基于nio的socket编程

io编程中存在两个问题，io是阻塞的，而且保持多个连接的时候需要加入多线程来保持socket连接。这种方式比较浪费资源，因为每个连接都需要一个线程来保持，这在连接比较多的时候是一个浪费的资源是相当严重的。而两个问题在nio编程中就很好的解决这个问题，但是相对来说，对于编程的复杂度也相对有点提高。

这里不去深入的讨论nio编程的原理，只是基于实用的角度上做一些简单的介绍。在nio编程中，主要有三个组件比较重要：channel、buffer、selector。

channel：

通道，它和io中流有点相似，所以的源数据或者目标数据都是直接和channel打交道的。java nio中channel有以下几种实现，这些通道涵盖了TCP和UDP网络io：

FileChannel
DatagramChannel
SocketChannel
ServerSocketChannel

buffer：

缓冲区 , 他是直接与channel交互的，我们如果要读取channle中的数据时，都是先把数据从channle中读入到buffer中；同样的，如果我们要向channel中写数据的时候，也要先把数据写入到buffer中。java nio中有也有多个实现，他们不要为了针对不同的数据类型：

ByteBuffer
CharBuffer
DoubleBuffer
FloatBuffer
IntBuffer
LongBuffer
ShortBuffer

注意：这里要介绍一个buffer中三个比较重要的方法，这三个方法在buffer读写的过程中都很有用。这三个方法都跟buffer中三个标记有关系：position、limit、capacity。position相当于指针，表示当前正在读写的位置；limit指的是界限，表示读写的时候界限；capacity表示容量，也就是buffer缓冲区的大小。为了弄明白这些方法，了解这三个标记是前提，说了这么多，这三个方法是：clear(); rewind(); flip()。这三个方法也就是调整这些标记位置，下面是这三个方法的源码，相信很好理解：

public final Buffer clear() {
position = 0; //设置当前下标为0
limit = capacity; //设置写越界位置与和Buffer容量相同
mark = -1; //取消标记
return this;
}

public final Buffer rewind() {
position = 0;
mark = -1; //取消标记
return this;
}

public final Buffer flip() {
limit = position;
position = 0;
mark = -1; //取消标记
return this;
}

java nio缓冲区中标志mark标记，使缓冲区能够记住一个位置并在之后将其返回。缓冲区的标记在mark( )函数被调用之前是未定义的，调用时标记被设为当前位置的值。reset( )函数将位置设为当前的标记值。如果标记值未定义，调用reset( )将导致InvalidMarkException异常。一些缓冲区函数会抛弃已经设定的标记（rewind( )，clear( )，以及flip( )总是抛弃标记）。如果新设定的值比当前的标记小，调用limit( )或position( )带有索引参数的版本会抛弃标记。如调用mark( )来设定mark = postion。调用reset( )设定position = mark。标记在设定前是未定义的(undefined)。这四个属性之间总是遵循以下关系： 0 <= mark <= position <= limit <= capacity

selector:

选择器，这个就是nio为了解决io中多连接必须要多线程来处理的问题。selector允许单线程处理多个channel，你打开多个连接就会有多个channel，而selector可以管理多个channel。值得注意的是，selector必须要和非阻塞的通道配合使用，也就是说selector不能和fileChannel一起使用，因为fileChannel不能配置非阻塞的模式。

java io和java nio的主要区别：

1、io是面向流的，nio是面向缓冲区的。这就意味着io只能从流中读入一个或者或者多个字节。而nio因为是面向缓冲区的，数据都是先读入到缓冲区，也就是上面buffer中，而且在需要的时候，还可以在缓冲区中前后移动来获取不同位置的数据。但是也有个麻烦的地方，就是要检查缓冲区中是否含有自己要处理的数据。

2、io是阻塞的，nio是非阻塞的。io在数据读入或者写入的时候是阻塞的，直到数据处理完成为止。而nio则是非阻塞的，我们从buffer中读取数据的时候是立即返回的，但是这里有个问题就是我们无法保证缓冲区中是有数据的。但是好处就是，我们读取数据的时候不会阻塞，可以干别的事情。

下图可以说明这个问题（左边的是nio，右边的是io）：

下面就是一个基于NIO的socket编程的例子：

public class NioSocketServer {
    public static void main(String[] args) {
        try {
            ServerSocketChannel server = ServerSocketChannel.open(); //新建NIO通道
            server.configureBlocking(false); //配置通道为非阻塞的
            ServerSocket socket = server.socket(); //创建socket服务
            socket.bind(new InetSocketAddress(9123)); //绑定端口号
            Selector selector = Selector.open(); //创建选择器
            server.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT); //将服务注册到选择器上，并且配置关注的事件
            //循环获取通道内是否有关注的事件
            while(true) {
                //判断通道中事发后有关注的事件。如果 >1 则表示通道中有关注的事件
                int num = selector.select();
                if(num < 1) {
                    continue;
                }
                Set selectKeys = selector.selectedKeys();//获得事件的key值
                //遍历所有的事件
                Iterator iterator = selectKeys.iterator(); //获得迭代器
                while(iterator.hasNext()) {
                    SelectionKey key = (SelectionKey) iterator.next();
                    //移走此次事件
                    iterator.remove();
                    //判断该事件是否是请求连接的事件
                    if(key.isAcceptable()) {
                        //获得相应的socket channel
                        SocketChannel client = server.accept();
                        System.out.println("接受来自" + client + "的请求！");
                        client.configureBlocking(false); //将通道配置成非阻塞的
                        ByteBuffer byteBuffer = ByteBuffer.wrap(new byte[1024]); //创建缓冲区
                        //在此通道上注册写事件
                        SelectionKey keyClient = client.register(selector, SelectionKey.OP_WRITE);
                        //通道执行事件
                        keyClient.attach(byteBuffer);
                    }else if(key.isWritable()) {
                        //获得此通道上的socket channel
                        SocketChannel client = (SocketChannel) key.channel(); //获得当前事件下的socketChannel
                        ByteBuffer outByteBuffer = (ByteBuffer)key.attachment(); //获得通道上绑定的byteBuffer
                        //如果缓冲区存在数据，清除掉，防止数据粘连,重置一下
                        if(outByteBuffer.hasRemaining()) {
                            outByteBuffer.clear();
                        }
                        //往此通道上写数据，先写入byteBuffer中
                        outByteBuffer.put("hello world".getBytes());
                        outByteBuffer.flip();
                        client.write(outByteBuffer);
                    }
                    key.channel().close();
                }
            }
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

基于nio的socket编程

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