Java 输入与输出之 NIO【非阻塞式IO】【NIO网络编程】探索之【二】

上一篇博客我们介绍了NIO的核心原理、FileChannel和Buffer, 对Buffer的用法有了清晰的了解。上篇博客：
Java 输入与输出之 NIO【非阻塞式IO】【NIO核心原理】探索之【一】
本篇博客我们将继续来探索NIO，介绍如何使用SocketChannel和ServerSocketChannel来实现TCP协议的非阻塞套接字（Socket）网络通信程序编程。NIO的强大功能部分来自于Channel的非阻塞特性，套接字的某些操作可能会无限期地阻塞。例如，对accept()方法的调用可能会因为等待一个客户端连接而阻塞；对read()方法的调用可能会因为没有数据可读而阻塞，直到连接的另一端传来新的数据。总的来说，创建/接收连接或读写数据等I/O调用，都可能无限期地阻塞等待。
NIO的Channel抽象的一个重要特征就是可以通过配置它的阻塞行为，以实现非阻塞式的信道。
下面这行代码设置了通道的非阻塞模式：
channel.configureBlocking(false)

在非阻塞式信道上调用一个方法总是会立即返回。这种调用的返回值指示了所请求的操作完成的程度。例如，在一个非阻塞式ServerSocketChannel上调用accept()方法，如果有连接请求来了，则返回客户端SocketChannel，否则返回null。

三、利用NIO编写网络通信程序（Selector的核心应用）

网络通信相关的三大核心组件：

通道（channel）：负责管道节点的连接及数据的运输
缓冲区（buffer）：负责数据的存取
选择器（selector）：是selectableChannel的多路复用器，用于监控SelectableChannel的IO状况。

SocketChannel： 是通道Channel重要的实现类，用于TCP协议的网络通信，用于实现网络通讯客户端的应用程序；
ServerSocketChannel： 是通道Channel重要的实现类，用于监听TCP连接请求，主要用于实现网络通讯服务器端的应用程序。

阻塞与非阻塞

阻塞式
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。
非阻塞式
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。

利用Java NIO网络通讯应用程序的操作步骤和示意图
Java 在使用NIO进行网络编程时，多线程应用程序的操作步骤和示意图如下所示：
处理步骤：

创建通道：
打开一个或多个通道，例如FileChannel、SocketChannel等。
创建缓冲区：为每个通道创建一个或多个缓冲区，用于读取或写入数据。
注册通道：
将通道注册到选择器，以便选择器可以监控这些通道的状态。
选择就绪通道：
选择器等待通道就绪事件，一旦有通道准备好进行I/O操作，选择器将通知应用程序。
读取/写入数据：
应用程序从通道读取数据或将数据写入通道，使用缓冲区来传输数据。

在这里插入图片描述
其中，通道和缓冲区是一对一的关系。每个通道都有一个与之对应的缓冲区，用于存储数据。
选择器（Selector）可以同时监视多个通道的状态。一个选择器可以绑定多个通道，以实现多路复用。

我们先来看一个网络通信应用的例程，客户端采用NIO实现，而服务端依旧使用IO实现。

采用NIO的客户端程序源代码：

package nio;
import java.io.IOException;
import java.net.InetSocketAddress;
import java.net.SocketAddress;
import java.nio.ByteBuffer;
import java.nio.channels.SocketChannel;
import java.util.concurrent.TimeUnit;
public class SocketClientNIO {public static void client(){ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024);SocketChannel socketChannel = null;try{SocketAddress server = new InetSocketAddress("127.0.0.1",8080);socketChannel = SocketChannel.open();socketChannel.configureBlocking(false); //非阻塞式socketChannel.connect(server);//与服务端连接成功if(socketChannel.finishConnect()) {int i=0;while(true){TimeUnit.SECONDS.sleep(1);String info = "客户端发送信息，第 "+i++ +"条";buffer.clear();buffer.put(info.getBytes("GBK"));buffer.flip(); //切换while(buffer.hasRemaining()){System.out.println(buffer);socketChannel.write(buffer);}}}}catch (IOException | InterruptedException e){e.printStackTrace();}finally{try{if(socketChannel!=null){socketChannel.close();}}catch(IOException e){e.printStackTrace();}}}public static void main(String[] args) {SocketClientNIO.client();}
}

采用标准的IO实现的阻塞式网络通信服务器端程序的源代码：

package nio;import java.io.IOException;
import java.io.InputStream;
import java.net.ServerSocket;
import java.net.Socket;
import java.net.SocketAddress;public class SocketServerIO {public static void server(){ServerSocket serverSocket = null;InputStream in = null;try{serverSocket = new ServerSocket(8080);System.out.println("服务器开启，等待接收客户端连接");int recvMsgSize = 0;byte[] recvBuf = new byte[1024];while(true){Socket client = serverSocket.accept();SocketAddress clientAddr = client.getRemoteSocketAddress();System.out.println("接收到客户端,连接IP: "+clientAddr);in = client.getInputStream();while((recvMsgSize=in.read(recvBuf))!=-1){byte[] temp = new byte[recvMsgSize];System.arraycopy(recvBuf, 0, temp, 0, recvMsgSize);System.out.println("报文："+new String(temp,"GBK"));}}}catch (IOException e){e.printStackTrace();}finally{try{if(serverSocket!=null){serverSocket.close();}if(in!=null){in.close();}}catch(IOException e){e.printStackTrace();}}}public static void main(String[] args) {SocketServerIO.server();}}