Java NIO非阻塞理论学习

Java NIO和阻塞IO的区别：

阻塞I/O在调用InputStream.read()方法时是阻塞的，它会一直等到数据到来时（或超时）才会返回；同样，在调用ServerSocket.accept()方法时，也会一直阻塞到有客户端连接才会返回，每个客户端连接过来后，服务端都会启动一个线程去处理该客户端的请求。

阻塞I/O的缺点：

1. 1. 当客户端多时，会创建大量的处理线程。且每个线程都要占用栈空间和一些CPU时间
   2. 阻塞可能带来平凡的上下文切换，且大部分上下文切换可能是无意义的。
3. Java NIO是在jdk1.4开始使用的，它既可以说成“新I/O”，也可以说成非阻塞式I/O。下面是java NIO的工作原理：
   1. 由一个专门的线程来处理所有的 IO 事件，并负责分发。 
   2. 事件驱动机制：事件到的时候触发，而不是同步的去监视事件。 
   3. 线程通讯：线程之间通过 wait,notify 等方式通讯。保证每次上下文切换都是有意义的。减少无谓的进程切换。

 

以代码为例：

服务端代码

package cn.nio;



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();

            // 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();

            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()) {

                    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()) {

                        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();

    }



}

客户端代码：

package cn.nio;



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,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。

        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) {

            // 选择一组可以进行I/O操作的事件，放在selector中,该方法会阻塞

            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();

    }



}