.iterator();
while (iterator.hasNext()) {
/**
* selectionKey实例
*/
SelectionKey selectionKey = (SelectionKey) iterator.next();
/**
* **移除Set中的当前selectionKey**
*/
iterator.remove();
/**
* 7. 根据就绪状态，调用对应方法处理业务逻辑
*/
/**
* 如果是 可读事件
*/
if (selectionKey.isReadable()) {
readHandler(selectionKey, selector);
}
}
}
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
/**
* 可读事件处理器
*/
private void readHandler(SelectionKey selectionKey, Selector selector)
throws IOException {
/**
* 要从 selectionKey 中获取到已经就绪的channel
*/
SocketChannel socketChannel = (SocketChannel) selectionKey.channel();
/**
* 创建 buffer
*/
ByteBuffer byteBuffer = ByteBuffer.allocate(1024);
/**
* 循环读取服务器端响应信息
*/
String response = "";
while (socketChannel.read(byteBuffer) > 0) {
/**
* 切换buffer为读模式
*/
byteBuffer.flip();
/**
* 读取buffer中的内容
*/
response += Charset.forName("UTF-8").decode(byteBuffer);
}
/**
* 将channel再次注册到selector上，监听他的可读事件
*/
socketChannel.register(selector, SelectionKey.OP_READ);
/**
* 将服务器端响应信息打印到本地
*/
if (response.length() > 0) {
System.out.println(response);
}
}
}
本文参考：
https://www.imooc.com/learn/1118 （张小喜 老师之 《解锁网络编程之NIO的前世今生》）
https://www.cnblogs.com/liuxiuhao/p/5785027.html
https://ifeve.com/overview/