NIO简介以及用NIO实现一个群聊系统

一、BIO的工作原理

传统Io(BIO)的本质就是面向字节流来进行数据传输的
在这里插入图片描述
①:当两个进程之间进行相互通信，我们需要建立一个用于传输数据的管道(输入流、输出流)，原来我们传输数据面对的直接就是管道里面一个个字节数据的流动（我们弄了一个 byte 数组，来回进行数据传递），所以说原来的 IO 它面对的就是管道里面的一个数据流动，所以我们说原来的 IO 是面向流的。
②:我们说传统的 IO 还有一个特点就是，它是单向的。解释一下就是：如果说我们想把目标地点的数据读取到程序中来，我们需要建立一个管道，这个管道我们称为输入流。相应的，如果如果我们程序中有数据想要写到目标地点去，我们也得再建立一个管道，这个管道我们称为输出流。所以我们说传统的 IO 流是单向的。

二、传统BIO的缺点

BIO属于同步阻塞行IO,在服务器的实现模型为，每一个连接都要对应一个线程。当客户端有连接请求的时候，服务器端需要启动一个新的线程与之对应处理，这个模型有很多缺陷。**当客户端不做出进一步IO请求的时候，服务器端的线程就只能挂着，**不能去处理其他请求。这样会对造成不必要的线程开销。

三、阻塞与同步

同步和异步都是由基于应用程序和操作系统处理IO事件所采用的方式所决定的。
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阻塞和非阻塞式指线程在得到调用结果之前是否被挂起，主要针对线程。
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四、NIO简介(同步非阻塞)

  • Java NIO全称java non-blocking IO， 是指JDK提供的新API。从JDK1.4开始，Java提供了一系列改进的输入/输出的新特性，被统称为NIO(即New IO)，是同步非阻塞的。
  • NIO是一种面向缓冲区的、基于通道的IO操作，NIO有三大核心部分: Channel(通道)， Buffer(缓冲区),Selector(选择器)
  • java NIO的运行模式是： 客户端发送的链接请求都会被注册到Selector(选择器)上，多路复用器轮询到有I/O请求时才会启动一个线程去服务。

五、NIO三大核心原理

NIO有三大核心部分: Channel(通道), Buffer(缓冲区),Selector(选择器)
Buffer(缓冲区)

缓冲区本质上就是一块内存，数据的读写都是通过Buffer类实现的。缓冲区buffer主要是和通道数据交互，即从通道中读入数据到缓冲区，和从缓冲区中把数据写入到通道中，通过这样完成对数据的传输。

Channel(通道)

java NIO的类似于流，但是又有些不同：既可以从通道中读取数据，又可以写数据到通道。但流的(input和output)读写通常是单向的。通道可以非阻塞读取和写入通道，通道可以支持读取或写入缓冲区，也支持异步读写。

Selector选择器
Selector是一个java NIO组件，可以检测一个或多个NIO通道，并确定已经准备好进行读取或者写入。这样，一个单独的线程就可以管理多个Channel,从而管理多个网络连接，提高效率。
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  • 每个channel都会对应一个Buffer
  • 一个线程对应Selector,一个Selector对应多个Channel
  • 程序切换到那个channel是由事件决定
  • Selector会根据不同的事件，在各个通道上切换
  • Buffer就是一个内存块，底层就是一个数组，数据的读取和写入都是通过Buffer来实现的

六、NIO三板斧

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七、NIO实现一个群聊系统

逻辑简述

服务器：

1）创建服务器NIO通道，绑定端口并启动服务器
2）开启非阻塞模式
3）创建选择器、并把通道注册到选择器上，关心的事件为新连接
4）循环监听选择器的事件，
5）监听到新连接事件：5.1） 建立连接、创建客户端通道5.2）客户端通道设置非阻塞5.3）客户端注册到选择器上，关心的事件为读
6）监听到读 事件6.1）获取到发送数据的客户端通道6.2）把通道数据写入到一个缓冲区中6.3）打印数据6.4）发送给其他注册在选择器上的客户端，排除自己

客户器：

1）创建客户端通道，连接服务器 ip和端口
2）创建选择器，注册客户端通道到选择器上，关心的事件为读
3）开启一个线程 循环监听选择器事件
4）监听到读事件后4.1）从通道中把数据读到缓冲区中4.2）打印数据
5）主线程循环用scanner 来监听控制台输入5.1）有输入后 发送给服务器

代码实现

服务器：

 
import java.io.IOException;
import java.net.InetSocketAddress;
import java.nio.ByteBuffer;
import java.nio.channels.*;
import java.util.Iterator;
import java.util.Set;/***/
public class GroupChatServer {private int port = 8888;private ServerSocketChannel serverSocketChannel;private Selector selector;public GroupChatServer() throws IOException {serverSocketChannel = ServerSocketChannel.open();serverSocketChannel.configureBlocking(false);serverSocketChannel.bind(new InetSocketAddress(port));//创建选择器selector = Selector.open();//通道注册到选择器上，关心的事件为 OP_ACCEPT：新连接serverSocketChannel.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT);System.out.println("server is ok");}public void listener() throws IOException {for (; ; ) {if (selector.select() == 0) {continue;}//监听到时间Set<SelectionKey> selectionKeys = selector.selectedKeys();Iterator<SelectionKey> iterator = selectionKeys.iterator();while (iterator.hasNext()) {SelectionKey selectionKey = iterator.next();if (selectionKey.isAcceptable()) {//新连接事件newConnection();}if (selectionKey.isReadable()) {//客户端消息事件clientMsg(selectionKey);}iterator.remove();}}}/*** 客户端消息处理*/private void clientMsg(SelectionKey selectionKey) throws IOException {SocketChannel socketChannel = (SocketChannel) selectionKey.channel();ByteBuffer byteBuffer = (ByteBuffer) selectionKey.attachment();try {//通道数据读取到 byteBuffer缓冲区socketChannel.read(byteBuffer);//创建一个数组用于接受 缓冲区的本次写入的数据。byte[] bytes = new byte[byteBuffer.limit()];//转换模式 写->读byteBuffer.flip();//获取数据到 bytes 中 从位置0开始到limit结束byteBuffer.get(bytes, 0, byteBuffer.limit());String msg = socketChannel.getRemoteAddress() + "说：" + new String(bytes, "utf-8");//倒带这个缓冲区。位置设置为零，标记为-1.这样下次写入数据会从0开始写。但是如果下次的数据比这次少。那么使用 byteBuffer.array方法返回的byte数组数据会包含上一次的部分数据//例如 上次写入了 11111 倒带后 下次写入了 22 读取出来 却是 22111byteBuffer.rewind();System.out.println(msg);//发送给其他客户端sendOuterClient(msg, socketChannel);} catch (Exception e) {System.out.println(socketChannel.getRemoteAddress() + ":下线了");socketChannel.close();}}/*** 发送给其他客户端** @param msg           要发送的消息* @param socketChannel 要排除的客户端* @throws IOException*/private void sendOuterClient(String msg, SocketChannel socketChannel) throws IOException {//获取selector上注册的全部通道集合Set<SelectionKey> keys = selector.keys();for (SelectionKey key : keys) {SelectableChannel channel = key.channel();//判断通道是客户端通道（因为服务器的通道也注册在该选择器上），并且排除发送人的通道if (channel instanceof SocketChannel && !channel.equals(socketChannel)) {try {((SocketChannel) channel).write(ByteBuffer.wrap(msg.getBytes()));} catch (Exception e) {channel.close();System.out.println(((SocketChannel) channel).getRemoteAddress() + "：已下线");}}}}/*** 新连接处理方法* @throws IOException*/private void newConnection() throws IOException {//连接获取SocketChannelSocketChannel socketChannel = serverSocketChannel.accept();//设置非阻塞socketChannel.configureBlocking(false);//注册到选择器上，关心的事件是读，并附带一个ByteBuffer对象socketChannel.register(selector, SelectionKey.OP_READ, ByteBuffer.allocate(1024));System.out.println(socketChannel.getRemoteAddress() + " 上线了");}public static void main(String[] args) throws IOException {GroupChatServer groupChatServer = new GroupChatServer();//启动监听groupChatServer.listener();}
}

客户端：

 
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;
import java.util.Set;/**    */
public class GroupChatClient {private Selector selector;private SocketChannel socketChannel;public GroupChatClient(String host, int port) throws IOException {socketChannel = SocketChannel.open(new InetSocketAddress(host, port));socketChannel.configureBlocking(false);selector = Selector.open();//注册事件，关心读事件socketChannel.register(selector, SelectionKey.OP_READ);System.out.println("我是：" + socketChannel.getLocalAddress());}/*** 读消息*/private void read() {try {if(selector.select() == 0){//没有事件，returnreturn;}Set<SelectionKey> selectionKeys = selector.selectedKeys();Iterator<SelectionKey> iterator = selectionKeys.iterator();while (iterator.hasNext()){SelectionKey selectionKey = iterator.next();if(selectionKey.isReadable()){//判断是 读 事件SocketChannel socketChannel = (SocketChannel)selectionKey.channel();ByteBuffer byteBuffer = ByteBuffer.allocate(1024);//读取数据到  byteBuffer 缓冲区socketChannel.read(byteBuffer);//打印数据System.out.println(new String(byteBuffer.array()));}iterator.remove();}} catch (IOException e) {e.printStackTrace();}}/*** 发送数据* @param msg 消息* @throws IOException*/private void send(String msg) throws IOException {socketChannel.write(ByteBuffer.wrap(new String(msg.getBytes(),"utf-8").getBytes()));}public static void main(String[] args) throws IOException {//创建客户端 指定 ip端口GroupChatClient groupChatClient = new GroupChatClient("127.0.0.1",8888);//启动一个线程来读取数据new Thread(()->{while (true){groupChatClient.read();}}).start();//Scanner 发送数据Scanner scanner = new Scanner(System.in);while (scanner.hasNextLine()){String s = scanner.nextLine();//发送数据groupChatClient.send(s);}}
}

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