java网络编程之IO
一、概念
Socket通信
Socket(套接字)不是协议，工作在OSI七层协议的第五层会话层(TCP协议工作在第四层传输层)，是应用层与TCP/IP协议组通信的中间软件抽象层，它是一组接口(门面设计模式)。它把复杂的TCP/IP协议隐藏在socket接口后面，对用户来说，一组简单的接口就是全部，让socket去组织数据，以符合指定的协议。
Http协议和Websocket协议
Websocket是为了满足web日益增长的实时通信需求产生的，解决了客户端发布多个http请求到服务器资源浏览器必须经过长时间的轮询问题。
相同：
建立在TCP之上，通过TCP协议来传输数据。
都是可靠性传输协议。
都是应用层协议。
差异：
WebSocket是HTML5中的协议，支持持久连接，HTTP不支持持久连接
HTTP是单向协议，只能由客户端发起，做不到服务器主动向客户端推送信息。
长连接和短连接的区别：
- HTTP1.0默认使用短连接。也就是说，客户端和服务器每进行一次HTTP操作，就建立一次连接，任务结束中断连接。HTTP的生命周期通过request来界定，也就是一个request、一个response在HTTP1.0中Http请求就结束了。
- 从HTTP1.1起默认使用长连接，长连接是指在一次HTTP请求之后，底层的TCP连接不会立即中断，会保持连接一定的时间。客户端再次访问服务器会继续使用这个连接，在这个连接上可以传输多个request和response。
阻塞和非阻塞
- 阻塞：应用程序获取网络数据时阻塞等待直到数据传输完毕。
- 非阻塞：应用程序直接获取已经准备就绪的数据，无需等待
同步和异步
- 同步：同步时应用程序直接参与IO读写，应用程序阻塞到某个方法上等待数据准备就绪，或者采用轮训的策略检查数据是否准备就绪，就绪后获取数据。
- 异步：所有的IO操作交给操作系统处理，我们不需关心IO读写，当操作系统完成IO读写之后会给程序发送通知，应用程序拿走数据即可。
二、java网络编程IO
BIO
网络编程的基本模式是CS模式，即客户端和服务端两个进程进行通信。服务端提供IP和端口号，客户端根据IP+端口向服务端发送请求，经过三次握手(请求+服务端ACK+客户端ACK)双方建立连接，然后进行套接字通信。BIO通信模型通常服务端通过一个独立的accept线程进行监听客户端连接，当接收到客户端的请求之后创建一个新的线程进行处理，处理完成之后线程销毁。
//client端
public class Client {
final static String ADDRESS="127.0.0.1";
final static int PORT=8765;
public static void main(String args[])
{
Socket socket=null;
BufferedReader in=null;
PrintWriter out=null;
try {
socket=new Socket(ADDRESS, PORT);
//获取读数据流对象
in=new BufferedReader(new InputStreamReader(socket.getInputStream()));
//获取写数据流对象
out =new PrintWriter(socket.getOutputStream(),true);
out.println("接收到客户端请求。。");
String response=in.readLine();
System.out.println(response);
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
//Server
public class Server {
final static int PROT=8765;
public static void main(String args[])
{
ServerSocket server=null;
try {
server=new ServerSocket(PROT);
System.out.println("Server start ..");
//阻塞等待请求，一般while(true)来监听
//本例中值监听第一次请求进行试验
Socket socket=server.accept();
System.out.println("socket receive ..");
//接收到请求之后创建新线程来处理，也可以使用线程池处理
new Thread(new ServerHandler(socket)).start();
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
public class ServerHandler implements Runnable{
private Socket socket;
public ServerHandler(Socket socket) {
System.out.println("ServerHandler init ..");
this.socket=socket;
}
@Override
public void run() {
System.out.println("ServerHandler run ..");
BufferedReader in=null;
PrintWriter out=null;
try {
in=new BufferedReader(new InputStreamReader(socket.getInputStream()));
out =new PrintWriter(socket.getOutputStream(),true);
System.out.println("接收到客户端请求。。");
String body=null;
while(true)
{
//读取数据
body=in.readLine();
if(body==null)
break;
System.out.println("Server:"+body);
out.println("服务端回送响应数据");
}
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
NIO
NIO避免了原始TCP建立连接使用3次握手，减少了连接开销。
- Buffer对象：本质上是数组，NIO中所有数据都是通过缓冲区(Buffer)进行读写，避免了直接操作数据流Stream
- Channel：NIO网络数据通过双向管道来读取和写入，管道注册到多路复用器Selector上，有多种状态位，方便复用器来识别。
- Selector：多路复用器类似于一个管理者，管理注册在其上的所有通道，提供选择已经就绪任务的能力。Selector不断去轮训注册在其上的通道，如果通道发生了读写操作，这个通道处于就绪状态，就会被selector轮训出来，然后通过selectorKey就可以取得就绪的Channel集合，从而进行后续IO操作。
![]()
//client
public class Client {
public static void main(String args[]) throws IOException
{
InetSocketAddress address=new InetSocketAddress("127.0.0.1", 8765);
SocketChannel sChannel=null;
//声明BUffer，并分配1024内存空间
ByteBuffer buffer=ByteBuffer.allocate(1024);
//打开通道
sChannel=SocketChannel.open();
//注册到selector
sChannel.connect(address);
while (true) {
byte[] bytes=new byte[1024];
//控制台读取输入
System.in.read(bytes);
//加入Buffer
buffer.put(bytes);
//buffer复位，不复位服务端无法获得元素
buffer.flip();
//写入管道
sChannel.write(buffer);
//buffer清空
buffer.clear();
}
}
}
public class Server implements Runnable{
//声明多路复用器管理所有通道
private Selector selector;
//建立读写缓存区
private ByteBuffer readBuf=ByteBuffer.allocate(1024);
private ByteBuffer writeBuf=ByteBuffer.allocate(1024);
public Server(int port) throws IOException
{
//打开多路复用器
this.selector=Selector.open();
//打开服务器通道
ServerSocketChannel ssc=ServerSocketChannel.open();
//设置服务器通道为非阻塞模式
ssc.configureBlocking(false);
//绑定地址
ssc.bind(new InetSocketAddress(port));
//服务器通道注册到多路复用器上，监听客户端连接请求
ssc.register(this.selector, SelectionKey.OP_ACCEPT);
System.out.println("Server start port:"+port);
}
@Override
public void run() {
while(true)
{
//可以通过while(true)不停监听读写操作
try {
//多路复用器开始监听，阻塞监听只有发生读写操作时才继续执行
this.selector.select();
//返回多路复用器已经选择的结果集，拿到所有通道的key值
Iterator<SelectionKey>keys=this.selector.selectedKeys().iterator();
while(keys.hasNext())
{
//选择一个元素
SelectionKey key=keys.next();
//直接从容器中移除
keys.remove();
//如果是有效的
if(key.isValid())
{
//如果为阻塞状态
if(key.isAcceptable())
{
//执行注册操作
this.accept(key);
}
//如果为可读状态
if(key.isReadable())
{
this.read(key);
}
//如果为可写状态
if(key.isWritable())
{
}
}
}
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
//通过ServerChannel获取到客户端通道，并注册标识位read
public void accept(SelectionKey key) throws IOException
{
//获取服务通道
ServerSocketChannel ssc=(ServerSocketChannel)key.channel();
//执行阻塞方法
SocketChannel sc=ssc.accept();
//设置阻塞模式
sc.configureBlocking(false);
//注册到多路复用器上，并设置读取标识
sc.register(this.selector, SelectionKey.OP_READ);
}
public void read(SelectionKey key) throws IOException
{
//清空缓冲区旧的数据
this.readBuf.clear();
//获取之前注册的通道对象
SocketChannel sc=(SocketChannel)key.channel();
//读取数据
int count=sc.read(this.readBuf);
//判断
if(count==-1)
{
key.channel().close();
key.cancel();
return;
}
//如果有数据，先进行复位
this.readBuf.flip();
//根据缓冲区长度
byte[] bytes=new byte[this.readBuf.remaining()];
//接收缓冲区数据
this.readBuf.get(bytes);
String body=new String(bytes).trim();
System.out.println("Server:"+body);
//可以给客户端回复数据
}
public static void main(String args[]) throws IOException
{
new Thread(new Server(8765)).start();
}
}
AIO
在NIO的基础上引入了异步通道的概念，并提供了异步文件和异步套接字通道的实现，真正意义上实现了异步非阻塞。也称之为NIO2.0。
public class Server {
//线程池
private ExecutorService executorService;
//线程组
private AsynchronousChannelGroup threadGroup;
//创建服务器通道
public AsynchronousServerSocketChannel assc;
public Server(int port) throws IOException, InterruptedException
{
//实例化线程池
this.executorService=Executors.newCachedThreadPool();
//创建线程组
this.threadGroup=AsynchronousChannelGroup.withCachedThreadPool(executorService, 1);
//创建服务器通道
assc =AsynchronousServerSocketChannel.open(threadGroup);
//绑定监听
assc.bind(new InetSocketAddress(port));
System.out.println("server start ,port:"+port);
//当前accept非阻塞
assc.accept(this,new ServerCompletionHandler());
System.out.println("非阻塞！");
//程序阻塞于此，由于AIO是非阻塞的
Thread.sleep(Integer.MAX_VALUE);
}
public static void main(String args[]) throws IOException, InterruptedException
{
Server server= new Server(8765);
}
}
public class ServerCompletionHandler implements CompletionHandler<AsynchronousSocketChannel, Server> {
@Override
public void completed(AsynchronousSocketChannel result, Server attachment) {
//当有下一个客户端接入的时候，直接调用server的accept方法接收，反复执行类似于递归
attachment.assc.accept(attachment,this);
read(result);
}
@Override
public void failed(Throwable exc, Server attachment) {
exc.printStackTrace();
}
private void read(final AsynchronousSocketChannel asc)
{
ByteBuffer buf=ByteBuffer.allocate(1024);
//异步读取数据
asc.read(buf,buf,new CompletionHandler<Integer, ByteBuffer>() {
@Override
public void completed(Integer result, ByteBuffer attachment) {
//复位
attachment.flip();
System.out.println("server->收到客户端数据长度："+result);
//读取数据
String resultData=new String(attachment.array()).trim();
System.out.println("Server->手动客户端数据信息为："+resultData);
String response="服务器响应，收到客户端数据："+resultData;
//写入数据
write(asc,response);
}
@Override
public void failed(Throwable exc, ByteBuffer attachment) {
exc.printStackTrace();
}
});
}
private void write(AsynchronousSocketChannel asc,String response)
{
ByteBuffer buffer=ByteBuffer.allocate(1024);
buffer.put(response.getBytes());
buffer.flip();
try {
//write()方法返回的是Future对象，调用get方法看是否写入成功
asc.write(buffer).get();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
} catch (ExecutionException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
浙公网安备 33010602011771号