一、nio類庫簡介
1、緩沖區buffer
buffer是一個對象，包含一些要寫入和讀出的數據。
在nio中，所有的數據都是用緩沖區處理的，讀取數據時，它是從通道(channel)直接讀到緩沖區中，在寫入數據時，也是從緩沖區寫入到通道。
緩沖區實質上是一個數組，通常是一個字節數組(bytebuffer)，也可以是其它類型的數組，此外緩沖區還提供了對數據的結構化訪問以及維護讀寫位置等信息。
buffer類的繼承關系如下圖所示：
2、通道channel
channel是一個通道，網絡數據通過channel讀取和寫入。通道和流的不同之處在于通道是雙向的(通道可以用于讀、寫后者二者同時進行)，流只是在一個方向上移動。
channel大體上可以分為兩類：用于網絡讀寫的selectablechannel(serversocketchannel和socketchannel就是其子類)、用于文件操作的filechannel。
下面的例子給出通過filechannel來向文件中寫入數據、從文件中讀取數據，將文件數據拷貝到另一個文件中：
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public class niotest{ public static void main(string[] args) throws ioexception { copyfile(); } //拷貝文件 private static void copyfile() { fileinputstream in=null; fileoutputstream out=null; try { in=new fileinputstream("src/main/java/data/in-data.txt"); out=new fileoutputstream("src/main/java/data/out-data.txt"); filechannel inchannel=in.getchannel(); filechannel outchannel=out.getchannel(); bytebuffer buffer=bytebuffer.allocate(1024); int bytesread = inchannel.read(buffer); while (bytesread!=-1) { buffer.flip(); outchannel.write(buffer); buffer.clear(); bytesread = inchannel.read(buffer); } } catch (filenotfoundexception e) { // todo auto-generated catch block e.printstacktrace(); } catch (ioexception e) { // todo auto-generated catch block e.printstacktrace(); } } //寫文件 private static void writefilenio() { try { randomaccessfile fout = new randomaccessfile("src/main/java/data/nio-data.txt", "rw"); filechannel fc=fout.getchannel(); bytebuffer buffer=bytebuffer.allocate(1024); buffer.put("hi123".getbytes()); buffer.flip(); try { fc.write(buffer); } catch (ioexception e) { // todo auto-generated catch block e.printstacktrace(); } } catch (filenotfoundexception e) { // todo auto-generated catch block e.printstacktrace(); } } //讀文件 private static void readfilenio() { fileinputstream fileinputstream; try { fileinputstream = new fileinputstream("src/main/java/data/nio-data.txt"); filechannel filechannel=fileinputstream.getchannel();//從 fileinputstream 獲取通道 bytebuffer bytebuffer=bytebuffer.allocate(1024);//創建緩沖區 int bytesread=filechannel.read(bytebuffer);//將數據讀到緩沖區 while(bytesread!=-1) { /*limit=position * position=0; */ bytebuffer.flip(); //hasremaining():告知在當前位置和限制之間是否有元素 while (bytebuffer.hasremaining()) { system.out.print((char) bytebuffer.get()); } /* * 清空緩沖區 * position=0; * limit=capacity; */ bytebuffer.clear(); bytesread = filechannel.read(bytebuffer); } } catch (filenotfoundexception e) { // todo auto-generated catch block e.printstacktrace(); } catch (ioexception e) { // todo auto-generated catch block e.printstacktrace(); } }} |
3、多路復用器selector
多路復用器提供選擇已經就緒的任務的能力。selector會不斷的輪詢注冊在其上的channel，如果某個channel上面發送讀或者寫事件，這個channel就處于就緒狀態，會被selector輪詢出來，然后通過selectionkey可以獲取就緒channel的集合，進行后續的i/o操作。
一個多路復用器selector可以同時輪詢多個channel，由于jdk使用了epoll代替了傳統的select實現，所以它沒有最大連接句柄1024/2048的限制，意味著只需要一個線程負責selector的輪詢，就可以接入成千上萬的客戶端。其模型如下圖所示：
用單線程處理一個selector。要使用selector，得向selector注冊channel，然后調用它的select()方法。這個方法會一直阻塞到某個注冊的通道有事件就緒。一旦這個方法返回，線程就可以處理這些事件，事件的例子有如新連接進來，數據接收等。
注：
1、什么select模型？
select是事件觸發機制，當等待的事件發生就觸發進行處理，多用于linux實現的服務器對客戶端的處理。
可以阻塞地同時探測一組支持非阻塞的io設備，是否有事件發生(如可讀、可寫，有高優先級錯誤輸出等)，直至某一個設備觸發了事件或者超過了指定的等待時間。也就是它們的職責不是做io，而是幫助調用者尋找當前就緒的設備。
2、什么是epoll模型？
epoll的設計思路，是把select/poll單個的操作拆分為1個epoll_create+多個epoll_ctrl+一個wait。此外，內核針對epoll操作添加了一個文件系統”eventpollfs”，每一個或者多個要監視的文件描述符都有一個對應的eventpollfs文件系統的inode節點，主要信息保存在eventpoll結構體中。而被監視的文件的重要信息則保存在epitem結構體中。所以他們是一對多的關系。
二、nio服務器端開發
功能說明：開啟服務器端，對每一個接入的客戶端都向其發送hello字符串。
使用nio進行服務器端開發主要有以下幾個步驟：
1、創建serversocketchannel，配置它為非阻塞模式
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serversocketchannel = serversocketchannel.open();serversocketchannel.configureblocking(false); |
2、綁定監聽，配置tcp參數，如backlog大小
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serversocketchannel.socket().bind(new inetsocketaddress(8080)); |
3、創建一個獨立的i/o線程，用于輪詢多路復用器selector
4、創建selector，將之前創建的serversocketchannel注冊到selector上，監聽selectionkey.accept
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selector=selector.open();serversocketchannel.register(selector, selectionkey.op_accept); |
5、啟動i/o線程，在循環體內執行selector.select()方法，輪詢就緒的channel
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while(true) { try { //select()阻塞到至少有一個通道在你注冊的事件上就緒了 //如果沒有準備好的channel,就在這一直阻塞 //select(long timeout)和select()一樣，除了最長會阻塞timeout毫秒(參數)。 selector.select(); } catch (ioexception e) { // todo auto-generated catch block e.printstacktrace(); break; } } |
6、當輪詢到了處于就緒狀態的channel時，需對其進行判斷，如果是op_accept狀態，說明是新的客戶端接入，則調用serversocketchannel.accept()方法接受新的客戶端
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//返回已經就緒的selectionkey，然后迭代執行 set<selectionkey> readkeys=selector.selectedkeys(); for(iterator<selectionkey> it=readkeys.iterator();it.hasnext();) { selectionkey key=it.next(); it.remove(); try { if(key.isacceptable()) { serversocketchannel server=(serversocketchannel) key.channel(); socketchannel client=server.accept(); client.configureblocking(false); client.register(selector,selectionkey.op_write); } else if(key.iswritable()) { socketchannel client=(socketchannel) key.channel(); bytebuffer buffer=bytebuffer.allocate(20); string str="hello"; buffer=bytebuffer.wrap(str.getbytes()); client.write(buffer); key.cancel(); } }catch(ioexception e) { e.printstacktrace(); key.cancel(); try { key.channel().close(); } catch (ioexception e1) { // todo auto-generated catch block e1.printstacktrace(); } } } |
7、設置新接入的客戶端鏈路socketchannel為非阻塞模式，配置其他的一些tcp參數
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if(key.isacceptable()) { serversocketchannel server=(serversocketchannel) key.channel(); socketchannel client=server.accept(); client.configureblocking(false); ... } |
8、將socketchannel注冊到selector，監聽op_write
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client.register(selector,selectionkey.op_write); |
9、如果輪詢的channel為op_write，則說明要向sockchannel中寫入數據，則構造bytebuffer對象，寫入數據包
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else if(key.iswritable()) { socketchannel client=(socketchannel) key.channel(); bytebuffer buffer=bytebuffer.allocate(20); string str="hello"; buffer=bytebuffer.wrap(str.getbytes()); client.write(buffer); key.cancel(); } |
完整代碼如下：
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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;import java.util.set;public class serversocketchanneldemo{ public static void main(string[] args) { serversocketchannel serversocketchannel; selector selector=null; try { serversocketchannel = serversocketchannel.open(); serversocketchannel.configureblocking(false); serversocketchannel.socket().bind(new inetsocketaddress(8080)); selector=selector.open(); serversocketchannel.register(selector, selectionkey.op_accept); } catch (ioexception e) { // todo auto-generated catch block e.printstacktrace(); } while(true) { try { //select()阻塞到至少有一個通道在你注冊的事件上就緒了 //如果沒有準備好的channel,就在這一直阻塞 //select(long timeout)和select()一樣，除了最長會阻塞timeout毫秒(參數)。 selector.select(); } catch (ioexception e) { // todo auto-generated catch block e.printstacktrace(); break; } //返回已經就緒的selectionkey，然后迭代執行 set<selectionkey> readkeys=selector.selectedkeys(); for (iterator<selectionkey> it=readkeys.iterator();it.hasnext();) { selectionkey key=it.next(); it.remove(); try { if(key.isacceptable()) { serversocketchannel server=(serversocketchannel) key.channel(); socketchannel client=server.accept(); client.configureblocking(false); client.register(selector,selectionkey.op_write); } else if(key.iswritable()) { socketchannel client=(socketchannel) key.channel(); bytebuffer buffer=bytebuffer.allocate(20); string str="hello"; buffer=bytebuffer.wrap(str.getbytes()); client.write(buffer); key.cancel(); } } catch(ioexception e) { e.printstacktrace(); key.cancel(); try { key.channel().close(); } catch (ioexception e1) { // todo auto-generated catch block e1.printstacktrace(); } } } } }} |
我們用telnet localhost 8080模擬出多個客戶端：
程序運行結果如下：
總結
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