Java網路編程----通過實現簡易聊天工具來聊聊NIO

来源:https://www.cnblogs.com/jilodream/archive/2023/05/22/17420838.html
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前文我們說過了BIO,今天我們聊聊NIO。NIO 是什麼?NIO官方解釋它為New lO,由於其特性我們也稱之為,Non-Blocking IO。這是jdk1.4之後新增的一套IO標準。為什麼要用NIO呢?我們再簡單回顧下BIO:阻塞式IO,原理很簡單,其實就是多個端點與服務端進行通信時,每個客戶端 ...


前文我們說過了BIO,今天我們聊聊NIO。
NIO 是什麼?NIO官方解釋它為New lO,由於其特性我們也稱之為,Non-Blocking IO。這是jdk1.4之後新增的一套IO標準。
為什麼要用NIO呢?
我們再簡單回顧下BIO:
阻塞式IO,原理很簡單,其實就是多個端點與服務端進行通信時,每個客戶端有一個自己的socket,他們與服務端的serverSocket進行連接,服務端為每一個客戶端socket 生成一個對應的socket。
這樣客戶端就可以通過自己的socket進行與服務端的讀寫,而服務端也可以通過對應的socket與客戶端進行讀寫。
由於這些socket需要一致持有等待接聽和連接,所以只能阻塞式的原地等待。這大大降低了伺服器的性能上限。這就像是一個服務員只能對接自己當前的客人,無法接收多個客人的需求。
那怎麼解決呢?(防盜連接:本文首發自http://www.cnblogs.com/jilodream/ )

我先舉個例子,酒店的廚房只有一個廚師,廚師並不會依次對接每一個客人,滿足客人需求後,再對接下一個客人,而是會收到一份包含當前所有客戶要求的菜品單。
然後開始處理菜品單,同時收集新的需求到新的菜品單中。當菜品單中所有菜品處理完成後,清空舊的菜品單,處理新的菜品單,如此反覆迴圈。他並不會告訴第一個客人才做好了,才接收第二個客人要求的菜品。
我們來看看這個是如何實現的:

1、創建selector----->相當於廚師
2、創建服務端socketChannel
3、將服務端socketChannel綁定到selector中,同時接收accept事件------->相當於廚師收到的菜品單
4、開始迴圈,處理事件隊列中收到的所有事件------->相當於廚師處理客戶的訴求
5、如果有accept事件,就把accept事件中新連接channel也綁定到selector中,同時接收read事件。
6、處理完所有事件後清空事件隊列中的事件 ------->廚師處理完所有菜品後,清空菜品單(防盜連接:本文首發自http://www.cnblogs.com/jilodream/ )
這裡本質上其實就是綁定事件,監聽請求,處理事件,只是換成批量監聽,和批量處理了。
服務端代碼:

 1 package com.example.demo.learn.tcp;
 2 
 3 import java.io.IOException;
 4 import java.net.InetSocketAddress;
 5 import java.nio.ByteBuffer;
 6 import java.nio.channels.SelectionKey;
 7 import java.nio.channels.Selector;
 8 import java.nio.channels.ServerSocketChannel;
 9 import java.nio.channels.SocketChannel;
10 import java.util.Set;
11 
12 /**
13  * @discription
14  */
15 public class NIOServer {
16     static Object obj;
17 
18     public static void main(String[] args) throws IOException {
19         Selector selector = Selector.open();
20         ServerSocketChannel serverSocketChannel = ServerSocketChannel.open();
21         serverSocketChannel.socket().bind(new InetSocketAddress(9999));
22         serverSocketChannel.configureBlocking(false);
23         serverSocketChannel.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT);
24         while (true) {
25             selector.select();//註意這裡
26             Set<SelectionKey> allKey = selector.selectedKeys();
27             for (SelectionKey selectionKey : allKey) {
28                 if (selectionKey.isAcceptable()) {
29                     ServerSocketChannel serverChannel = (ServerSocketChannel) selectionKey.channel();
30                     if (serverChannel == serverSocketChannel) {
31                         int a = 1;
32                     }
33                     SocketChannel client = serverChannel.accept();
34                     client.configureBlocking(false);
35                     client.register(selector, SelectionKey.OP_READ);
36                     obj = client;
37                 } else if (selectionKey.isReadable()) {
38                     SocketChannel client = (SocketChannel) selectionKey.channel();
39                     if (client == obj) {
40                         int a = 1;
41                     }
42                     ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024);
43                     client.read(buffer);
44                     buffer.flip();
45                     byte[] bytes = new byte[buffer.remaining()];
46                     buffer.get(bytes);
47                     System.out.println("received msg :" + new String(bytes));
48                     ByteBuffer responseBuffer = ByteBuffer.wrap("Hello , client!".getBytes());
49                     client.write(responseBuffer);
50                 }
51             }
52             allKey.clear();
53         }
54     }
55 }

為了清晰,客戶端代碼我們仍然採用BIO模式中的客戶端代碼:

 1 public class TCPClient {
 2     public static void main(String[] args) throws IOException {
 3         Socket clientSocket=new Socket("127.0.0.1",9999);
 4         ChatThread chatThread = new ChatThread(clientSocket);
 5         new Thread(chatThread).start();
 6 
 7     }
 8 }
 9 
10 class ChatThread implements Runnable {
11     private Socket clientSocket;
12 
13     ChatThread(Socket clientSocket) {
14         this.clientSocket = clientSocket;
15     }
16 
17     @Override
18     public void run() {
19         try {
20             OutputStream os = clientSocket.getOutputStream();
21             SayThread sayThread = new SayThread(os);
22             new Thread(sayThread).start();
23 
24             InputStream is = clientSocket.getInputStream();
25             byte[] buffer = new byte[1024];
26             int len = is.read(buffer);
27             while (len > 0) {
28                 String msg = new String(buffer, 0, len);
29                 System.out.println("");
30                 System.out.println("receive server msg :");
31                 System.out.println(msg);
32                 System.out.println("");
33                 len = is.read(buffer);
34             }
35             clientSocket.close();
36 
37         } catch (Exception ex) {
38             //logs
39         }
40 
41     }
42 }
43 
44 class SayThread implements Runnable {
45     private OutputStream os;
46 
47     SayThread(OutputStream outputStream) {
48         this.os = outputStream;
49     }
50 
51     @Override
52     public void run() {
53         try {
54             os.write("client connect success!!!".getBytes());
55             Scanner inputScanner = new Scanner(System.in);
56             while (true) {
57                 String str = inputScanner.nextLine();
58                 os.write(str.getBytes());
59                 os.flush();
60             }
61 
62         } catch (Exception ex) {
63             //logs
64         }
65 
66     }
67 }

先運行服務端,然後運行客戶端,我們來看下效果:

如果到這裡你還沒看懂,有一點點迷,那麼你只要記住整個NIO中我們其實只要關註三個核心東西,然後再結合前文是橙色粗體字的代碼思路來理解下:
Channel:通道,類似於BIO中的Socket,我們可以通過它來進行讀寫;(防盜連接:本文首發自http://www.cnblogs.com/jilodream/ )
Selector:選擇器,我們將Channel和他需要關心的事件綁定起來,當事件響應時,激活對應的Channel(我們常用到的監聽事件,就是連接accept事件和讀read事件);
Buffer:緩存,我們用來配合Channel完成高效讀寫的對象(這個具體內容比較複雜而且比較多,我後邊會寫文章專門介紹,這裡先不用關心);

整體的結構圖大概是這個樣子的:

到這裡,我們基本就對NIO有一個大致的瞭解了,那麼NIO的代碼中完全不存在阻塞等待麽?
答案是還會發生阻塞等待,註意代碼中的紅色標記(如圖,通過debug,我們也會發現線程阻塞到了這裡),當線程執行到select方法處時,會進行阻塞等待。

那為什麼NIO的核心組件selector 會使用一個阻塞性方法呢 ?

這是由於NIO本來指的就是New IO,只是在網路數據處理時,是非阻塞的,不需要單獨存在一個線程管理socket等待對方寫入。
而NIO更多強調的是多路復用,即通過一個線程(進程),即可以管理多個網路連接(所謂的多路)的通信。

 

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