Java Socket(3): NIO
NIO采取通道（Channel）和缓冲区(Buffer)来传输和保存数据，它是非阻塞式的I/O，即在等待连接、读写数据（这些都是在一线程以客户端的程序中会阻塞线程的操作）的时候，程序也可以做其他事情，以实现线程的异步操作。
考虑一个即时消息服务器，可能有上千个客户端同时连接到服务器，但是在任何时刻只有非常少量的消息需要读取和分发（如果采用线程池或者一线程一客户端方式，则会非常浪费资源），这就需要一种方法能阻塞等待，直到有一个信道可以进行I/O操作。NIO的Selector选择器就实现了这样的功能，一个Selector实例可以同时检查一组信道的I/O状态，它就类似一个观察者，只要我们把需要探知的SocketChannel告诉Selector,我们接着做别的事情，当有事件（比如，连接打开、数据到达等）发生时，它会通知我们，传回一组SelectionKey,我们读取这些Key,就会获得我们刚刚注册过的SocketChannel,然后，我们从这个Channel中读取数据，接着我们可以处理这些数据。
Selector内部原理实际是在做一个对所注册的Channel的轮询访问，不断的轮询(目前就这一个算法)，一旦轮询到一个Channel有所注册的事情发生，比如数据来了，它就会读取Channel中的数据，并对其进行处理。
要使用选择器，需要创建一个Selector实例，并将其注册到想要监控的信道上（通过Channel的方法实现）。最后调用选择器的select（）方法，该方法会阻塞等待，直到有一个或多个信道准备好了I/O操作或等待超时，或另一个线程调用了该选择器的wakeup（）方法。现在，在一个单独的线程中，通过调用select（）方法，就能检查多个信道是否准备好进行I/O操作，由于非阻塞I/O的异步特性，在检查的同时，我们也可以执行其他任务。
基于NIO的TCP连接的建立步骤
服务端
1、传建一个Selector实例；
2、将其注册到各种信道，并指定每个信道上感兴趣的I/O操作；
3、重复执行：
1）调用一种select（）方法；
2）获取选取的键列表；
3）对于已选键集中的每个键：
a、获取信道，并从键中获取附件（如果为信道及其相关的key添加了附件的话）；
b、确定准备就绪的操纵并执行，如果是accept操作，将接收的信道设置为非阻塞模式，并注册到选择器；
c、如果需要，修改键的兴趣操作集；
d、从已选键集中移除键
客户端
与基于多线程的TCP客户端大致相同，只是这里是通过信道建立的连接，但在等待连接建立及读写时，我们可以异步地执行其他任务。
服务器端例子
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.ServerSocketChannel; import java.nio.channels.SocketChannel; import java.util.Iterator; /** * NIO服务端 * @author 小路 */ public class NIOServer { //通道管理器 private Selector selector; /** * 获得一个ServerSocket通道，并对该通道做一些初始化的工作 * @param port 绑定的端口号 * @throws IOException */ public void initServer(int port) throws IOException { // 获得一个ServerSocket通道 ServerSocketChannel serverChannel = ServerSocketChannel.open(); // 设置通道为非阻塞 serverChannel.configureBlocking(false); // 将该通道对应的ServerSocket绑定到port端口 serverChannel.socket().bind(new InetSocketAddress(port)); // 获得一个通道管理器 this.selector = Selector.open(); //将通道管理器和该通道绑定，并为该通道注册SelectionKey.OP_ACCEPT事件,注册该事件后， //当该事件到达时，selector.select()会返回，如果该事件没到达selector.select()会一直阻塞。 serverChannel.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT); } /** * 采用轮询的方式监听selector上是否有需要处理的事件，如果有，则进行处理 * @throws IOException */ @SuppressWarnings("unchecked") public void listen() throws IOException { System.out.println("服务端启动成功！"); // 轮询访问selector while (true) { //当注册的事件到达时，方法返回；否则,该方法会一直阻塞 selector.select(); //System.out.println(selector.select()); // 获得selector中选中的项的迭代器，选中的项为注册的事件 Iterator ite = this.selector.selectedKeys().iterator(); //因为与注册事件关联的可能不止一个，所以下面用next循环处理 while (ite.hasNext()) { SelectionKey key = (SelectionKey) ite.next(); // 删除已选的key,以防重复处理 ite.remove(); // 客户端请求连接事件 if (key.isAcceptable()) { System.out.println("register"); ServerSocketChannel server = (ServerSocketChannel) key .channel(); // 获得和客户端连接的通道 SocketChannel channel = server.accept(); // 设置成非阻塞 channel.configureBlocking(false); //在这里可以给客户端发送信息哦 channel.write(ByteBuffer.wrap(new String("向客户端发送了一条信息").getBytes())); //在和客户端连接成功之后，为了可以接收到客户端的信息，需要给通道设置读的权限。 channel.register(this.selector, SelectionKey.OP_READ); // 获得了可读的事件 } else if (key.isReadable()) { System.out.println("read"); read(key); } } } } /** * 处理读取客户端发来的信息 的事件 * @param key * @throws IOException */ public void read(SelectionKey key) throws IOException{ // 服务器可读取消息:得到事件发生的Socket通道 SocketChannel channel = (SocketChannel) key.channel(); // 创建读取的缓冲区 ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(10); channel.read(buffer); byte[] data = buffer.array(); String msg = new String(data).trim(); System.out.println("服务端收到信息："+msg); ByteBuffer outBuffer = ByteBuffer.wrap(msg.getBytes()); channel.write(outBuffer);// 将消息回送给客户端 } /** * 启动服务端测试 * @throws IOException */ public static void main(String[] args) throws IOException { NIOServer server = new NIOServer(); server.initServer(8000); server.listen(); } }
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; /** * NIO客户端 * @author 小路 */ public class NIOClient { //通道管理器 private Selector selector; /** * 获得一个Socket通道，并对该通道做一些初始化的工作 * @param ip 连接的服务器的ip * @param port 连接的服务器的端口号 * @throws IOException */ public void initClient(String ip,int port) throws IOException { // 获得一个Socket通道 SocketChannel channel = SocketChannel.open(); // 设置通道为非阻塞 channel.configureBlocking(false); // 获得一个通道管理器 this.selector = Selector.open(); // 客户端连接服务器,其实方法执行并没有实现连接，需要在listen（）方法中调 //用channel.finishConnect();才能完成连接 channel.connect(new InetSocketAddress(ip,port)); //将通道管理器和该通道绑定，并为该通道注册SelectionKey.OP_CONNECT事件。 channel.register(selector, SelectionKey.OP_CONNECT); } /** * 采用轮询的方式监听selector上是否有需要处理的事件，如果有，则进行处理 * @throws IOException */ @SuppressWarnings("unchecked") public void listen() throws IOException { // 轮询访问selector while (true) { selector.select(); // 获得selector中选中的项的迭代器 Iterator ite = this.selector.selectedKeys().iterator(); while (ite.hasNext()) { SelectionKey key = (SelectionKey) ite.next(); // 删除已选的key,以防重复处理 ite.remove(); // 连接事件发生 if (key.isConnectable()) { SocketChannel channel = (SocketChannel) key .channel(); // 如果正在连接，则完成连接 if(channel.isConnectionPending()){ channel.finishConnect(); } // 设置成非阻塞 channel.configureBlocking(false); //在这里可以给服务端发送信息哦 channel.write(ByteBuffer.wrap(new String("向服务端发送了一条信息").getBytes())); //在和服务端连接成功之后，为了可以接收到服务端的信息，需要给通道设置读的权限。 channel.register(this.selector, SelectionKey.OP_READ); // 获得了可读的事件 } else if (key.isReadable()) { read(key); } } } } /** * 处理读取服务端发来的信息 的事件 * @param key * @throws IOException */ public void read(SelectionKey key) throws IOException{ //和服务端的read方法一样 } /** * 启动客户端测试 * @throws IOException */ public static void main(String[] args) throws IOException { NIOClient client = new NIOClient(); client.initClient("localhost",8000); client.listen(); } }
