Java NIO 通信基础介绍

Java NIO 通信基础介绍

高性能的 Java 通信，绝对离不开 Java NIO 技术，现在主流的技术框架或中间件服务器，都使 用了 Java NIO 技术，譬如：Tomcat、Jetty、Netty。

Java NIO 由以下三个核心组件组成：

• Channel（通道）
• Buffer（缓冲区）
• Selector（选择器）

NIO 和 OIO 的对比

在 Java 中，NIO 和 OIO 的区别，主要体现在三个方面：

1、OIO 是面向流（Stream Oriented）的，NIO 是面向缓冲区（Buffer Oriented）的。

何谓面向流，何谓面向缓冲区呢？
OIO 是面向字节流或字符流的，在一般的 OIO 操作中，我们以流式的方式顺序地从一个流中读取一个或多个字节，因此，我们不能随意地改变读取指针的位置。而在 NIO 操作中则不同，NIO 中引入了 Channel（通道）和 Buffer（缓冲区）的概念。读取和写入，只需要从通道中读取数据到缓冲区中，或将数据从缓冲区中写入到通道中。NIO 不像 OIO 那样是顺序操作，可以随意地读取 Buffer 中任意位置的数据。

2、OIO 的操作是阻塞的，而 NIO 的操作是非阻塞的。

NIO 如何做到非阻塞的呢？大家都知道，OIO 操作都是阻塞的，例如，我们调用一个 read 方法读取一个文件的内容，那么调用 read 的线程会被阻塞住，直到 read 操作完成。
而在 NIO 的非阻塞模式中，当我们调用 read 方法时，如果此时有数据，则 read 读取数据并返回；如果此时没有数据，则 read 直接返回，而不会阻塞当前线程。NIO 的非阻塞，是如何做到的呢？NIO 使用了通道和通道的多路复用技术。

3、OIO 没有选择器（Selector）概念，而 NIO 有选择器的概念。

NIO 的实现，是基于底层的选择器的系统调用。NIO 的选择器，需要底层操作系统提供支持。
而 OIO 不需要用到选择器。

使用 FileChannel 完成文件复制的实践案例

import java.io.*;
import java.nio.ByteBuffer;
import java.nio.channels.FileChannel;

public class MyCopyFile {


    private File inFile;
    private File outFile;
    private FileInputStream fis = null;
    private FileOutputStream fos = null;
    private FileChannel fisChannel = null;
    private FileChannel fosChannel = null;

    //复制文件
    public void copyFile(String srcPath, String destPath) throws IOException {
        try {
            inFile = new File(srcPath);
            outFile = new File(destPath);
            fis = new FileInputStream(inFile);
            fos = new FileOutputStream(outFile);

            fisChannel = fis.getChannel();
            fosChannel = fos.getChannel();

            ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024);
            int length = -1;
            while ((length = fisChannel.read(buffer)) != -1) {
                buffer.flip();
                int outLenth = 0;
                while ((outLenth = fosChannel.write(buffer)) != 0) {
                    System.out.println("读取的字节数为：" + outLenth);
                }
                buffer.clear();
            }
            //强制刷新磁盘
            fosChannel.force(true);
        } catch (FileNotFoundException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            fosChannel.close();
            fos.close();
            fisChannel.close();
            fis.close();
        }
    }

    public static void main(String[] args) throws IOException {
        MyCopyFiletest = new MyCopyFile();
        String s1 = "D:\\maze.txt";
        String s2 = "D:\\maze1.txt";
        MyCopyFile.copyFile(s1, s2);
    }

}

使用 DatagramChannel 数据包通道发送数据的实践案例

功能：

获取用户的输入数据，通过 DatagramChannel 数据报通道，将数据发送到远程的服务器。

客户端代码：

public class Client {

    //Client发送信息
    public void send() throws IOException {
        DatagramChannel dChannel = DatagramChannel.open();
        dChannel.configureBlocking(false);
        ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocate(1024);
        Scanner sc = new Scanner(System.in);
        while (sc.hasNext()) {
            String s = sc.nextLine();
            buf.put(s.getBytes());
            buf.flip();
            dChannel.send(buf, new InetSocketAddress("127.0.0.1", 9999));
            buf.clear();
        }
        dChannel.close();
    }

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

        new Client().send();
    }

}

服务端代码

public class Server {

    //服务端接收 用户发来的信息
    public void receive() throws IOException {

        DatagramChannel serverChannel = DatagramChannel.open();
        //设置成非阻塞模式
        serverChannel.configureBlocking(false);
        serverChannel.bind(new InetSocketAddress("127.0.0.1", 9999));
        Selector selector = Selector.open();
        serverChannel.register(selector, SelectionKey.OP_READ);

        while (selector.select() > 0) {
            Iterator<SelectionKey> iterator = selector.selectedKeys().iterator();
            ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024);
            while (iterator.hasNext()) {
                SelectionKey next = iterator.next();
                if (next.isReadable()) {
                    SocketAddress receive = serverChannel.receive(buffer);
                    buffer.flip();
                    String s = new String(buffer.array(), 0, buffer.limit());
                    System.out.println(s);
                    buffer.clear();
                }
            }
            iterator.remove();
        }
        //关闭选择器和通道
        selector.close();
        serverChannel.close();

    }


    public static void main(String[] args) throws IOException {
        new Server().receive();
    }

}

使用 NIO 实现 Discard 服务器的实践案例

功能：

仅仅读取客户端通道的输入数据，读取完成后直接关闭客户端通道；并且读取到的数据直接抛弃掉

Discard 服务器代码：

public class SocketServerDemo {
    public void receive() throws IOException {
        //创建服务器的通道
        ServerSocketChannel serverSocketChannel = ServerSocketChannel.open();
        //设置为非阻塞模式
        serverSocketChannel.configureBlocking(false);
        //开启选择器
        Selector selector = Selector.open();
        //绑定链接
        serverSocketChannel.bind(new InetSocketAddress(9999));
        //将通道的某个IO事件  注册到选择器上
        serverSocketChannel.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT);
        //轮询所有就绪的IO事件
        while (selector.select() > 0) {
            //逐个获取IO事件
            Iterator<SelectionKey> iterator = selector.selectedKeys().iterator();
            //逐个判断该IO事件是否为想要的
            while (iterator.hasNext()) {
                SelectionKey next = iterator.next();
                if (next.isAcceptable()) {
                    //如果为该事件为“连接就绪”事件，就获取客户端的链接
                    SocketChannel clientSocket = serverSocketChannel.accept();
                    //将客户端的链接设置为非阻塞模式
                    clientSocket.configureBlocking(false);
                    //将新的通道的可读事件，注册到选择器上
                    clientSocket.register(selector, SelectionKey.OP_READ);
                } else if (next.isReadable()) {
                    //若IO事件为“可读事件”，读取数据
                    SocketChannel clientSocket = (SocketChannel) next.channel();
                    //创建缓冲区
                    ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024);
                    int length = 0;
                    //读取事件 让后丢弃
                    while ((length = clientSocket.read(buffer)) > 0) {
                        buffer.flip();
                        String s = new String(buffer.array(), 0, length);
                        System.out.println(s);
                        buffer.clear();
                    }
                    clientSocket.close();
                }
                //移除选择键
                iterator.remove();
            }
        }
        serverSocketChannel.close();
    }

    public static void main(String[] args) throws IOException {
        new SocketServerDemo().receive();
    }
}

客户端的 DiscardClient 代码：

public class SocketClientDemo {

    public void socketClient() throws IOException {
        SocketChannel clientSocket = SocketChannel.open(new InetSocketAddress(9999));
        //切换成非阻塞模式
        clientSocket.configureBlocking(false);
        //如果没有连接完成 就一直链接
        while (!clientSocket.finishConnect()){
        }
        //执行到这里说明已经连接完成了
        ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024);
        buffer.put("Hello SocketService".getBytes());
        buffer.flip();
        clientSocket.write(buffer);
        clientSocket.shutdownInput();
        clientSocket.close();
    }



    public static void main(String[] args) throws IOException {
        new SocketClientDemo().socketClient();
    }
}

与 Java OIO 相比，Java NIO 编程大致的特点如下：
（1）在 NIO 中，服务器接收新连接的工作，是异步进行的。不像 Java 的 OIO 那样，服务器监听连接，是同步的、阻塞的。NIO 可以通过选择器（也可以说成：多路复用器），后续不断地轮询选择器的选择键集合，选择新到来的连接。
（2）在 NIO 中，SocketChannel 传输通道的读写操作都是异步的。如果没有可读写的数据，负责 IO 通信的线程不会同步等待。这样，线程就可以处理其他连接的通道；不需要像 OIO 那样，线程一直阻塞，等待所负责的连接可用为止。
（3）在 NIO 中，一个选择器线程可以同时处理成千上万个客户端连接，性能不会随着客户端的增加而线性下降。