Java中怎么使用NIO实现网络编程

本篇文章为大家展示了Java中怎么使用NIO实现网络编程，内容简明扼要并且容易理解，绝对能使你眼前一亮，通过这篇文章的详细介绍希望你能有所收获。

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为什么需要NIO

使用Java编写过Socket程序的同学一定都知道Socket和SocketServer。当调用某个调用的时候，调用的地方就会阻塞，等待响应。这种方式对于小规模的程序非常方便，但是对于大型的程序就有点力不从心了，当有大量的连接的时候，我们可以为每一个连接建立一个线程来操作。但是这种做法带来的缺陷也是显而易见的：

1. 硬件能够支持大量的并发。

2. 并发的数量始终有一个上限。

3. 各个线程之间的优先级不好控制。

4. 各个Client之间的交互与同步困难。

我们也可以使用一个线程来处理所有的请求，使用不阻塞的IO，轮询查询所有的Client。这种做法同样也有缺陷：无法迅速响应Client端，同时会消耗大量轮询查询的时间。

所以，我们需要一种poll的模式来处理这种情况，从大量的网络连接中找出来真正需要服务的Client。这正是NIO诞生的原因：提供一种Poll的模式，在所有的Client中找到需要服务的Client。

回到我们刚刚说到的3个最最重要的Class：java.nio.channels中Selector和Channel，以及java.nio中的Buffer。

Channel代表一个可以被用于Poll操作的对象（可以是文件流也可以使网络流），Channel能够被注册到一个Selector中。通过调用Selector的select方法可以从所有的Channel中找到需要服务的实例（Accept，read ..）。

Buffer对象提供读写数据的缓存。相对于我们熟悉的Stream对象，Buffer提供更好的性能以及更好的编程透明性（人为控制缓存的大小以及具体的操作）。

配合BUFFER使用CHANNEL

与传统模式的编程不用，Channel不使用Stream，而是Buffer。我们来实现一个简单的非阻塞Echo Client：

package com.cnblogs.gpcuster;  import java.net.InetSocketAddress; import java.net.SocketException; import java.nio.ByteBuffer; import java.nio.channels.SocketChannel;  public class TCPEchoClientNonblocking { public static void main(String args[]) throws Exception { if ((args.length < 2) || (args.length > 3))// Testforcorrect#ofargs throw new IllegalArgumentException( "Parameter(s):   []"); String server = args[0];// ServernameorIPaddress // ConvertinputStringtobytesusingthedefaultcharset byte[] argument = args[1].getBytes(); int servPort = (args.length == 3) ? Integer.parseInt(args[2]) : 7; // Createchannelandsettononblocking SocketChannel clntChan = SocketChannel.open(); clntChan.configureBlocking(false); // Initiateconnectiontoserverandrepeatedlypolluntilcomplete if (!clntChan.connect(new InetSocketAddress(server, servPort))) { while (!clntChan.finishConnect()) { System.out.print(".");// Dosomethingelse } } ByteBuffer writeBuf = ByteBuffer.wrap(argument); ByteBuffer readBuf = ByteBuffer.allocate(argument.length); int totalBytesRcvd = 0;// Totalbytesreceivedsofar int bytesRcvd;// Bytesreceivedinlastread while (totalBytesRcvd < argument.length) { if (writeBuf.hasRemaining()) { clntChan.write(writeBuf); } if ((bytesRcvd = clntChan.read(readBuf)) == -1) { throw new SocketException("Connection closed prematurely"); } totalBytesRcvd += bytesRcvd; System.out.print(".");// Dosomethingelse } System.out.println("Received:" + // converttoStringperdefaultcharset new String(readBuf.array(), 0, totalBytesRcvd)); clntChan.close(); } }

这段代码使用ByteBuffer来保存读写的数据。通过clntChan.configureBlocking(false); 设置后，其中的connect，read，write操作都不回阻塞，而是立刻放回结果。

使用SELECTOR

Selector的可以从所有的被注册到自己Channel中找到需要服务的实例。

我们来实现Echo Server。

首先，定义一个接口：

package com.cnblogs.gpcuster;  import java.nio.channels.SelectionKey; import java.io.IOException;  public interface TCPProtocol { void handleAccept(SelectionKey key) throws IOException;  void handleRead(SelectionKey key) throws IOException;  void handleWrite(SelectionKey key) throws IOException; } 我们的Echo Server将使用这个接口。然后我们实现Echo Server： import java.io.IOException; import java.net.InetSocketAddress; import java.nio.channels.SelectionKey; import java.nio.channels.Selector; import java.nio.channels.ServerSocketChannel; import java.util.Iterator;  public class TCPServerSelector { private static final int BUFSIZE = 256;// Buffersize(bytes) private static final int TIMEOUT = 3000;// Waittimeout(milliseconds)  public static void main(String[] args) throws IOException { if (args.length < 1) {// Testforcorrect#ofargs throw new IllegalArgumentException("Parameter(s):..."); } // Createaselectortomultiplexlisteningsocketsandconnections Selector selector = Selector.open(); // Createlisteningsocketchannelforeachportandregisterselector for (String arg : args) { ServerSocketChannel listnChannel = ServerSocketChannel.open(); listnChannel.socket().bind( new InetSocketAddress(Integer.parseInt(arg))); listnChannel.configureBlocking(false);// mustbenonblockingtoregister // Registerselectorwithchannel.Thereturnedkeyisignored listnChannel.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT); } // Createahandlerthatwillimplementtheprotocol TCPProtocol protocol = new EchoSelectorProtocol(BUFSIZE); while (true) {// Runforever,processingavailableI/Ooperations // Waitforsomechanneltobeready(ortimeout) if (selector.select(TIMEOUT) == 0) {// returns#ofreadychans System.out.print("."); continue; } // GetiteratoronsetofkeyswithI/Otoprocess Iterator keyIter = selector.selectedKeys().iterator(); while (keyIter.hasNext()) { SelectionKey key = keyIter.next();// Keyisbitmask // Serversocketchannelhaspendingconnectionrequests? if (key.isAcceptable()) { protocol.handleAccept(key); } // Clientsocketchannelhaspendingdata? if (key.isReadable()) { protocol.handleRead(key); } // Clientsocketchannelisavailableforwritingand // keyisvalid(i.e.,channelnotclosed)? if (key.isValid() && key.isWritable()) { protocol.handleWrite(key); } keyIter.remove();// removefromsetofselectedkeys } } } }

我们通过listnChannel.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT); 注册了一个我们感兴趣的事件，然后调用selector.select(TIMEOUT)等待订阅的时间发生，然后再采取相应的处理措施。

***我们实现EchoSelectorProtocol

package com.cnblogs.gpcuster;  import java.nio.channels.SelectionKey; import java.nio.channels.SocketChannel; import java.nio.channels.ServerSocketChannel; import java.nio.ByteBuffer; import java.io.IOException;  public class EchoSelectorProtocol implements TCPProtocol { private int bufSize;// SizeofI/Obuffer  public EchoSelectorProtocol(int bufSize) { this.bufSize = bufSize; }  public void handleAccept(SelectionKey key) throws IOException { SocketChannel clntChan = ((ServerSocketChannel) key.channel()).accept(); clntChan.configureBlocking(false);// Mustbenonblockingtoregister // Registertheselectorwithnewchannelforreadandattachbytebuffer clntChan.register(key.selector(), SelectionKey.OP_READ, ByteBuffer .allocate(bufSize)); }  public void handleRead(SelectionKey key) throws IOException { // Clientsocketchannelhaspendingdata SocketChannel clntChan = (SocketChannel) key.channel(); ByteBuffer buf = (ByteBuffer) key.attachment(); long bytesRead = clntChan.read(buf); if (bytesRead == -1) {// Didtheotherendclose? clntChan.close(); } else if (bytesRead > 0) { // Indicateviakeythatreading/writingarebothofinterestnow. key.interestOps(SelectionKey.OP_READ | SelectionKey.OP_WRITE); } }  public void handleWrite(SelectionKey key) throws IOException { /* * Channelisavailableforwriting,andkeyisvalid(i.e.,clientchannel * notclosed). */ // Retrievedatareadearlier ByteBuffer buf = (ByteBuffer) key.attachment(); buf.flip();// Preparebufferforwriting SocketChannel clntChan = (SocketChannel) key.channel(); clntChan.write(buf); if (!buf.hasRemaining()) {// Buffercompletelywritten? // Nothingleft,sonolongerinterestedinwrites key.interestOps(SelectionKey.OP_READ); } buf.compact();// Makeroomformoredatatobereadin } }

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