Java知识点——NIO完成一个TCP聊天室

1. NIO完成一个TCP聊天室

1.1 NIO TCP聊天室客户端完成

package com.qfedu.b_niochat;

import java.io.IOException;
import java.net.InetSocketAddress;
import java.nio.ByteBuffer;
import java.nio.channels.SocketChannel;

/**
 * NIO 非阻塞状态的TCP聊天室客户端核心代码
 *
 * @author Anonymous 2020/3/16 16:20
 */
public class ChatClient {
    /**
     * 服务器IP地址
     */
    private static final String HOST = "192.168.31.154";

    /**
     * 服务器连接对应的端口号
     */
    private static final int PORT = 8848;

    /**
     * 返回NIO要求是ScoketChannel对象
     */
    private SocketChannel socket;

    /**
     * 用户名
     */
    private String userName;

    /**
     * 客户端构造方法，创建客户端对象
     *
     * @param userName 指定的用户名
     */
    public ChatClient(String userName) throws IOException, InterruptedException {
        // 1. 打开SocketChannel
        socket = SocketChannel.open();

        // 2. 设置非阻塞状态
        socket.configureBlocking(false);

        // 3. 根据指定的HOST IP地址和对应PORT端口号创建对应的 InetSocketAddress
        InetSocketAddress address = new InetSocketAddress(HOST, PORT);

        // 4. 连接服务器
        if (!socket.connect(address)) {
            // 如果没有连接到服务器，保持请求连接的状态
            while (!socket.finishConnect()) {
                System.out.println("服务器请求连接失败，等待2s继续请求连接...");
                Thread.sleep(2000);
            }
        }

        this.userName = userName;

        System.out.println("客户端 " + userName + " 准备就绪");
    }

    /*
    这里需要完成两个方法，一个是发送数据到服务器，一个是接受服务器发送的数据
     */

    /**
     * 发送数据到服务器，用于广播消息，群聊
     *
     * @param message 指定的消息
     */
    public void sendMsg(String message) throws IOException {
        // 断开服务器连接 close
        if ("close".equals(message)) {
            socket.close();
            return;
        }
        /*
        StringBuffer
            线程安全，效率低
        StringBuilder
            线程不安全，效率高
         */
        message = userName + ":" + message;
        ByteBuffer buffer = ByteBuffer.wrap(message.getBytes());
        socket.write(buffer);
    }

    public void receiveMsg() throws IOException {
        // 准备ByteBuffer
        ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024);

        int length = socket.read(buffer);
        if (length > 0) {
            System.out.println(new String(buffer.array()));
        }
    }
}

1.2 NIO TCP聊天室服务端完成

package com.qfedu.b_niochat;

import java.io.IOException;
import java.net.InetSocketAddress;
import java.nio.ByteBuffer;
import java.nio.channels.*;
import java.util.Iterator;
import java.util.Set;

/**
 * NIO 非阻塞状态的TCP聊天室服务端核心代码
 *
 * @author Anonymous 2020/3/16 16:59
 */
public class ChatServer {

    /**
     * 服务器核心模块，ServerSocketChannel
     */
    private ServerSocketChannel serverSocket;

    /**
     * 服务端NIO Selector选择器
     */
    private Selector selector;

    /**
     * 服务端监听服务指定端口号
     */
    private static final int PORT = 8848;

    /*
    1. 构造方法
    2. 接收方法
    3. 发送方法(广播)
    4. 同时启动接收和发送功能 start
     */

    /**
     * 服务器构造方法，开启ServerSocketChannel，同时开启Selector，注册操作
     *
     * @throws IOException 异常
     */
    public ChatServer() throws IOException {
        // 1. 启动服务器SocketServer NIO服务器
        serverSocket = ServerSocketChannel.open();

        // 2. 启动选择器
        selector = Selector.open();

        // 3. 端口绑定
        serverSocket.bind(new InetSocketAddress(PORT));

        // 4. 选择NIO方式为非阻塞状态
        serverSocket.configureBlocking(false);

        // 5. 注册SeverSocket，确定当前监听的状态是OP_ACCEPT
        serverSocket.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT);
    }

    /**
     * 服务器干活方法，指定客户端绑定，数据接收和转发
     */
    public void start(){
        try {
            while (true) {
                if (0 == selector.select(2000)) {
                    System.out.println("服务器默默的等待连接，无人访问...");
                    continue;
                }

                /*
                selectedKeys：
                    获取当前所有发生事件操作的对应SelectionKey Set集合
                 */
                Iterator<SelectionKey> iterator = selector.selectedKeys().iterator();

                while (iterator.hasNext()) {
                    SelectionKey key = iterator.next();
                    // 1. 连接
                    if (key.isAcceptable()) {
                        // 连接客户端，获取对应的SocketChannel对象
                        SocketChannel socket = serverSocket.accept();
                        socket.configureBlocking(false);
                        socket.register(selector, SelectionKey.OP_READ);

                        // 广播上线
                        broadcast(socket, socket.getRemoteAddress().toString() + "上线了");
                    }

                    // 2. 接收数据转发
                    if (key.isReadable()) {
                        readMsg(key);
                    }

                    iterator.remove();
                }
            }
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

    /**
     * 从指定的SelectionKey中读取数据
     *
     * @param key 符合OP_READ 要求的SelectionKey
     */
    public void readMsg(SelectionKey key) throws IOException {
        // 根据指定SelectionKey获取对应的SocketChannel对象
        SocketChannel socket = (SocketChannel) key.channel();

        // 创建缓冲区
        ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024);
        // 从缓冲区中读取数据，返回值类型是读取到的字节数
        int length = socket.read(buffer);

        // 因为读取的数据可能存在0的情况
        if (length > 0) {
            String message = new String(buffer.array());

            // 广播数据
            broadcast(socket, message);
        }
    }

    /**
     * 广播方法，该方法是群发消息，但是不要发给自己
     *
     * @param self 当前发送数据的客户端
     * @param message 消息
     */
    public void broadcast(SocketChannel self, String message) throws IOException {
        /*
         获取当前Selector选择器中所有的SelectionKey
         Selector中注册的内容有SocketChannel对应的SelectionKey
         已经ServerSocketChannel对应的SelectionKey
        */
        Set<SelectionKey> keys = selector.keys();

        // 遍历整个SelectionKey Set集合
        for (SelectionKey key : keys) {
            // 获取对应SelectionKey的Channel对象
            SelectableChannel channel = key.channel();

            // 第一: channel对应的是一个SocketChannel对象，并且不是当前发送消息的SocketChannel对象
            if (channel instanceof SocketChannel && !channel.equals(self)) {
                SocketChannel socketChannel = (SocketChannel) channel;
                // 根据指定的Byte类型数组，创建对应的ByteBuffer缓冲区
                ByteBuffer buffer = ByteBuffer.wrap(message.getBytes());

                // 发送数据
                socketChannel.write(buffer);
            }
        }
    }

    public static void main(String[] args) throws IOException {
        new ChatServer().start();
    }

}

1.3 NIO TCP聊天室客户端线程代码实现

package com.qfedu.b_niochat;

import java.io.IOException;
import java.util.Scanner;

/**
 * 客户端线程代码
 *
 * @author Anonymous 2020/3/16 17:37
 */
public class ChatClientThread {
    public static void main(String[] args) throws IOException, InterruptedException {
        Scanner scanner = new Scanner(System.in);

        System.out.println("请输入用户名:");
        String userName = scanner.nextLine();

        if (0 == userName.length()) {
            return;
        }

        ChatClient chatClient = new ChatClient(userName);

        // 接收消息
        new Thread(() -> {
            while (true) {
                try {
                    chatClient.receiveMsg();
                    Thread.sleep(2000);
                } catch (IOException | InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }).start();

        // 发送消息
        while (scanner.hasNextLine()) {
            String msg = scanner.nextLine();

            chatClient.sendMsg(msg);
        }
    }
}