Java網絡編程NIO

一、NIO是什么?

NIO可以說是比BIO更強大的IO，可以設置非阻塞模式（通過事件的方式監聽數據的到來）

BIO是基于socket通信，一個線程對應一個socket連接，讀取數據要一直等待
NIO是基于channel通信，一個線程管理一個selector，一個selector管理多個channel，這樣一個線程就能管理多個客戶端連接

二、NIO核心組件

?① Selector：選擇器，負責管理多個通道channel，通過監聽通道綁定的事件，及時處理通道數據

?② Channel：通道，一般一端確定，另一端操作緩沖區Buffer。可以是文件通道，網絡通道等

?③ Buffer：緩沖區，包括直接內存緩沖和JVM內存緩沖。直接內存緩沖是在操作系統的非應用程序內存申請的空間，不占用JVM內存；JVM內存緩沖就是在堆空間申請的緩沖區。

? ?由于IO無法直接操作應用內存，因此需要將應用內存數據拷貝到直接內存，如果使用直接內存，就可以少一次拷貝操作

組件模型圖：

三、常用API

（1）緩沖區Buffer

① 介紹

? position：下一次讀取或寫入的位置

? limit：數據末尾后一個位置

? capacitry：緩沖區容量

② 相關API

以ByteBuffer為例

//	申請操作系統的內存緩沖區
ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocateDirect(1024);
//	獲取position、limit、capacity
int position = buffer.position();
int limit = buffer.limit();
int capacity = buffer.capacity();//	向緩沖區中寫入數據
String data = "hello, my name is jack!";
buffer.put(data.getBytes());//	切換模式，標定界限（limit=position，position=0）
buffer.flip();//	讀取緩沖區的數據
int dataLength = buffer.remaining();	//  獲取剩余數據量
String content = new String(buffer.array(), 0, dataLength);//	清空緩沖區，實際上是將各個下標設置為初始值，如：position=0，limit=capacity
buffer.clear();

（2）通道Channel

拷貝文件的案例

public void test02() throws Exception {//  利用通道進行文件讀寫String fileName1 = "E:\\code\\java\\io_learn\\io_02_nio\\src\\main\\resources\\1.jpg";String fileName2 = "E:\\code\\java\\io_learn\\io_02_nio\\src\\main\\resources\\2.jpg";//  打開文件輸入流FileInputStream fis = new FileInputStream(fileName1);//  通過輸入流獲取通道FileChannel fisChannel = fis.getChannel();//  打開文件輸出流FileOutputStream fos = new FileOutputStream(fileName2);//  通過輸出流獲取輸出通道FileChannel fosChannel = fos.getChannel();//  創建緩沖區ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024);//  將輸入通道的數據讀取到buffer，然后從buffer讀取數據到輸出通道while ((fisChannel.read(buffer)) > 0 ) {//  limit=position,position=0buffer.flip();//  將數據從buffer寫入到文件fosChannel.write(buffer);//  將各個下標指針歸還到最初位置buffer.clear();}//  釋放通道資源fisChannel.close();fosChannel.close();}

?利用transferFrom實現管道數據轉移

public void transferFromTest() throws Exception {/*利用transferFrom或transferTo實現文件的copy*/FileInputStream fis = new FileInputStream("E:\\code\\java\\io_learn\\io_02_nio\\src\\main\\resources\\1.jpg");FileChannel fisChannel = fis.getChannel();FileOutputStream fos = new FileOutputStream("E:\\code\\java\\io_learn\\io_02_nio\\src\\main\\resources\\11.jpg");FileChannel fosChannel = fos.getChannel();//  將數據轉移到目的通道fosChannel.transferFrom(fisChannel , 0, fisChannel.size());fisChannel.close();fosChannel.close();}

利用transferTo實現管道數據轉移

public void transferToTest() throws Exception {/*利用transferFrom或transferTo實現文件的copy*/FileInputStream fis = new FileInputStream("E:\\code\\java\\io_learn\\io_02_nio\\src\\main\\resources\\1.jpg");FileChannel fisChannel = fis.getChannel();FileOutputStream fos = new FileOutputStream("E:\\code\\java\\io_learn\\io_02_nio\\src\\main\\resources\\10.jpg");FileChannel fosChannel = fos.getChannel();// ?將數據轉移到目的通道fisChannel.transferTo(0, fisChannel.size(), fosChannel);fisChannel.close();fosChannel.close();}

注意：transferFrom和transferTo方法一次只能傳輸2G的數據（受操作系統限制）

（3）選擇器Selector

一般是通過服務通道監聽端口，等待客戶端的連接通道，然后將連接通道注冊到Selector，等待事件觸發通道行為

public void test() throws Exception {//  1.獲取通道ServerSocketChannel serverSocketChannel =ServerSocketChannel.open();//  2。設置為非阻塞模式serverSocketChannel.configureBlocking(false);//  3.綁定端口serverSocketChannel.bind(new InetSocketAddress(9898));//  4.獲取選擇器Selector selector = Selector.open();//  5.注冊通道到選擇器，通過客戶端建立通道的事件觸發serverSocketChannel.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT);while (selector.select() > 0) {//  獲取到對應事件，進行處理...}}

?四、NIO實現聊天室案例

服務端Server

import java.net.InetSocketAddress;
import java.nio.ByteBuffer;
import java.nio.channels.*;
import java.util.Iterator;
import java.util.Set;public class Server {public static void main(String[] args) throws Exception {//  1.創建服務端通道ServerSocketChannel serverSocketChannel = ServerSocketChannel.open();//  2.設置為非阻塞模式serverSocketChannel.configureBlocking(false);//  3.綁定監聽端口serverSocketChannel.bind(new InetSocketAddress(9898));//  4.打開SelectorSelector selector =Selector.open();//  5.注冊監聽客戶端連接的通道serverSocketChannel.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT);//  6.循環監聽連接等事件while (selector.select() > 0) {//  獲取事件迭代器Iterator<SelectionKey> keyIterator = selector.selectedKeys().iterator();while (keyIterator.hasNext()) {//  獲取到具體事件SelectionKey key = keyIterator.next();//  判斷事件類型//  客戶端建立連接的事件if (key.isAcceptable()) {//  獲取到客戶端的連接通道SocketChannel socketChannel = serverSocketChannel.accept();//  設置通道為非阻塞模式socketChannel.configureBlocking(false);//  將連接通道注冊到選擇器socketChannel.register(selector, SelectionKey.OP_READ);}//  如果是讀取事件，證明客戶端發來了消息，進行數據讀取else if (key.isReadable()) {try {//  創建緩沖區ByteBuffer byteBuffer = ByteBuffer.allocate(1024);//  消息內容，正常聊天，消息一般很短，不會超過1kbString content = "";//  獲取到客戶端通道SocketChannel channel = (SocketChannel)key.channel();//  通過通道將數據讀取到bufferif (channel.read(byteBuffer) > 0) {//  切換為可讀模式byteBuffer.flip();//  將byte[]轉為stringcontent = new String(byteBuffer.array(), 0, byteBuffer.remaining());//  清空緩沖區byteBuffer.clear();}//  打印消息內容System.out.println(content);//  將數據寫入緩沖區byteBuffer.put(content.getBytes());//  將數據發送給其他所有非自己的客戶端Set<SelectionKey> keys = selector.keys();for (SelectionKey selectionKey : keys) {//  通過事件獲取到客戶端連接通道SelectableChannel selectableChannel = selectionKey.channel();//  如果通道是服務端監聽連接的通道ServerSocketChannel或者是自己，則不能轉發if (selectableChannel instanceof ServerSocketChannel || selectableChannel == channel) {continue;}//  將消息轉發給其他客戶端//  轉為客戶端channel類型SocketChannel otherClientChannel = (SocketChannel) selectableChannel;//  重新設置為讀模式byteBuffer.flip();//  發送消息otherClientChannel.write(byteBuffer);}} catch (Exception e) {//  出現異常，說明客戶端下線SocketChannel channel = (SocketChannel)key.channel();System.out.println("客戶端" + channel.getLocalAddress() + "離線");channel.close();//  釋放通道，接觸通道綁定的事件key.cancel();}}//  將使用完的事件進行移除keyIterator.remove();}}//  釋放資源serverSocketChannel.close();selector.close();}}

客戶端Client

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;
import java.util.Scanner;public class Client {public static void main(String[] args) throws IOException {//  1.創建socket channelSocketChannel socketChannel = SocketChannel.open(new InetSocketAddress("127.0.0.1", 9898));socketChannel.configureBlocking(false); //  設置為非阻塞模式//  2.開啟SelectorSelector selector = Selector.open();//  3.注冊通道，監聽通道的讀事件socketChannel.register(selector, SelectionKey.OP_READ);//  開啟一個接收服務端數據的線程new Thread(() -> {try {//  有事件，則執行處理，沒有事件則進行阻塞while(selector.select() > 0) {Iterator<SelectionKey> keyIterator = selector.selectedKeys().iterator();//  遍歷事件，找到可讀事件，讀取服務端發來的數據while (keyIterator.hasNext()) {SelectionKey selectionKey = keyIterator.next();//  可讀事件，讀取服務端發來的數據if (selectionKey.isReadable()) {//  創建緩沖區ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024);//  讀取數據到緩沖區socketChannel.read(buffer);//  切換為讀模式buffer.flip();System.out.println("\n" + new String(buffer.array(), 0, buffer.remaining()));System.out.print("我的發言: ");}//  使用完畢的事件要進行移除keyIterator.remove();}}} catch (IOException e) {e.printStackTrace();}}).start();//  等待客戶的輸入，聊天控制臺ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024);Scanner sc = new Scanner(System.in);while (true) {System.out.print("我的發言: ");//  讀取用戶輸入String msg = socketChannel.getLocalAddress() + ": " + sc.nextLine();//  將消息放入緩沖區buffer.put(msg.getBytes());//  切換為寫模式buffer.flip();//  發送緩沖區的數據給服務噸socketChannel.write(buffer);//  清除本次數據buffer.clear();}}
}