Netty網絡編程一：NIO
寫這些東西的原因，因為本人14年畢業，從事工作也有幾年了，中間關于書，一直看了很多，有的甚至看過很多遍，但是總是覺得自己沒有熟透一門技術，所以在學習使用技術之余，把自己所學的東西記錄下來，便于加深印象，提升自我！
目錄
1 傳統BIO socket通信
2 NIO 編程
一：傳統socket通信
在NIO編程沒出來之前，java使用的socket編程時
socket 服務端：
public class OldSocketServer {
private void start(int port) throws IOException {
ServerSocket serverSocket = null;
try {
serverSocket = new ServerSocket(port);
Socket socket = null;
while (true){
socket = serverSocket.accept();
new Thread(new OldSocketServerHandler(socket)).start();
}
}finally {
System.out.println("關閉服務端...");
serverSocket.close();
}
}
public static void main(String[] args) throws IOException {
new OldSocketServer().start(8090);
}
}
對應的handler處理：
public class OldSocketServerHandler implements Runnable {
private Socket socket;
public OldSocketServerHandler(Socket socket) {
this.socket = socket;
}
public void run() {
BufferedReader in = null;
try {
in = new BufferedReader(new InputStreamReader(this.socket.getInputStream()));
String body = null;
while ((body = in.readLine())!=null){
System.out.println(" 服務端收到消息 : " + body);
}
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
} finally {
if(socket != null){
try {
if(in != null){
in.close();
}
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
try {
socket.close();
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
}
}
socket客戶端：
public class OldSocketClient {
private void connect(String ip, int port) throws IOException {
Socket socket = null;
PrintWriter out = null;
try {
socket = new Socket(ip, port);
out = new PrintWriter(socket.getOutputStream(), true);
out.write("this is socket client to server msg.");
}catch (Exception e){
e.printStackTrace();
}finally {
if(out !=null){
out.close();
}
if(socket != null){
socket.close();
}
}
}
public static void main(String[] args) throws IOException {
new OldSocketClient().connect("localhost",8090);
}
}
通過上面簡單的一個socket通信問題，可以找出幾個問題：
問題1. 對于上面的服務端，當每接一個客戶端請求，服務端必須new一個線程處理新的請求，對于java這種線程資源非常珍 貴的語言中，這種設計顯示是有問題的。
問題2：對于IO數據的讀取上，對于InputStream輸入流，當對socket的輸入流進行讀取操作的時候，線程會一直阻塞，直到讀取到數據，或數據讀取完畢，又或者發生空指針或I/O異常時。 同樣輸出流輸出數據，OutputStream輸出流會把所有的數據全部發送出去或者發生異常才會停止阻塞。顯然，同步阻塞這種設計是十分浪費系統資源的。
二：nio編程
NIO是JDK1.4引入的，通過快的形式處理數據。NIO常用的幾個概念：
1、Buffer(緩沖區)
在傳統的面向流的I/O中，數據是直接寫入或讀取到流對象中的，而在NIO中，所有的數據都是用緩沖區來處理的。緩沖區實質上就是一個數組，通過定義數據的結構，是的緩沖區能被重復利用。
NIO定義的Buffer的繼承關系圖：
緩沖區定義四個屬性來提供關于其所包含的數據元素的信息：
1).容量 （ Capacity ）
緩沖區能夠容納的數據元素的最大數量。這一容量在緩沖區創建時被設定，并且永遠不能 被改變。
2).上界 （ Limit ）
緩沖區的第一個不能被讀或寫的元素。或者說，緩沖區中現存元素的計數。
3).位置 （ Position ）
下一個要被讀或寫的元素的索引。位置會自動由相應的 get( )和 put( )函數更新。
4).標記 （ Mark ）
一個備忘位置。調用 mark( )來設定 mark = postion。調用 reset( )設定 position = mark。標記在設定前是未定義的 (undefined)。 這四個屬性之間總是遵循以下關系：
0 <= mark <= position <= limit <= capacity
新初始化的Buffer圖：
2、通道Channel
Channel是一個通道，是全雙工的，就像是自來水管一樣，網絡數據通過Channel讀取和寫入。與流IO的不同之處在意，流IO只能進行讀InputStream 或者寫OutputStream, 而Channel可讀可寫。
Channel繼承關系類圖如下，主要有：ServerSocketChannel, SocketChannel, DatagramChannel
3、多路復用器Selector
多路復用器Selector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發生讀或者寫事件，則這個Channel就處于就緒狀態，會被Selector輪詢出來，然后通過SelectionKey獲取就緒Channel的集合，進行后續的I/O操作。
在JDK中selector使用了epoll()來實現select, 故此沒有輪詢Channel數量限制。
一個NIO的案例：
服務端代碼：
public class NioServer {
private ByteBuffer readBuf = ByteBuffer.allocate(1024);
private void start(int port) throws IOException {
ServerSocketChannel serverSocketChannel = null;
try{
// 1、打開ServerSocketChannel,用于監聽客戶端連接，是所有客戶端連接的父管道
serverSocketChannel = ServerSocketChannel.open();
// 2、綁定監聽端口，設置連接為非阻塞模式
serverSocketChannel.socket().bind(new InetSocketAddress(port));
serverSocketChannel.configureBlocking(false);
// 3、創建Reactor線程，創建多路復用器并啟動線程
Selector selector = Selector.open();
// 4、將ServerSocketChannel注冊到Reactor線程的多路復用器Selector上，監聽ACCEPT事件
serverSocketChannel.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT);
System.out.println(" 服務端開始工作.....................");
run(selector);
}finally {
if(serverSocketChannel!=null){
serverSocketChannel.close();
}
}
}
private void run(Selector selector) {
while(true){
try {
//1.讓多路復用器開始監聽
selector.select();
//2.返回多路復用器已經選擇的結果集
Iterator<SelectionKey> keys = selector.selectedKeys().iterator();
while(keys.hasNext()){
SelectionKey key = keys.next();
keys.remove();
if(key.isValid()){
if(key.isConnectable()){
System.out.println("connectable....");
}
if(key.isWritable()){
System.out.println("writable.........");
}
if(key.isAcceptable()){
System.out.println("acceptable....");
accept(key,selector);//這里的key就是服務器端的Channel的key
}
if(key.isReadable()){
System.out.println("readable....");
read(key);
}
}
}
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
private void read(SelectionKey key) {
try {
// 1. 清空舊的緩沖區
readBuf.clear();
//2.獲取之前注冊的socket通道對象
SocketChannel sc = (SocketChannel) key.channel();
//3.讀取數據
int count = sc.read(readBuf);
//4.如果沒有數據
if(count == -1){
key.channel().close();
key.cancel();
System.out.println("已無可讀數據");
return;
}
//5.有數據則進行讀取，讀取之前需要進行復位方法（把position和limit進行復位）
readBuf.flip();
//6.根據緩沖區的數據長度創建相應大小的byte數組，接收緩沖區的數據
byte[] bytes = new byte[readBuf.remaining()];
//7.接收緩沖區數據
readBuf.get(bytes);
//8.打印結果
String body = new String(bytes).trim();
System.out.println("Server: " + body);
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
private void accept(SelectionKey key, Selector selector) {
try {
//1.獲取服務端通道
ServerSocketChannel ssc = (ServerSocketChannel) key.channel();
//2.執行客戶端Channel的阻塞方法
SocketChannel sc = ssc.accept();
//3.設置阻塞模式
sc.configureBlocking(false);
//4.注冊到多路復用器上，并設置讀取標識
sc.register(selector, SelectionKey.OP_READ);
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
public static void main(String[] args) throws IOException {
new NioServer().start(8090);
}
}
客戶端代碼：
public class NioClient {
public static void main(String[] args) {
SocketChannel sc = null;
ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocate(1024);
try {
//打開通道
sc = SocketChannel.open();
//進行連接
sc.connect(new InetSocketAddress("127.0.0.1", 8090));
//把數據放到緩沖區
buf.put("fangyouyun".getBytes());
//復位
buf.flip();
//寫出數據
sc.write(buf);
//清空緩沖區數據
buf.clear();
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
} finally {
try {
sc.close();
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
}
總結：NIO以多路復用的設計方式，以及Buffer緩沖區的設計，都使得性能得到很大的提升，但是API太復雜了，所以選擇Netty，因為Netty是基于NIO再次封裝，便于開發。
博客中案例代碼：https://download.csdn.net/download/qq_22871607/11072379
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