Java网络编程——使用NIO实现非阻塞Socket通信

其他 2018-07-26 10:10:27 阅读次数: 0

转自：https://blog.csdn.net/yanmei_yao/article/details/8586199

 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.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 Server {
	public static void main(String[] args) {
		int port = 8082;
		int backlog = 3000;
		Charset charSet = Charset.forName("UTF-8");
		try {
			Selector selector = Selector.open();
			ServerSocketChannel channel = ServerSocketChannel.open();
			channel.bind(new InetSocketAddress("localhost",port), backlog);
			channel.configureBlocking(false);
			channel.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT);
			while(selector.select()>0){
				for(SelectionKey sk:selector.selectedKeys()){
					//移除，TODO
					selector.selectedKeys().remove(sk);
					if(sk.isAcceptable()){
						ServerSocketChannel ssc = (ServerSocketChannel) sk.channel();
						//SocketChannel sc = channel.accept();
						SocketChannel sc = ssc.accept();
						sc.configureBlocking(false);
						sc.register(selector, SelectionKey.OP_READ);
						sk.interestOps(SelectionKey.OP_ACCEPT);
					}
					if(sk.isReadable()){
						SocketChannel saChannel = (SocketChannel) sk.channel();
						ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024);
						String content = "";
						while(saChannel.read(buffer)>0){
							buffer.flip();
							content = content + charSet.decode(buffer);
						}
						System.out.println("读取到的数据为："+content);
						sk.interestOps(SelectionKey.OP_READ);
						if(content!=null&&!"".equals(content)){
							for(SelectionKey sko:selector.keys()){
								Channel targetChannel = sko.channel();
								if(targetChannel instanceof SocketChannel){
									SocketChannel tc = (SocketChannel) targetChannel;
									tc.write(charSet.encode(content));
								}
							}
						}
					}
				}
			}
		} catch (IOException e) {
			e.printStackTrace();
		}
		
	}
}

  1. import java.io.IOException;

  2. import java.net.InetSocketAddress;

  3. import java.nio.ByteBuffer;

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  4. import java.nio.channels.SelectionKey;

  5. import java.nio.channels.Selector;

  6. import java.nio.channels.SocketChannel;

  7. import java.nio.charset.Charset;

  8. import java.util.Scanner;

  9.  

  10. public class NClient {

  11. //定义检测SocketChannel的Selector对象

  12. private Selector selector=null;

  13. //定义处理编码和解码的字符集

  14. private Charset charset=Charset.forName("UTF-8");

  15. //客户端SocketChannel

  16. private SocketChannel sc=null;

  17. public void init() throws IOException{

  18. selector=Selector.open();

  19. InetSocketAddress isa=new InetSocketAddress("127.0.0.1",30000);

  20. //调用open静态方法创建连接到指定主机的SocketChannel

  21. sc=SocketChannel.open(isa);

  22. //设置该sc以非阻塞方式工作

  23. sc.configureBlocking(false);

  24. //将Socketchannel对象注册到指定Selector

  25. sc.register(selector, SelectionKey.OP_READ);

  26. //启动读取服务器端数据的线程

  27. new ClientThread().start();

  28. //创建键盘输入流

  29. Scanner scan=new Scanner(System.in);

  30. while(scan.hasNextLine()){

  31. //读取键盘输入

  32. String line=scan.nextLine();

  33. //将键盘输入的内容输出到SocketChannel中

  34. sc.write(charset.encode(line));

  35. }

  36. }

  37. //定义读取服务器数据的线程

  38. private class ClientThread extends Thread{

  39. public void run(){

  40. try{

  41. while(selector.select()>0){

  42. //遍历每个有可用IO操作Channel对应的SelectionKey

  43. for(SelectionKey sk:selector.selectedKeys()){

  44. //删除正在处理的SelectionKey

  45. selector.selectedKeys().remove(sk);

  46. //如果该SelectionKey对应的Channel中有可读的数据

  47. if(sk.isReadable()){

  48. //使用NIO读取channel中的数据

  49. SocketChannel sc=(SocketChannel) sk.channel();

  50. ByteBuffer buff=ByteBuffer.allocate(1024);

  51. String content="";

  52. while(sc.read(buff)>0){

  53. //sc.read(buff);

  54. buff.flip();

  55. content+=charset.decode(buff);

  56. }

  57. //打印输出读取的内容

  58. System.out.println("聊天信息"+content);

  59. //为下一次读取做准备

  60. sk.interestOps(SelectionKey.OP_READ);

  61. }

  62. }

  63. }

  64. }catch(IOException ex){

  65. ex.printStackTrace();

  66. }

  67. }

  68. }

  69. public static void main(String[]args) throws IOException{

  70. new NClient().init();

  71. }

  72. }

NServer.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 Client {
	private static Charset charSet = Charset.forName("UTF-8");
	public static void main(String[] args) {
		int port = 8082;
		try {
			Selector selector = Selector.open();
			SocketChannel socketChannel = SocketChannel.open();
			socketChannel.connect(new InetSocketAddress("localhost", port));
			socketChannel.configureBlocking(false);
			socketChannel.register(selector, SelectionKey.OP_READ);
			Scanner scanner = new Scanner(System.in);
			new ReadMsg(selector).start();
			while(scanner.hasNextLine()){
				String line = scanner.nextLine();
				socketChannel.write(charSet.encode(line));
			}
		} catch (IOException e) {
			e.printStackTrace();
		}
	}
	
}
class ReadMsg extends Thread{
	private static Charset charSet = Charset.forName("UTF-8");
	private Selector selector;
	public ReadMsg(Selector selector){
		this.selector = selector;
	}
	@Override
	public void run() {
		try {
			while(selector.select()>0){
				for(SelectionKey sk:selector.selectedKeys()){
					selector.selectedKeys().remove(sk);
					if(sk.isConnectable()){
						SocketChannel channel = (SocketChannel) sk.channel();
						if(channel.isConnectionPending()){
							channel.finishConnect();
						}
						channel.configureBlocking(false);
						channel.register(selector, SelectionKey.OP_READ);
						sk.interestOps(SelectionKey.OP_READ);
					}
					if(sk.isReadable()){
						String content = "";
						ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024);
						SocketChannel channel = (SocketChannel) sk.channel();
						while(channel.read(buffer)>0){
							buffer.flip();
							content = content+charSet.decode(buffer);
						}
						System.out.println("接收到的信息："+content);
						sk.interestOps(SelectionKey.OP_READ);
					}
				}	
			}
		} catch (IOException e) {
			e.printStackTrace();
		}
	}
	
}

  1. import java.io.IOException;

  2. import java.net.InetSocketAddress;

  3. import java.nio.ByteBuffer;

  4. import java.nio.channels.Channel;

  5. import java.nio.channels.SelectionKey;

  6. import java.nio.channels.Selector;

  7. import java.nio.channels.ServerSocketChannel;

  8. import java.nio.channels.SocketChannel;

  9. import java.nio.charset.Charset;

  10.  

  11. public class NServer {

  12. //用于检测所有Channel状态的Selector

  13. private Selector selector=null;

  14. //定义实现编码、解码的字符集对象

  15. private Charset charset=Charset.forName("UTF-8");

  16. public void init() throws IOException{

  17. selector=Selector.open();

  18. //通过open方法来打开一个未绑定的ServerSocketChannel实例

  19. ServerSocketChannel server=ServerSocketChannel.open();

  20. InetSocketAddress isa=new InetSocketAddress("127.0.0.1",30000);

  21. //将该ServerSocketChannel绑定到指定ip地址

  22. server.socket().bind(isa);

  23. //设置ServerSocket以非阻塞方式工作

  24. server.configureBlocking(false);

  25. //将server注册到指定Selector对象

  26. server.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT);

  27. while(selector.select()>0){

  28. //依次处理selector上的每个已选择的SelectionKey

  29. for(SelectionKey sk:selector.selectedKeys()){

  30. //从selector上的已选择Key集中删除正在处理的SelectionKey

  31. selector.selectedKeys().remove(sk);

  32. //如果sk对应的通信包含客户端的连接请求

  33. if(sk.isAcceptable()){

  34. //调用accept方法接受连接，产生服务器端对应的SocketChannel

  35. SocketChannel sc=server.accept();

  36. //设置采用非阻塞模式

  37. sc.configureBlocking(false);

  38. sc.register(selector, SelectionKey.OP_READ);

  39. //将sk对应的Channel设置成准备接受其他请求

  40. sk.interestOps(SelectionKey.OP_ACCEPT);

  41. }

  42. //如果sk对应的通道有数据需要读取

  43. if(sk.isReadable()){

  44. //获取该SelectionKey对应的Channel，该Channel中有可读的数据

  45. SocketChannel sc=(SocketChannel) sk.channel();

  46. //定义准备之星读取数据的ByteBuffer

  47. ByteBuffer buff=ByteBuffer.allocate(1024);

  48. String content="";

  49. //开始读取数据

  50. try{

  51. while(sc.read(buff)>0){

  52. buff.flip();

  53. content+=charset.decode(buff);

  54. }

  55. //打印从该sk对应的Channel里读到的数据

  56. System.out.println("=========="+content);

  57. //将sk对应的Channel设置成准备下一次读取

  58. sk.interestOps(SelectionKey.OP_READ);

  59. //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

  60. //异常，所以从selector中取消sk的注册

  61. }catch(IOException e){

  62. //从Selector中删除指定的SelectionKey

  63. sk.cancel();

  64. if(sk.channel()!=null){

  65. sk.channel().close();

  66. }

  67. }

  68. //如果content的长度大于0，即聊天信息不为空

  69. if(content.length()>0){

  70. //遍历该selector里注册的所有SelectKey

  71. for(SelectionKey key:selector.keys()){

  72. //选取该key对应的Channel

  73. Channel targetChannel=key.channel();

  74. //如果该channel是SocketChannel对象

  75. if(targetChannel instanceof SocketChannel){

  76. //将独到的内容写入该Channel中

  77. SocketChannel dest=(SocketChannel) targetChannel;

  78. dest.write(charset.encode(content));

  79. }

  80. }

  81. }

  82. }

  83. }

  84. }

  85. }

  86. public static void main(String[]args) throws IOException{

  87. new NServer().init();

  88. }

  89. }


          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。

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