Java-NIO详解-(2)非阻塞式网络通信_小言_互联网的博客

Java-NIO详解-(2)非阻塞式网络通信

2020-06-19 14:32 425人阅读评论(0)

1.阻塞与非阻塞

(1)传统的 IO 流都是阻塞式的。也就是说，当一个线程调用 read() 或 write() 时，该线程被阻塞，直到有一些数据被读取或写入，该线程在此期间不能执行其他任务。因此，在完成网络通信进行 IO 操作时，由于线程会阻塞，所以服务器端必须为每个客户端都提供一个独立的线程进行处理，当服务器端需要处理大量客户端时，性能急剧下降。

(2)Java NIO 是非阻塞模式的。当线程从某通道进行读写数据时，若没有数据可用时，该线程可以进行其他任务。线程通常将非阻塞 IO 的空闲时间用于在其他通道上执行 IO 操作，所以单独的线程可以管理多个输入和输出通道。因此，NIO 可以让服务器端使用一个或有限几个线程来同时处理连接到服务器端的所有客户端。

2.阻塞式NIO代码演示

public class TestBlockingNIO {
    //客户端
    @Test
    public void client() {
        SocketChannel outChannel = null;
        try {
            //1.获取通道
            outChannel = SocketChannel.open(new InetSocketAddress("127.0.0.1",9898));
            //2.分配缓冲区
            ByteBuffer byteBuffer = ByteBuffer.allocate(1024);
            //3.读取本地文件，并发送到服务端
            while (true) {
                byteBuffer.put(("LOL怎么可能有Dota2好玩"+new Random().nextInt(100)).getBytes());
                byteBuffer.flip();
                outChannel.write(byteBuffer);
                byteBuffer.clear();
                Thread.sleep(1000);
            }
        } catch (IOException | InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            if (outChannel != null) {
                try {
                    outChannel.close();
                } catch (IOException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }
    }

    //服务端
    @Test
    public void server() {
        ServerSocketChannel channel = null;
        SocketChannel inChannel = null;
        try {
            //1.获取通道
            channel = ServerSocketChannel.open();
            //2.绑定端口
            channel.bind(new InetSocketAddress(9898));
            //3.获取客户端连接的通道
            inChannel = channel.accept();
            //4.接收客户端的数据
            ByteBuffer byteBuffer = ByteBuffer.allocate(1024);
            int len;
            while ((len = inChannel.read(byteBuffer)) > 0) {
                byteBuffer.flip();
                System.out.println("客户端说:" + new String(byteBuffer.array(), 0, len));
                byteBuffer.clear();
            }
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }finally {
            if (inChannel != null) {
                try {
                    inChannel.close();
                } catch (IOException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
            if (channel != null) {
                try {
                    channel.close();
                } catch (IOException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }
    }
}

当我们运行服务端和客户端的时候，结果如下图：
然后我们把客户端发送的信息改一下，改成如下图所示，在启动一个客户端

运行结果如下图：

可见服务端和两个客户端都启动了，但是服务端并没有接收第二个客户端发送的信息，这种IO就是阻塞的。只有当服务端与客户端的通信完成之后，服务端才能去处理下一个客户端。因此，在完成网络通信进行 IO 操作时，由于线程会阻塞，所以服务器端必须为每个客户端都提供一个独立的线程进行处理，当服务器端需要处理大量客户端时，性能急剧下降。

3.选择器(Selector)

(1)选择器（Selector）是 SelectableChannle 对象的多路复用器，Selector 可以同时监控多个 SelectableChannel 的 IO 状况，也就是说，利用 Selector 可使一个单独的线程管理多个 Channel。Selector 是非阻塞 IO 的核心。

(2) SelectableChannle 的结构如下图：

4.选择器的应用
(1)创建 Selector ：通过调用 Selector.open() 方法创建一个 Selector。

//4.获取选择器
Selector selector = Selector.open();

(2)向选择器注册通道：SelectableChannel.register(Selector sel, int ops)

//1.获取通道
channel = ServerSocketChannel.open();
//2.绑定端口
channel.bind(new InetSocketAddress(9898));
//3.切换成非阻塞模式
channel.configureBlocking(false);
//4.获取选择器
Selector selector = Selector.open();
//5.将通道注册到选择器上,并监听接收事件
channel.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT);

(3)当调用 register(Selector sel, int ops) 将通道注册选择器时，选择器对通道的监听事件，需要通过第二个参数 ops 指定。

(4)可以监听的事件类型（可使用 SelectionKey 的四个常量表示）：
 读 : SelectionKey.OP_READ （1<<0）
 写 : SelectionKey.OP_WRITE （1<<2）
 连接 : SelectionKey.OP_CONNECT （1<<3）
 接收 : SelectionKey.OP_ACCEPT （1<<4）

(5)若注册时不止监听一个事件，则可以使用“位或”操作符连接。

channel.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT|SelectionKey.OP_READ);

5.SelectionKey
(1) SelectionKey：表示 SelectableChannel 和 Selector 之间的注册关系。每次向选择器注册通道时就会选择一个事件(选择键)。选择键包含两个表示为整数值的操作集。操作集的每一位都表示该键的通道所支持的一类可选择操
作。

(2)SelectionKey常用方法：

方法	描述
int interestOps()	获取感兴趣事件集合
int readyOps()	获取通道已经准备就绪的操作的集合
SelectableChannel channel()	获取注册通道
Selector selector()	返回选择器
boolean isReadable()	检测 Channal 中读事件是否就绪
boolean isWritable()	检测 Channal 中写事件是否就绪
boolean isConnectable()	检测 Channel 中连接是否就绪
boolean isAcceptable()	检测 Channel 中接收是否就绪

6.Selector的常用方法

方法	描述
Set keys(	所有的 SelectionKey 集合。代表注册在该Selector上的Channel
selectedKeys()	被选择的 SelectionKey 集合。返回此Selector的已选择键集
int select()	监控所有注册的Channel，当它们中间有需要处理的 IO 操作时，该方法返回，并将对应得的 SelectionKey 加入被选择的 SelectionKey 集合中，该方法返回这些 Channel 的数量。
int select(long timeout	可以设置超时时长的 select() 操作
int selectNow()	执行一个立即返回的 select() 操作,该方法不会阻塞线程
Selector wakeup()	使一个还未返回的 select() 方法立即返回
void close()	关闭该选择器

7.非阻塞式IO代码演示

public class TestNoBlockingNIO {
    //客户端
    @Test
    public void client() {
        SocketChannel outChannel = null;
        try {
            //1.获取通道
            outChannel = SocketChannel.open(new InetSocketAddress("127.0.0.1", 9898));
            //2.把通道切换成非阻塞
            outChannel.configureBlocking(false);
            //3.分配缓冲区
            ByteBuffer byteBuffer = ByteBuffer.allocate(1024);
            //4.读取本地文件，并发送到服务端
            while (true) {
                byteBuffer.put(("LOL怎么可能有Dota2好玩"+new Random().nextInt(100)).getBytes());
                byteBuffer.flip();
                outChannel.write(byteBuffer);
                byteBuffer.clear();
                Thread.sleep(1000);
            }
        } catch (IOException | InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            if (outChannel != null) {
                try {
                    outChannel.close();
                } catch (IOException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }
    }

    //服务端
    @Test
    public void server() {
        ServerSocketChannel channel = null;
        SocketChannel inChannel = null;
        SocketChannel readChannel = null;
        try {
            //1.获取通道
            channel = ServerSocketChannel.open();
            //2.绑定端口
            channel.bind(new InetSocketAddress(9898));
            //3.切换成非阻塞模式
            channel.configureBlocking(false);
            //4.获取选择器
            Selector selector = Selector.open();
            //5.将通道注册到选择器上,并监听接收事件
            channel.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT);
            //6.循环获取选择器上已经“准备就绪”的事件
            while (selector.select() > 0) {
                //7.获取当前选择器中所有注册以就绪的事件
                Iterator<SelectionKey> iterator = selector.selectedKeys().iterator();
                while (iterator.hasNext()) {
                    //8.获取准备就绪的事件
                    SelectionKey key = iterator.next();
                    //9.判断具体是什么事件
                    if (key.isAcceptable()) {
                        //10.获取客户端连接的通道
                        inChannel = channel.accept();
                        //11.切换成非阻塞模式
                        inChannel.configureBlocking(false);
                        //12.将通道注册到选择器上,并监听接收事件
                        inChannel.register(selector, SelectionKey.OP_READ);
                    } else if (key.isReadable()) {
                        //13.获取当前选择器上读就绪的通道
                        readChannel = (SocketChannel) key.channel();
                        ByteBuffer byteBuffer = ByteBuffer.allocate(1024);
                        int len;
                        while ((len = readChannel.read(byteBuffer)) > 0) {
                            byteBuffer.flip();
                            System.out.println("客户端说:" + new String(byteBuffer.array(), 0, len));
                            byteBuffer.clear();
                        }
                    }
                    //14.取消选择键，不然下次还会成功
                    iterator.remove();
                }
            }
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            if (readChannel != null) {
                try {
                    readChannel.close();
                } catch (IOException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
            if (inChannel != null) {
                try {
                    inChannel.close();
                } catch (IOException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
            if (channel != null) {
                try {
                    channel.close();
                } catch (IOException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }
    }

}