Java网络编程——使用NIO实现非阻塞Socket通信

  除了普通的Socket与ServerSocket实现的阻塞式通信外，java提供了非阻塞式通信的NIO API。先看一下NIO的实现原理。

 

       从图中可以看出，服务器上所有Channel（包括ServerSocketChannel和SocketChannel）都需要向Selector注册，而该Selector则负责监视这些Socket的IO状态，当其中任意一个或者多个Channel具有可用的IO操作时，该Selector的select()方法将会返回大于0的整数，该整数值就表示该Selector上有多少个Channel具有可用的IO操作，并提供了selectedKeys（）方法来返回这些Channel对应的SelectionKey集合。正是通过Selector，使得服务器端只需要不断地调用Selector实例的select()方法即可知道当前所有Channel是否有需要处理的IO操作。

看个demo

NClient.java

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.nio.charset.Charset;
import java.util.Scanner;

public class NClient {
	//定义检测SocketChannel的Selector对象
	private Selector selector=null;
	//定义处理编码和解码的字符集
	private Charset charset=Charset.forName("UTF-8");
	//客户端SocketChannel
	private SocketChannel sc=null;
	public void init() throws IOException{
		selector=Selector.open();
		InetSocketAddress isa=new InetSocketAddress("127.0.0.1",30000);
		//调用open静态方法创建连接到指定主机的SocketChannel
		sc=SocketChannel.open(isa);
		//设置该sc以非阻塞方式工作
		sc.configureBlocking(false);
		//将Socketchannel对象注册到指定Selector
		sc.register(selector, SelectionKey.OP_READ);
		//启动读取服务器端数据的线程
		new ClientThread().start();
		//创建键盘输入流
		Scanner scan=new Scanner(System.in);
		while(scan.hasNextLine()){
			//读取键盘输入
			String line=scan.nextLine();
			//将键盘输入的内容输出到SocketChannel中
			sc.write(charset.encode(line));
		}
	}
	//定义读取服务器数据的线程
	private class ClientThread extends Thread{
		public void run(){
			try{
				while(selector.select()>0){
					//遍历每个有可用IO操作Channel对应的SelectionKey
					for(SelectionKey sk:selector.selectedKeys()){
						//删除正在处理的SelectionKey
						selector.selectedKeys().remove(sk);
						//如果该SelectionKey对应的Channel中有可读的数据
						if(sk.isReadable()){
							//使用NIO读取channel中的数据
							SocketChannel sc=(SocketChannel) sk.channel();
							ByteBuffer buff=ByteBuffer.allocate(1024);
							String content="";
							while(sc.read(buff)>0){
								//sc.read(buff);
								buff.flip();
								content+=charset.decode(buff);
							}
							//打印输出读取的内容
							System.out.println("聊天信息"+content);
							//为下一次读取做准备
							sk.interestOps(SelectionKey.OP_READ);
						}
					}
				}
			}catch(IOException ex){
				ex.printStackTrace();
			}
		}
	}
	public static void main(String[]args) throws IOException{
		new NClient().init();
	}
}

NServer.java

import java.io.IOException;
import java.net.InetSocketAddress;
import java.nio.ByteBuffer;
import java.nio.channels.Channel;
import java.nio.channels.SelectionKey;
import java.nio.channels.Selector;
import java.nio.channels.ServerSocketChannel;
import java.nio.channels.SocketChannel;
import java.nio.charset.Charset;

public class NServer {
	//用于检测所有Channel状态的Selector
	private Selector selector=null;
	//定义实现编码、解码的字符集对象
	private Charset charset=Charset.forName("UTF-8");
	public void init() throws IOException{
		selector=Selector.open();
		//通过open方法来打开一个未绑定的ServerSocketChannel实例
		ServerSocketChannel server=ServerSocketChannel.open();
		InetSocketAddress isa=new InetSocketAddress("127.0.0.1",30000);
		//将该ServerSocketChannel绑定到指定ip地址
		server.socket().bind(isa);
		//设置ServerSocket以非阻塞方式工作
		server.configureBlocking(false);
		//将server注册到指定Selector对象
		server.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT);
		while(selector.select()>0){
			//依次处理selector上的每个已选择的SelectionKey
			for(SelectionKey sk:selector.selectedKeys()){
				//从selector上的已选择Key集中删除正在处理的SelectionKey
				selector.selectedKeys().remove(sk);
				//如果sk对应的通信包含客户端的连接请求
				if(sk.isAcceptable()){
					//调用accept方法接受连接，产生服务器端对应的SocketChannel
					SocketChannel sc=server.accept();
					//设置采用非阻塞模式
					sc.configureBlocking(false);
					sc.register(selector, SelectionKey.OP_READ);
					//将sk对应的Channel设置成准备接受其他请求
					sk.interestOps(SelectionKey.OP_ACCEPT);
				}
				//如果sk对应的通道有数据需要读取
				if(sk.isReadable()){
					//获取该SelectionKey对应的Channel，该Channel中有可读的数据
					SocketChannel sc=(SocketChannel) sk.channel();
					//定义准备之星读取数据的ByteBuffer
					ByteBuffer buff=ByteBuffer.allocate(1024);
					String content="";
					//开始读取数据
					try{
						while(sc.read(buff)>0){
							buff.flip();
							content+=charset.decode(buff);
						}
						//打印从该sk对应的Channel里读到的数据
						System.out.println("=========="+content);
						//将sk对应的Channel设置成准备下一次读取
						sk.interestOps(SelectionKey.OP_READ);
						//如果捕捉到该sk对应的channel出现异常，即表明该channel对应的client出现了
						//异常，所以从selector中取消sk的注册
					}catch(IOException e){
						//从Selector中删除指定的SelectionKey
						sk.cancel();
						if(sk.channel()!=null){
							sk.channel().close();
						}
					}
					//如果content的长度大于0，即聊天信息不为空
					if(content.length()>0){
						//遍历该selector里注册的所有SelectKey
						for(SelectionKey key:selector.keys()){
							//选取该key对应的Channel
							Channel targetChannel=key.channel();
							//如果该channel是SocketChannel对象
							if(targetChannel instanceof SocketChannel){
								//将独到的内容写入该Channel中
								SocketChannel dest=(SocketChannel) targetChannel;
								dest.write(charset.encode(content));
							}
						}
					}
				}
			}
		}
	}
	public static void main(String[]args) throws IOException{
		new NServer().init();
	}
}

  通过java提供的NIO实现非阻塞Socket通信，大大提高了网络服务器的性能。