Java网络编程NIO

一、NIO是什么?

NIO可以说是比BIO更强大的IO，可以设置非阻塞模式（通过事件的方式监听数据的到来）

  • BIO是基于socket通信，一个线程对应一个socket连接，读取数据要一直等待

  • NIO是基于channel通信，一个线程管理一个selector，一个selector管理多个channel，这样一个线程就能管理多个客户端连接

二、NIO核心组件

 ① Selector：选择器，负责管理多个通道channel，通过监听通道绑定的事件，及时处理通道数据

 ② Channel：通道，一般一端确定，另一端操作缓冲区Buffer。可以是文件通道，网络通道等

 ③ Buffer：缓冲区，包括直接内存缓冲和JVM内存缓冲。直接内存缓冲是在操作系统的非应用程序内存申请的空间，不占用JVM内存；JVM内存缓冲就是在堆空间申请的缓冲区。

   由于IO无法直接操作应用内存，因此需要将应用内存数据拷贝到直接内存，如果使用直接内存，就可以少一次拷贝操作

组件模型图：

三、常用API

（1）缓冲区Buffer

① 介绍

  position：下一次读取或写入的位置

  limit：数据末尾后一个位置

  capacitry：缓冲区容量

② 相关API

以ByteBuffer为例

//	申请操作系统的内存缓冲区
ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocateDirect(1024);
//	获取position、limit、capacity
int position = buffer.position();
int limit = buffer.limit();
int capacity = buffer.capacity();//	向缓冲区中写入数据
String data = "hello, my name is jack!";
buffer.put(data.getBytes());//	切换模式，标定界限（limit=position，position=0）
buffer.flip();//	读取缓冲区的数据
int dataLength = buffer.remaining();	//  获取剩余数据量
String content = new String(buffer.array(), 0, dataLength);//	清空缓冲区，实际上是将各个下标设置为初始值，如：position=0，limit=capacity
buffer.clear();

（2）通道Channel

拷贝文件的案例

public void test02() throws Exception {//  利用通道进行文件读写String fileName1 = "E:\\code\\java\\io_learn\\io_02_nio\\src\\main\\resources\\1.jpg";String fileName2 = "E:\\code\\java\\io_learn\\io_02_nio\\src\\main\\resources\\2.jpg";//  打开文件输入流FileInputStream fis = new FileInputStream(fileName1);//  通过输入流获取通道FileChannel fisChannel = fis.getChannel();//  打开文件输出流FileOutputStream fos = new FileOutputStream(fileName2);//  通过输出流获取输出通道FileChannel fosChannel = fos.getChannel();//  创建缓冲区ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024);//  将输入通道的数据读取到buffer，然后从buffer读取数据到输出通道while ((fisChannel.read(buffer)) > 0 ) {//  limit=position,position=0buffer.flip();//  将数据从buffer写入到文件fosChannel.write(buffer);//  将各个下标指针归还到最初位置buffer.clear();}//  释放通道资源fisChannel.close();fosChannel.close();}

 利用transferFrom实现管道数据转移

public void transferFromTest() throws Exception {/*利用transferFrom或transferTo实现文件的copy*/FileInputStream fis = new FileInputStream("E:\\code\\java\\io_learn\\io_02_nio\\src\\main\\resources\\1.jpg");FileChannel fisChannel = fis.getChannel();FileOutputStream fos = new FileOutputStream("E:\\code\\java\\io_learn\\io_02_nio\\src\\main\\resources\\11.jpg");FileChannel fosChannel = fos.getChannel();//  将数据转移到目的通道fosChannel.transferFrom(fisChannel , 0, fisChannel.size());fisChannel.close();fosChannel.close();}

利用transferTo实现管道数据转移

public void transferToTest() throws Exception {/*利用transferFrom或transferTo实现文件的copy*/FileInputStream fis = new FileInputStream("E:\\code\\java\\io_learn\\io_02_nio\\src\\main\\resources\\1.jpg");FileChannel fisChannel = fis.getChannel();FileOutputStream fos = new FileOutputStream("E:\\code\\java\\io_learn\\io_02_nio\\src\\main\\resources\\10.jpg");FileChannel fosChannel = fos.getChannel();//  将数据转移到目的通道fisChannel.transferTo(0, fisChannel.size(), fosChannel);fisChannel.close();fosChannel.close();}

注意：transferFrom和transferTo方法一次只能传输2G的数据（受操作系统限制）

（3）选择器Selector

一般是通过服务通道监听端口，等待客户端的连接通道，然后将连接通道注册到Selector，等待事件触发通道行为

public void test() throws Exception {//  1.获取通道ServerSocketChannel serverSocketChannel =ServerSocketChannel.open();//  2。设置为非阻塞模式serverSocketChannel.configureBlocking(false);//  3.绑定端口serverSocketChannel.bind(new InetSocketAddress(9898));//  4.获取选择器Selector selector = Selector.open();//  5.注册通道到选择器，通过客户端建立通道的事件触发serverSocketChannel.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT);while (selector.select() > 0) {//  获取到对应事件，进行处理...}}

 四、NIO实现聊天室案例

服务端Server

import java.net.InetSocketAddress;
import java.nio.ByteBuffer;
import java.nio.channels.*;
import java.util.Iterator;
import java.util.Set;public class Server {public static void main(String[] args) throws Exception {//  1.创建服务端通道ServerSocketChannel serverSocketChannel = ServerSocketChannel.open();//  2.设置为非阻塞模式serverSocketChannel.configureBlocking(false);//  3.绑定监听端口serverSocketChannel.bind(new InetSocketAddress(9898));//  4.打开SelectorSelector selector =Selector.open();//  5.注册监听客户端连接的通道serverSocketChannel.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT);//  6.循环监听连接等事件while (selector.select() > 0) {//  获取事件迭代器Iterator<SelectionKey> keyIterator = selector.selectedKeys().iterator();while (keyIterator.hasNext()) {//  获取到具体事件SelectionKey key = keyIterator.next();//  判断事件类型//  客户端建立连接的事件if (key.isAcceptable()) {//  获取到客户端的连接通道SocketChannel socketChannel = serverSocketChannel.accept();//  设置通道为非阻塞模式socketChannel.configureBlocking(false);//  将连接通道注册到选择器socketChannel.register(selector, SelectionKey.OP_READ);}//  如果是读取事件，证明客户端发来了消息，进行数据读取else if (key.isReadable()) {try {//  创建缓冲区ByteBuffer byteBuffer = ByteBuffer.allocate(1024);//  消息内容，正常聊天，消息一般很短，不会超过1kbString content = "";//  获取到客户端通道SocketChannel channel = (SocketChannel)key.channel();//  通过通道将数据读取到bufferif (channel.read(byteBuffer) > 0) {//  切换为可读模式byteBuffer.flip();//  将byte[]转为stringcontent = new String(byteBuffer.array(), 0, byteBuffer.remaining());//  清空缓冲区byteBuffer.clear();}//  打印消息内容System.out.println(content);//  将数据写入缓冲区byteBuffer.put(content.getBytes());//  将数据发送给其他所有非自己的客户端Set<SelectionKey> keys = selector.keys();for (SelectionKey selectionKey : keys) {//  通过事件获取到客户端连接通道SelectableChannel selectableChannel = selectionKey.channel();//  如果通道是服务端监听连接的通道ServerSocketChannel或者是自己，则不能转发if (selectableChannel instanceof ServerSocketChannel || selectableChannel == channel) {continue;}//  将消息转发给其他客户端//  转为客户端channel类型SocketChannel otherClientChannel = (SocketChannel) selectableChannel;//  重新设置为读模式byteBuffer.flip();//  发送消息otherClientChannel.write(byteBuffer);}} catch (Exception e) {//  出现异常，说明客户端下线SocketChannel channel = (SocketChannel)key.channel();System.out.println("客户端" + channel.getLocalAddress() + "离线");channel.close();//  释放通道，接触通道绑定的事件key.cancel();}}//  将使用完的事件进行移除keyIterator.remove();}}//  释放资源serverSocketChannel.close();selector.close();}}

客户端Client

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.util.Iterator;
import java.util.Scanner;public class Client {public static void main(String[] args) throws IOException {//  1.创建socket channelSocketChannel socketChannel = SocketChannel.open(new InetSocketAddress("127.0.0.1", 9898));socketChannel.configureBlocking(false); //  设置为非阻塞模式//  2.开启SelectorSelector selector = Selector.open();//  3.注册通道，监听通道的读事件socketChannel.register(selector, SelectionKey.OP_READ);//  开启一个接收服务端数据的线程new Thread(() -> {try {//  有事件，则执行处理，没有事件则进行阻塞while(selector.select() > 0) {Iterator<SelectionKey> keyIterator = selector.selectedKeys().iterator();//  遍历事件，找到可读事件，读取服务端发来的数据while (keyIterator.hasNext()) {SelectionKey selectionKey = keyIterator.next();//  可读事件，读取服务端发来的数据if (selectionKey.isReadable()) {//  创建缓冲区ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024);//  读取数据到缓冲区socketChannel.read(buffer);//  切换为读模式buffer.flip();System.out.println("\n" + new String(buffer.array(), 0, buffer.remaining()));System.out.print("我的发言: ");}//  使用完毕的事件要进行移除keyIterator.remove();}}} catch (IOException e) {e.printStackTrace();}}).start();//  等待客户的输入，聊天控制台ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024);Scanner sc = new Scanner(System.in);while (true) {System.out.print("我的发言: ");//  读取用户输入String msg = socketChannel.getLocalAddress() + ": " + sc.nextLine();//  将消息放入缓冲区buffer.put(msg.getBytes());//  切换为写模式buffer.flip();//  发送缓冲区的数据给服务吨socketChannel.write(buffer);//  清除本次数据buffer.clear();}}
}

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