Java NIO socket编程实例

晚上学习了下Java 的 NIO Socket编程，写了下面这个小程序，包括服务器端与客户端。实现的功能为客户端向服务器端发送随即数目的消息，服务器端一条一条的回应。消息内容保存在talks.properties文件中，内容为：

Hi=Hi
Bye=Bye
床前明月光=疑是地上霜
举头望明月=低头思故乡
少小离家老大回=乡音无改鬓毛衰
天王盖地虎=宝塔镇河妖
我是甲=我是乙
我是客户端=我是服务器
我是周星驰=我是周润发

客户端会随即发送“=”左边的消息，服务器端会回应客户端“=”右边的消息。如果客户端想断开连接，会向服务器发送一个"Bye"，然后服务器会回应一个"Bye“。收到服务器端的"Bye"后，客户端会断开连接。

当然，java的properties文件不接受中文内容，你需要native2ascii一下。talks.properties 的实际文件内容为：

Hi=Hi
Bye=Bye
\u5E8A\u524D\u660E\u6708\u5149=\u7591\u662F\u5730\u4E0A\u971C
\u4E3E\u5934\u671B\u660E\u6708=\u4F4E\u5934\u601D\u6545\u4E61
\u5C11\u5C0F\u79BB\u5BB6\u8001\u5927\u56DE=\u4E61\u97F3\u65E0\u6539\u9B13\u6BDB\u8870
\u5929\u738B\u76D6\u5730\u864E=\u5B9D\u5854\u9547\u6CB3\u5996
\u6211\u662F\u7532=\u6211\u662F\u4E59
\u6211\u662F\u5BA2\u6237\u7AEF=\u6211\u662F\u670D\u52A1\u5668
\u6211\u662F\u5468\u661F\u9A70=\u6211\u662F\u5468\u6DA6\u53D1


看下服务器端的代码。此例中的服务器端只有一个主线程，用于selector操作，并处理多个客户端的消息。在常规的socket编程中，每个客户端都需要单独开一个线程，效率比较低。代码为：

package helloweenpad;

import java.io.FileInputStream;
import java.net.InetSocketAddress;
import java.net.Socket;
import java.nio.ByteBuffer;
import java.nio.CharBuffer;
import java.nio.channels.SelectionKey;
import java.nio.channels.Selector;
import java.nio.channels.ServerSocketChannel;
import java.nio.channels.SocketChannel;
import java.nio.charset.Charset;
import java.nio.charset.CharsetDecoder;
import java.nio.charset.CharsetEncoder;
import java.util.Iterator;
import java.util.Properties;

public class MyFirstNIOServer {

public static final int PORT = 12315;

protected Selector selector;
protected Charset charset = Charset.forName("UTF-8");
protected CharsetEncoder charsetEncoder = charset.newEncoder();
protected CharsetDecoder charsetDecoder = charset.newDecoder();

protected Properties talks = new Properties();

int clientCount;

public MyFirstNIOServer() throws Exception {

talks.load(new FileInputStream("E:\\talk.properties"));

selector = Selector.open();

ServerSocketChannel serverSocketChannel = ServerSocketChannel.open();
serverSocketChannel.socket().bind(new InetSocketAddress(PORT)); // port
serverSocketChannel.configureBlocking(false);
serverSocketChannel.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT);// register

p("Server localhost:" + PORT + " started. waiting for clients. ");

while (true) {
   // selector 线程。select() 会阻塞，直到有客户端连接，或者有消息读入
   selector.select();
   Iterator<SelectionKey> iterator = selector.selectedKeys().iterator();
   while (iterator.hasNext()) {

    SelectionKey selectionKey = iterator.next();
    iterator.remove(); // 删除此消息

    // 并在当前线程内处理。（为了高效，一般会在另一个线程中处理此消息，例如使用线程池等）
    handleSelectionKey(selectionKey);
   }
}

}

public void handleSelectionKey(SelectionKey selectionKey) throws Exception {

if (selectionKey.isAcceptable()) {

   // 有客户端进来
   clientCount++;

   ServerSocketChannel serverSocketChannel = (ServerSocketChannel) selectionKey.channel();
   SocketChannel socketChannel = serverSocketChannel.accept();
   socketChannel.configureBlocking(false);
   Socket socket = socketChannel.socket();

   // 立即注册一个 OP_READ 的SelectionKey, 接收客户端的消息
   SelectionKey key = socketChannel.register(selector, SelectionKey.OP_READ);
   key.attach("第 " + clientCount + " 个客户端 [" + socket.getRemoteSocketAddress() + "]: ");

   p(key.attachment() + "\t[connected] =========================================");

} else if (selectionKey.isReadable()) {

   // 有消息进来

   ByteBuffer byteBuffer = ByteBuffer.allocate(100);
   SocketChannel socketChannel = (SocketChannel) selectionKey.channel();

   try {
    int len = socketChannel.read(byteBuffer);

    // 如果len>0，表示有输入。如果len==0, 表示输入结束。需要关闭 socketChannel
    if (len > 0) {

     byteBuffer.flip();
     String msg = charsetDecoder.decode(byteBuffer).toString();

     // 根据客户端的消息，查找到对应的输出
     String newMsg = talks.getProperty(msg);
     if (newMsg == null)
      newMsg = "Sorry? I don't understand your message. ";

     // UTF-8 格式输出到客户端，并输出一个'n'

     socketChannel.write(charsetEncoder.encode(CharBuffer.wrap(newMsg + "\n")));
     p(selectionKey.attachment() + "\t[recieved]: " + msg + " ----->\t[send]: " + newMsg);

    } else {
     // 输入结束，关闭 socketChannel
     p(selectionKey.attachment() + "read finished. close socketChannel. ");
     socketChannel.close();
    }

   } catch (Exception e) {

    // 如果read抛出异常，表示连接异常中断，需要关闭 socketChannel
    e.printStackTrace();

    p(selectionKey.attachment() + "socket closed? ");
    socketChannel.close();
   }

} else if (selectionKey.isWritable()) {
   p(selectionKey.attachment() + "TODO: isWritable() ???????????????????????????? ");
} else if (selectionKey.isConnectable()) {
   p(selectionKey.attachment() + "TODO: isConnectable() ????????????????????????? ");
} else {
   p(selectionKey.attachment() + "TODO: else. ");
}

}

public static void p(Object object) {
System.out.println(object);
}

public static void main(String[] args) throws Exception {
new MyFirstNIOServer();
}

}

再看下客户端代码。这个客户端使用了常规的socket编程，没有使用NIO。是否使用NIO对另一方是透明的，对方看不见，也不关心。无论使用NIO还是使用常规socket，效果都是一样的，只是NIO的效率要高一些。代码为：

package helloweenpad;

import java.io.BufferedReader;
import java.io.FileInputStream;
import java.io.InputStream;
import java.io.InputStreamReader;
import java.io.OutputStream;
import java.net.Socket;
import java.util.Properties;
import java.util.Random;

public class MyFirstNIOClientTest extends Thread {

public static final String HOST = "localhost";
public static final int PORT = 12315;

boolean exist = false;

Properties talks = new Properties();
Random random = new Random();
String[] keys;

int messageCount = 0;

public void run() {

try {

   // 对话内容
   talks.load(new FileInputStream("E:\\talk.properties"));

   // 客户端发送 "=" 左边的内容
   keys = new String[talks.size()];
   talks.keySet().toArray(keys);

   Socket socket = new Socket(HOST, PORT);

   OutputStream ous = socket.getOutputStream();
   InputStream ins = socket.getInputStream();

   // 接收线程，接收服务器的回应
   RecieverThread reciever = new RecieverThread(ins);
   reciever.start();

   while (!exist) {

    messageCount++;

    // 选择一个随机消息
    String msg = chooseMessage();

    synchronized (ins) {

     // 发送给服务器端
     ous.write(msg.getBytes("UTF-8"));

     System.out.println("[send]\t" + messageCount + ": " + msg);

     // 然后等待接收线程
     ins.wait();
    }

    if (msg.equals("Bye")) {
     break;
    }
   }

   ins.close();
   ous.close();
   socket.close();

} catch (Exception e) {
   e.printStackTrace();
}

}

public String chooseMessage() {

int index = random.nextInt(keys.length);
String msg = keys[index];

// 如果 10 次就选中 Bye，则重新选择，为了使对话内容多一些
if (messageCount < 10 && msg.equalsIgnoreCase("Bye")) {
   return chooseMessage();
}

return msg;
}

// 接收线程
class RecieverThread extends Thread {
private InputStream ins;

public RecieverThread(InputStream ins) {
   this.ins = ins;
}

@Override
public void run() {

   try {
    String line = null;

    BufferedReader r = new BufferedReader(new InputStreamReader(
      ins, "UTF-8"));

    // readLine()会阻塞，直到服务器输出一个 '\n'
    while ((line = r.readLine()) != null) {

     System.out.println("[Recieved]: " + line);

     synchronized (ins) {
      // 接收到服务器的消息，通知下主线程
      ins.notify();
     }
     if (line.trim().equals("Bye")) {
      exist = true;
      break;
     }
    }
   } catch (Exception e) {
    e.printStackTrace();
   }
}

}

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

// 开三个客户端线程
for (int i = 0; i < 3; i++) {
   try {
    new MyFirstNIOClientTest().start();
   } catch (Exception e) {
    e.printStackTrace();
   }
}

}
}

=============================================================================

服务器端的输出：

Server localhost:12315 started. waiting for clients.
第 1 个客户端 [/127.0.0.1:1890]: [connected] =========================================
第 2 个客户端 [/127.0.0.1:1865]: [connected] =========================================
第 3 个客户端 [/127.0.0.1:1866]: [connected] =========================================
第 2 个客户端 [/127.0.0.1:1865]: [recieved]: 床前明月光 -----> [send]: 疑是地上霜
第 3 个客户端 [/127.0.0.1:1866]: [recieved]: 我是周星驰 -----> [send]: 我是周润发
第 1 个客户端 [/127.0.0.1:1890]: [recieved]: 少小离家老大回 -----> [send]: 乡音无改鬓毛衰
第 1 个客户端 [/127.0.0.1:1890]: [recieved]: 床前明月光 -----> [send]: 疑是地上霜
第 1 个客户端 [/127.0.0.1:1890]: [recieved]: 我是客户端 -----> [send]: 我是服务器
第 3 个客户端 [/127.0.0.1:1866]: [recieved]: 举头望明月 -----> [send]: 低头思故乡
第 3 个客户端 [/127.0.0.1:1866]: [recieved]: 床前明月光 -----> [send]: 疑是地上霜
第 2 个客户端 [/127.0.0.1:1865]: [recieved]: 举头望明月 -----> [send]: 低头思故乡
第 1 个客户端 [/127.0.0.1:1890]: [recieved]: 我是甲 -----> [send]: 我是乙
第 1 个客户端 [/127.0.0.1:1890]: [recieved]: 我是周星驰 -----> [send]: 我是周润发
第 3 个客户端 [/127.0.0.1:1866]: [recieved]: 举头望明月 -----> [send]: 低头思故乡
第 2 个客户端 [/127.0.0.1:1865]: [recieved]: 床前明月光 -----> [send]: 疑是地上霜
第 1 个客户端 [/127.0.0.1:1890]: [recieved]: 床前明月光 -----> [send]: 疑是地上霜
第 3 个客户端 [/127.0.0.1:1866]: [recieved]: 床前明月光 -----> [send]: 疑是地上霜
第 2 个客户端 [/127.0.0.1:1865]: [recieved]: Hi -----> [send]: Hi
第 2 个客户端 [/127.0.0.1:1865]: [recieved]: 举头望明月 -----> [send]: 低头思故乡
第 2 个客户端 [/127.0.0.1:1865]: [recieved]: 举头望明月 -----> [send]: 低头思故乡
第 2 个客户端 [/127.0.0.1:1865]: [recieved]: 少小离家老大回 -----> [send]: 乡音无改鬓毛衰
第 3 个客户端 [/127.0.0.1:1866]: [recieved]: 我是甲 -----> [send]: 我是乙
第 2 个客户端 [/127.0.0.1:1865]: [recieved]: 床前明月光 -----> [send]: 疑是地上霜
第 1 个客户端 [/127.0.0.1:1890]: [recieved]: 我是客户端 -----> [send]: 我是服务器
第 2 个客户端 [/127.0.0.1:1865]: [recieved]: Hi -----> [send]: Hi
第 3 个客户端 [/127.0.0.1:1866]: [recieved]: Hi -----> [send]: Hi
第 2 个客户端 [/127.0.0.1:1865]: [recieved]: 我是周星驰 -----> [send]: 我是周润发
第 1 个客户端 [/127.0.0.1:1890]: [recieved]: 我是周星驰 -----> [send]: 我是周润发
第 3 个客户端 [/127.0.0.1:1866]: [recieved]: 举头望明月 -----> [send]: 低头思故乡
第 2 个客户端 [/127.0.0.1:1865]: [recieved]: Bye -----> [send]: Bye
第 1 个客户端 [/127.0.0.1:1890]: [recieved]: Hi -----> [send]: Hi
第 2 个客户端 [/127.0.0.1:1865]: read finished. close socketChannel.
第 1 个客户端 [/127.0.0.1:1890]: [recieved]: Bye -----> [send]: Bye
第 3 个客户端 [/127.0.0.1:1866]: [recieved]: 我是客户端 -----> [send]: 我是服务器
第 1 个客户端 [/127.0.0.1:1890]: read finished. close socketChannel.
第 3 个客户端 [/127.0.0.1:1866]: [recieved]: 我是客户端 -----> [send]: 我是服务器
第 3 个客户端 [/127.0.0.1:1866]: [recieved]: Bye -----> [send]: Bye
第 3 个客户端 [/127.0.0.1:1866]: read finished. close socketChannel.

客户端的输出：

[send] 1: 我是周星驰
[send] 1: 少小离家老大回
[Recieved]: 乡音无改鬓毛衰
[send] 2: 床前明月光
[Recieved]: 疑是地上霜
[send] 3: 我是客户端
[Recieved]: 我是服务器
[Recieved]: 疑是地上霜
[Recieved]: 我是周润发
[Recieved]: 低头思故乡
[send] 2: 举头望明月
[Recieved]: 疑是地上霜
[send] 3: 床前明月光
[send] 1: 床前明月光
[send] 2: 举头望明月
[Recieved]: 低头思故乡
[Recieved]: 我是乙
[send] 4: 我是甲
[Recieved]: 我是周润发
[send] 5: 我是周星驰
[send] 3: 床前明月光
[send] 6: 床前明月光
[send] 4: 举头望明月
[Recieved]: 低头思故乡
[send] 5: 床前明月光
[Recieved]: 疑是地上霜
[Recieved]: 疑是地上霜
[Recieved]: 疑是地上霜
[Recieved]: Hi
[send] 4: Hi

[Recieved]: 低头思故乡
[send] 5: 举头望明月
[Recieved]: 低头思故乡


[Recieved]: 低头思故乡
[send] 6: 举头望明月


[send] 7: 少小离家老大回

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