NIO

一、什么是阻塞和非阻塞？

• 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。

• 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。

二、NIO中阻塞和非阻塞用法

1. NIO中的阻塞式IO用法

1package com.gf.nio;import org.junit.Test;import java.io.IOException;import java.net.InetSocketAddress;import java.nio.ByteBuffer;import java.nio.channels.FileChannel;import java.nio.channels.ServerSocketChannel;import java.nio.channels.SocketChannel;import java.nio.file.Paths;import java.nio.file.StandardOpenOption;/**
2 * 一、使用 NIO 完成网络通信的三个核心：
3 *
4 * 1. 通道（Channel）：负责连接
5 *
6 *     java.nio.channels.Channel 接口：
7 *          |--SelectableChannel
8 *              |--SocketChannel
9 *              |--ServerSocketChannel
10 *              |--DatagramChannel
11 *
12 *              |--Pipe.SinkChannel
13 *              |--Pipe.SourceChannel
14 *
15 * 2. 缓冲区（Buffer）：负责数据的存取
16 *
17 * 3. 选择器（Selector）：是 SelectableChannel 的多路复用器。用于监控 SelectableChannel 的 IO 状况
18 *
19 */public class TestBlockingNIO {
20
21    /**
22     * 客户端
23     */
24    @Test
25    public void client() throws IOException {
26        //1. 建立网络通道，连接指定服务器端口
27        SocketChannel sChannel = SocketChannel.open(new InetSocketAddress( "127.0.0.1" , 9898 ));
28        //2. 创建客户端本地文件通道
29        FileChannel fileChannel=FileChannel.open( Paths.get("/Users/huanchu/Documents/1.png"), StandardOpenOption.READ);
30        //3. 创建缓冲区
31        ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocate(1024);
32        //4. 读取本地文件，发送到服务器
33        while(fileChannel.read(buf) != -1)
34        {
35            buf.flip();
36            sChannel.write(buf);
37            buf.clear();
38        }
39        //5.告诉服务端我发送完毕
40        sChannel.shutdownOutput();
41
42        //接受端反馈
43        int len=0;
44        while((len=sChannel.read(buf))!=-1)
45        {
46            buf.flip();
47            System.out.println(new String(buf.array(),0,len));
48            buf.clear();
49        }
50
51        fileChannel.close();
52        sChannel.close();
53    }
54
55    /**
56     * 服务端
57     */
58    @Test
59    public void server() throws IOException {
60        ServerSocketChannel ssChannel = ServerSocketChannel.open();
61        FileChannel outChannel = FileChannel.open( Paths.get( "/Users/huanchu/Documents/2.png" ) , StandardOpenOption.WRITE , StandardOpenOption.CREATE );
62        ssChannel.bind( new InetSocketAddress( 9898 ) );
63        SocketChannel sChannel = ssChannel.accept();
64        ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocate( 1024 );
65
66        while (sChannel.read( buf ) != -1) {
67            buf.flip();
68            outChannel.write( buf );
69            buf.clear();
70        }
71
72        //发送反馈给客户端
73        buf.put( "服务端接收数据成功".getBytes() );
74        buf.flip();
75        sChannel.write( buf );
76
77        sChannel.close();
78        outChannel.close();
79
80    }}

2. NIO中的非阻塞式IO的使用

SocketChannel

1package com.gf.nio;import org.junit.Test;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.time.Instant;import java.util.Iterator;public class TestNonBlockingNIO {
2
3    /**
4     * 客户端
5     */
6    @Test
7    public void client() throws IOException {
8        //1. 获取通道
9        SocketChannel sChannel = SocketChannel.open( new InetSocketAddress( "127.0.0.1" ,9898 ) );
10
11        //2. 切换成非阻塞模式
12        sChannel.configureBlocking( false );
13
14        //3. 分配指定大小的缓冲区
15        ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocate( 1024 );
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17        //4. 发送数据给服务端
18        buf.put( Instant.now().toString().getBytes() );
19        buf.flip();
20        sChannel.write( buf );
21        buf.clear();
22
23        //5. 关闭通道
24        sChannel.close();
25
26    }
27
28    /**
29     * 服务端
30     */
31    @Test
32    public void server() throws IOException {
33        //1. 获取通道
34        ServerSocketChannel sChannel = ServerSocketChannel.open();
35
36        //2. 切换成非阻塞模式
37        sChannel.configureBlocking( false );
38
39        //3. 绑定连接
40        sChannel.bind( new InetSocketAddress( 9898 ) );
41
42        //4. 获取选择器
43        Selector selector = Selector.open();
44
45        //5. 将通道注册到选择器上，并且指定 "监听接收事件"
46        sChannel.register( selector , SelectionKey.OP_ACCEPT );
47
48        //6. 轮询式的获取选择器上已经 "准备就绪" 的事件
49        while (selector.select() > 0) {
50            //7. 获取当前选择器中所有注册的选择键（已就绪的监听事件）
51            Iterator<SelectionKey> it = selector.selectedKeys().iterator();
52
53            while (it.hasNext()) {
54                //8. 获取准备就绪的事件
55                SelectionKey sk = it.next();
56                //9. 判断具体是什么事件准备就绪
57                if (sk.isAcceptable()) {
58                    //10. 若 "接受就绪"，获取客户端连接
59                    SocketChannel ssChannel = sChannel.accept();
60
61                    //11. 切换为非阻塞模式
62                    ssChannel.configureBlocking( false );
63
64                    //12. 将该通道注册到选择器上
65                    ssChannel.register( selector , SelectionKey.OP_READ);
66                } else if (sk.isReadable()) {
67                    //13. 获取当前选择器上“读就绪”状态的通道
68                    SocketChannel ssChannel = (SocketChannel) sk.channel();
69
70                    //14. 读取数据
71                    ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocate(1024);
72
73                    int len = 0;
74                    while((len = ssChannel.read(buf)) > 0 ){
75                        buf.flip();
76                        System.out.println(new String(buf.array(), 0, len));
77                        buf.clear();
78                    }
79
80                }
81
82                //15. 取消选择键 SelectionKey
83                it.remove();
84            }
85
86        }
87
88    }}

DatagramChannel

1package com.gf.nio;import java.io.IOException;import java.net.InetSocketAddress;import java.nio.ByteBuffer;import java.nio.channels.DatagramChannel;import java.nio.channels.SelectionKey;import java.nio.channels.Selector;import java.util.Date;import java.util.Iterator;import java.util.Scanner;import org.junit.Test;public class TestNonBlockingNIO2 {
2    
3    @Test
4    public void send() throws IOException{
5        DatagramChannel dc = DatagramChannel.open();
6        
7        dc.configureBlocking(false);
8        
9        ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocate(1024);
10        
11        Scanner scan = new Scanner(System.in);
12        
13        while(scan.hasNext()){
14            String str = scan.next();
15            buf.put((new Date().toString() + ":\n" + str).getBytes());
16            buf.flip();
17            dc.send(buf, new InetSocketAddress("127.0.0.1", 9898));
18            buf.clear();
19        }
20        
21        dc.close();
22    }
23    
24    @Test
25    public void receive() throws IOException{
26        DatagramChannel dc = DatagramChannel.open();
27        
28        dc.configureBlocking(false);
29        
30        dc.bind(new InetSocketAddress(9898));
31        
32        Selector selector = Selector.open();
33        
34        dc.register(selector, SelectionKey.OP_READ);
35        
36        while(selector.select() > 0){
37            Iterator<SelectionKey> it = selector.selectedKeys().iterator();
38            
39            while(it.hasNext()){
40                SelectionKey sk = it.next();
41                
42                if(sk.isReadable()){
43                    ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocate(1024);
44                    
45                    dc.receive(buf);
46                    buf.flip();
47                    System.out.println(new String(buf.array(), 0, buf.limit()));
48                    buf.clear();
49                }
50            }
51            
52            it.remove();
53        }
54    }}

本文分享自微信公众号 - 程序员果果（huanchuguofupk_gz）。
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