Java中NIO以及在网络编程中的应用
https://blog.csdn.net/u012156116/article/details/80051912
之前在上面的博客中简单的介绍了JavaIO和JavaNIO的相关知识，今天想把5月1号之前看的Java网络编程以及NIO在其中的应用一起介绍下。
参考：http://www.importnew.com/19816.html
http://www.importnew.com/22623.html
一.NIO简单梳理
简单概述：
NIO主要有三大核心部分：Channel(通道)，Buffer(缓冲区), Selector。传统IO基于字节流和字符流进行操作，而NIO基于Channel和Buffer(缓冲区)进行操作，数据总是从通道读取到缓冲区中，或者从缓冲区写入到通道中。Selector(选择区)用于监听多个通道的事件（比如：连接打开，数据到达）。因此，单个线程可以监听多个数据通道。
NIO和传统IO（一下简称IO）之间第一个最大的区别是，IO是面向流的，NIO是面向缓冲区的。 Java IO面向流意味着每次从流中读一个或多个字节，直至读取所有字节，它们没有被缓存在任何地方。此外，它不能前后移动流中的数据。如果需要前后移动从流中读取的数据，需要先将它缓存到一个缓冲区。NIO的缓冲导向方法略有不同。数据读取到一个它稍后处理的缓冲区，需要时可在缓冲区中前后移动。这就增加了处理过程中的灵活性。
Buffer：
每种类型都有对应的Buffer，但是常用的Buffer为ByteBuffer和CharBuffer。Buffer具体的实例由XXXBuffer.allocate(int capacity)来获取。ByteBuffer还有一个子类MappedByteBuffer，这个子类通常通过Channel的map()方法返回，该缓冲区将磁盘的全部或部分内容映射到内存(虚拟内存)。读写性能较高。
Buffer的四个属性
- 容量（Capacity）：缓冲区能够容纳的数据元素的最大数量。这一个容量在缓冲区创建时被设定，并且永远不能改变。
- 上界(Limit)：缓冲区的第一个不能被读或写的元素。或者说,缓冲区中现存元素的计数。
- 位置(Position)：下一个要被读或写的元素的索引。位置会自动由相应的 get( )和 put( )函数更新。
- 标记(Mark)：下一个要被读或写的元素的索引。位置会自动由相应的 get( )和 put( )函数更新。
其中 0<=mark<=position<=limit<=capacity
buffer的主要作用就是装入数据，然后输出数据（类似于竹筒），开始时position=0，limit=capacity,通过put方法向buffer中放入一些数据，每放一些数据，buffer的position相应地向后移动一些位置。
Buffer中的几个方法
- flip() {翻动}: limit设为position的位置，position设为0，读写指针又移动到了开始的位置，调用flip()后，buffer为输出数据做好了准备。
- rewind()：将 position 重置为 0 ，一般用于重复读。
- clear() ：position 变成 0 ， limit 变成 capacity (清空 buffer ，准备再次被写入) 。
- compact(): 将未读取的数据拷贝到 buffer 的头部位。
- mark(): reset():mark 可以标记一个位置， reset 可以重置到该位置。
- Buffer 常见类型： ByteBuffer 、 MappedByteBuffer 、 CharBuffer 、 DoubleBuffer 、 FloatBuffer 、 IntBuffer 、 LongBuffer 、 ShortBuffer
- put(),get() 放入，取出数据， 分为相对(Relative)和绝对(Absolute)。
Buffer的操作实例
// 创建Buffer
CharBuffer buff = CharBuffer.allocate(8);
System.out.println("capacity: "+buff.capacity());
System.out.println("limit: " + buff.limit());
System.out.println("position: " + buff.position());
// add
buff.put('a');
buff.put('b');
buff.put('c');
System.out.println(buff.position());
// flip
buff.flip();
System.out.println("position: " + buff.position());
System.out.println("limit: " + buff.limit());
// clear
buff.clear();
System.out.println("position: " + buff.position());
System.out.println("limit: " + buff.limit());
System.out.println("执行clear()后，缓冲区内容并没有被清除："+"第三个元素为："+buff.get(2));
buff.compact();
System.out.println("position: " + buff.position());
System.out.println("limit: " + buff.limit());capacity: 8
limit: 8
position: 0
3
position: 0
limit: 3
position: 0
limit: 8
执行clear()后，缓冲区内容并没有被清除：第三个元素为：c
position: 8
limit: 8channel可以直接将指定文件的部分或者全部映射成Buffer。channel只能跟buffer交互。 channel 用于在字节缓冲区和位于通道另一侧的实体(通常是一个文件或套接字)之间有效地传输数据。通道是一种途径,借助该途径,可以用最小的总开销来访问操作系统本身的 I/O 服务。缓冲区则是通道内部用来发送和接收数据的端点。通道channel充当连接I/O服务的导管，入下图所示：
一般需要用流的getChannel()方法来初始化Channel，例如new FileInputStream(f).getChannel()，new FileOutputStream(f).getChannel()，new RandomAccessFile(f,"rw").getChannel()。读取文件到Buffer里可以用channel的read()方法或channel的map(***)方法，写入则使用channel的write()方法。
使用read()的具体形式为
...;
File f = new File("afile.txt");
FileChannel channel = new FileInputStream(f).getChannel();
ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(f.length());
channel.read(buffer);
...;- 1
- 2
- 3
- 4
- 5
- 6
使用map()的具体形式为
...;
File f = new File("afile.txt");
FileChannel channel = new FileInputStream(f).getChannel();
MappedByteBuffer buffer = channel.map(FileChannel.MapMode.READ_ONLY, 0, f.length());
...;Selector通道：
选择器属性：
- 选择器（Selector）
选择器类管理着一个被注册的通道集合的信息和它们的就绪状态。通道是和选择器一起被注册的,并且使用选择器来更新通道的就绪状态。当这么做的时候,可以选择将被激发的线程挂起,直到有就绪的的通道。 - 可选择通道(SelectableChannel)
SelectableChannel 可以被注册到 Selector 对象上,同时可以指定对那个选择器而言,那种操作是感兴趣的。一个通道可以被注册到多个选择器上,但对每个选择器而言只能被注册一次。 - 选择键(SelectionKey)
选择键封装了特定的通道与特定的选择器的注册关系。选择键对象被SelectableChannel.register( ) 返回并提供一个表示这种注册关系的标记。选择键包含了两个比特集(以整数的形式进行编码),指示了该注册关系所关心的通道操作,以及通道已经准备好的操作。
选择器使用：
selector使用单线程处理多个channel，当应用打开了多个channel且每个channel的吞吐量不是很大时，使用channel就比较方便。使用selector分如下的几步：
- 1.创建：使用
Selector selector = Selector.open() - 2.将channel注册到selector：
channel.register(selector, **)，该方法可返回一个SelectorKey，代表该channel在selector中的”代号”。与selector一起使用时，channel一定处于非阻塞模式下。所以需要提前设置channel.configureBlocking(false)。 - 3.使用selector几个select的重载方法测试通道有多少已经准备好了：
- int select()阻塞到至少有一个对象在通道上准备好了。
- int select(long timeout)最长会阻塞timeout毫秒
- int selectNow()不会阻塞，不管什么情况会直接返回，如果自上次调用选择操作以来，没有就绪的通道则直接返回0。
- 4.调用select方法之后，如果有返回值，则说明已经有selector就绪了。此时可以通过selectedKey来选择已选择键集中就绪的通道。使用
Set，之后在得到的SelectionKey的Set中可以通过SelectionKey提供的方法来操作channel。得到Channel的基本方法为selectedKey = selector.selectedKeys(); selectionKey.channel()。
二.Java网络编程
概述:
一个是如何准确的定位网络上一台或多台主机，另一个就是找到主机后如何可靠高效的进行数据传输。
在TCP/IP协议中IP层主要负责网络主机的定位，数据传输的路由，由IP地址可以唯一地确定Internet上的一台主机。 而TCP层则提供面向应用的可靠（tcp）的或非可靠（UDP）的数据传输机制，这是网络编程的主要对象，一般不需要关心IP层是如何处理数据的。
目前较为流行的网络编程模型是客户机/服务器（C/S）结构。即通信双方一方作为服务器等待客户提出请求并予以响应。客户则在需要服务时向服务器提 出申请。 服务器一般作为守护进程始终运行，监听网络端口，一旦有客户请求，就会启动一个服务进程来响应该客户，同时自己继续监听服务端口，使后来的客户也 能及时得到服务。
两类传输协议(TCP,UDP):
TCP是Tranfer Control Protocol的 简称，是一种面向连接的保证可靠传输的协议。 通过TCP协议传输，得到的是一个顺序的无差错的数据流。发送方和接收方的成对的两个socket之间必须建 立连接，以便在TCP协议的基础上进行通信，当一个socket（通常都是server socket）等待建立连接时，另一个socket可以要求进行连接，一旦这两个socket连接起来，它们就可以进行双向数据传输，双方都可以进行发送 或接收操作。
UDP是User Datagram Protocol的简称，是一种无连接的协议，
每个数据报都是一个独立的信息，包括完整的源地址或目的地址，它在网络上以任何可能的路径传往目的地，
因此能否到达目的地，到达目的地的时间以及内容的正确性都是不能被保证的。
TCP,UDP区别:
UDP：
1.每个数据报中都给出了完整的地址信息，因此无需要建立发送方和接收方的连接。
2.UDP传输数据时是有大小限制的，每个被传输的数据报必须限定在64KB之内。
3.UDP是一个不可靠的协议，发送方所发送的数据报并不一定以相同的次序到达接收方
TCP：
1.面向连接的协议，在socket之间进行数据传输之前必然要建立连接，所以在TCP中需要连接时间。
2.TCP传输数据大小限制，一旦连接建立起来，双方的socket就可以按统一的格式传输大的数据。
3.TCP是一个可靠的协议，它确保接收方完全正确地获取发送方所发送的全部数据。
TCP,UDP的应用:
1.TCP在网络通信上有极强的生命力，
例如远程连接（Telnet）和文件传输（FTP）都需要不定长度的数据被可靠地传输。
但是可靠的传输是要付出代价的，对数据内容正确性的检验必然占用计算机的处理时间和网络的带宽，
因此TCP传输的效率不如UDP高。
2.UDP操作简单，而且仅需要较少的监护，
因此通常用于局域网高可靠性的分散系统中client/server应用程序。
例如视频会议系统，并不要求音频视频数据绝对的正确，只要保证连贯性就可以了，
这种情况下显然使用UDP会更合理一些。
基于socket套接字的java网络编程:
（1）.socket的定义
网络上的两个程序通过一个双向的通讯连接实现数据的交换，这个双向链路的一端称为一个Socket。
Socket通常用来实现客户方和服务方的连接。Socket是TCP/IP协议的一个十分流行的编程界面，
一个Socket由一个IP地址和一个端口号唯一确定。但是，Socket所支持的协议种类也不光TCP/IP一种，因此两者之间是没有必然联系的。 在Java环境下，Socket编程主要是指基于TCP/IP协议的网络编程。
（2）.socket通讯的过程
Server端Listen(监听)某个端口是否有连接请求，Client端向Server 端发出Connect(连接)请求， Server端向Client端发回Accept（接受）消息。一个连接就建立起来了。 Server端和Client 端都可以通过Send，Write（socket.getOutputStream/socket.getInputStream）等方法与对方通信。
对于一个功能齐全的Socket，都要包含以下基本结构，其工作过程包含以下四个基本的步骤：
1. 创建Socket；
2. 打开连接到Socket的输入/出流；
3. 按照一定的协议对Socket进行读/写操作；
4.关闭Socket.（在实际应用中，并未使用到显示的close，虽然很多文章都推荐如此，不过在我的程序中，可能因为程序本身比较简单，要求不高，所以并未造成什么影响。）
（3）.创建socket通讯
创建Socket在java包java.net中提供了两个类Socket和ServerSocket， 分别用来表示双向连接的客户端和服务端。这是两个封装得非常好的类，使用很方便。其构造方法如下：
客户端类的构造器：
Socket(InetAddress address, int port);
Socket(InetAddress address, int port, boolean stream);
Socket(String host, int prot); //主要使用
Socket(String host, int prot, boolean stream);
Socket(SocketImpl impl)
Socket(String host, int port, InetAddress localAddr, int localPort)
Socket(InetAddress address, int port, InetAddress localAddr, int localPort)
服务端类的构造器：
ServerSocket(int port); //主要使用
ServerSocket(int port, int backlog);
ServerSocket(int port, int backlog, InetAddress bindAddr)
其中address、host和port分别是双向连接中另一方的IP地址、主机名和端 口号，stream指明socket是流socket还是数据报socket，localPort表示本地主机的端口号，localAddr和 bindAddr是本地机器的地址（ServerSocket的主机地址），impl是socket的父类，既可以用来创建serverSocket又可 以用来创建Socket。count则表示服务端所能支持的最大连接数。例如：
Socket client = new Socket("127.0.01", 5555); //127.0.01任何时候都代表本机IP地址，5555是自定义的端口号
ServerSocket server = new ServerSocket(5555);
注意，在选择端口时，必须小心。每一个端口提供一种特定的服务，
只有给出正确的端口，才 能获得相应的服务。
0~1023的端口号为系统所保留，例如http服务的端口号为80,telnet服务的端口号为21,ftp服务的端口号为23,
所以我们在选择端口号时，最好选择一个大于1023的数以防止发生冲突。
在创建socket时如果发生错误，将产生IOException，在程序中必须对之作出处理。所以在创建Socket或ServerSocket是必须捕获或抛出例外。
（4）.使用socket通讯
在TCP协议下，使用如下：
在UDP协议下，使用如下:
相关操作类：
DatagramPacket： 表示数据包
DatagramSocket：进行端到端通信的类
（5）.使用socket通讯的Demo
1.TCP
server端：
public class tcp_Server {
public static void main(String[] args) {
try {
// 1.创建一个服务器端Socket，即ServerSocket，指定绑定的端口，并监听此端口
ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(8888);
Socket socket = null;
int count = 0;
System.out.println("**服务器即将启动，等待客户端的连接**");
while (true){
// 2.调用accpet()方法开始监听，等待客户端的连接
socket = serverSocket.accept(); //处于阻塞状态
new Thread(new serverThread(socket)).start();
count++;
System.out.println("客户端的数量："+count);
InetAddress address = socket.getInetAddress();
System.out.println("当前客户端的IP："+address.getHostAddress());
}
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}serverThread：
public class serverThread implements Runnable{
// 和本线程相关的socket
private Socket socket;
public serverThread(Socket socket){
this.socket = socket;
}
public void run(){
InputStream is = null;
InputStreamReader isr = null;
BufferedReader br = null;
OutputStream os = null;
PrintWriter pw = null;
try{
// 3.获取输入流用来读取客户端信息
is = socket.getInputStream(); //字节输入流
isr = new InputStreamReader(is); // 转换
br = new BufferedReader(isr);
String info = null;
while ((info=br.readLine())!=null){
System.out.println("我是服务器，客户端说："+info);
}
socket.shutdownInput(); // 关闭输入流
// 4. 获取输出流，响应客户端的请求
os = socket.getOutputStream();
pw = new PrintWriter(os);
pw.write("欢迎你");
pw.flush();
}catch(Exception e){
e.printStackTrace();
}finally {
// 5.关闭资源
try{
if(pw!=null){
pw.close();
}
if(os!=null){
os.close();
}
if(br!=null){
br.close();
}
if(isr!=null){
isr.close();
}
if(is!=null){
is.close();
}
if(socket!=null){
socket.close();
}
}catch (Exception e){
}
}
}
}client端：
public class tcp_client {
public static void main(String[] args) {
try {
//1. 创建客户端Socket， 指定服务器地址和端口
Socket socket = new Socket("localhost", 8888);
//2. 获取输出流，向服务器端发送信息
OutputStream os = socket.getOutputStream();
PrintWriter pw = new PrintWriter(os); // 将输出流包装成打印流
pw.write("用户名：admin; 密码： 123");
pw.flush();
socket.shutdownOutput(); // 关闭输出流
//3.
InputStream is = socket.getInputStream();
BufferedReader br = new BufferedReader(new InputStreamReader(is));
String info = null;
while ((info = br.readLine())!=null){
System.out.println("收到同意，开始传输"+info);
}
socket.shutdownInput();
//4. 关闭资源
br.close();
is.close();
pw.close();
os.close();
socket.close();
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}2.UDP
传输过程：1. 将要传输的数据定义成数据报（Datagram），2.在数据报中指明数据所要达到的Socket（主机地址和端口号），
3.然后再将数据报发送出去
UDP_server
public static void main(String[] args) {
try {
//1.创建服务器端DatagramSocket，指定端口
DatagramSocket socket = new DatagramSocket(8800);
//2.创建数据报
byte[] data = new byte[1024];
DatagramPacket packet = new DatagramPacket(data,data.length);
//3.接收客户端发送的数据
socket.receive(packet); //此方法在接受到数据报之前会一直阻塞
//4.读取数据
String info = new String(data,0,packet.getLength());
System.out.println("我是服务器,客户端说："+info);
/**
* 相应客户端
*/
//1、定义客户端的地址、端口号、数据
InetAddress address = packet.getAddress();
int port = packet.getPort();
byte[] data2 = "欢迎您".getBytes();
//2.
DatagramPacket packet1 = new DatagramPacket(data2,data2.length,address,port);
//3.
socket.send(packet1);
//4.
socket.close();
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
}UDP_client:
public static void main(String[] args) throws IOException {
/**
* 向服务器端发送
*/
// 1.定义服务器的地址，端口号，数据
InetAddress address = InetAddress.getByName("localhost"); //同一台主机
int port = 8800;
byte[] data = "用户名：admin；密码：123".getBytes();
// 2.创建数据报，包含发送的数据信息
DatagramPacket packet = new DatagramPacket(data, data.length, address, port);
// 3.创建socket
DatagramSocket socket = new DatagramSocket();
// 4.向服务端发送数据报
socket.send(packet);
/**
* 接收服务器端相应的数据
*/
//1.创建数据报，用于接收服务器端相应的数据
byte[] data1 = new byte[1024];
DatagramPacket packet1 = new DatagramPacket(data1,data1.length);
//2.接受
socket.receive(packet1);
//3.读取
String reply = new String(data1,0,packet1.getLength());
System.out.println("我是客户端："+reply);
socket.close();
}三.NIO实现Java网络编程
这个坑以后再填吧，先放几个链接：
https://my.oschina.net/xinxingegeya/blog/390459
https://blog.csdn.net/MOTUI/article/details/52792146