java nio 开发实例
Posted
tags:
篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了java nio 开发实例相关的知识，希望对你有一定的参考价值。
参考技术A首先了解下所谓的java nio是个什么东西！
传统的并发型服务器设计是利用阻塞型网络I/O 以多线程的模式来实现的 然而由
于系统常常在进行网络读写时处于阻塞状态 会大大影响系统的性能 自Java 开始引入
了NIO(新I/O) API 通过使用非阻塞型I/O 实现流畅的网络读写操作 为开发高性能并发
型服务器程序提供了一个很好的解决方案 这就是java nio
首先来看下传统的阻塞型网络 I/O的不足
Java 平台传统的I/O 系统都是基于Byte（字节）和Stream（数据流）的 相应的I/O 操
作都是阻塞型的 所以服务器程序也采用阻塞型I/O 进行数据的读 写操作 本文以TCP
长连接模式来讨论并发型服务器的相关设计 为了实现服务器程序的并发性要求 系统由一
个单独的主线程来监听用户发起的连接请求 一直处于阻塞状态 当有用户连接请求到来时
程序都会启一个新的线程来统一处理用户数据的读 写操作
这种模式的优点是简单 实用 易管理 然而缺点也是显而易见的 由于是为每一个客
户端分配一个线程来处理输入 输出数据 其线程与客户机的比例近似为 随着线程
数量的不断增加 服务器启动了大量的并发线程 会大大加大系统对线程的管理开销 这将
成为吞吐量瓶颈的主要原因 其次由于底层的I/O 操作采用的同步模式 I/O 操作的阻塞管
理粒度是以服务于请求的线程为单位的 有可能大量的线程会闲置 处于盲等状态 造成I/O
资源利用率不高 影响整个系统的性能
对于并发型服务器 系统用在阻塞型I/O 等待和线程间切换的时间远远多于CPU 在内
存中处理数据的时间 因此传统的阻塞型I/O 已经成为制约系统性能的瓶颈 Java 版本
后推出的NIO 工具包 提供了非阻塞型I/O 的异步输入输出机制 为提高系统的性能提供
了可实现的基础机制
NIO 包及工作原理
针对传统I/O 工作模式的不足 NIO 工具包提出了基于Buffer（缓冲区） Channel（通
道） Selector（选择器）的新模式 Selector（选择器） 可选择的Channel（通道）和
SelectionKey（选择键）配合起来使用 可以实现并发的非阻塞型I/O 能力
NIO 工具包的成员
Buffer（缓冲器）
Buffer 类是一个抽象类 它有 个子类分别对应于七种基本的数据类型 ByteBuffer
CharBuffer DoubleBuffer FloatBuffer IntBuffer LongBuffer 和ShortBuffer 每一个Buffer
对象相当于一个数据容器 可以把它看作内存中的一个大的数组 用来存储和提取所有基本
类型(boolean 型除外)的数据 Buffer 类的核心是一块内存区 可以直接对其执行与内存有关
的操作 利用操作系统特性和能力提高和改善Java 传统I/O 的性能
Channel（通道）
Channel 被认为是NIO 工具包的一大创新点 是(Buffer)缓冲器和I/O 服务之间的通道
具有双向性 既可以读入也可以写出 可以更高效的传递数据 我们这里主要讨论
ServerSocketChannel 和SocketChannel 它们都继承了SelectableChannel 是可选择的通道
分别可以工作在同步和异步两种方式下（这里的可选择不是指可以选择两种工作方式 而是
指可以有选择的注册自己感兴趣的事件） 当通道工作在同步方式时 它的功能和编程方法
与传统的ServerSocket Socket 对象相似 当通道工作在异步工作方式时 进行输入输出处
理不必等到输入输出完毕才返回 并且可以将其感兴趣的（如 接受操作 连接操作 读出
操作 写入操作）事件注册到Selector 对象上 与Selector 对象协同工作可以更有效率的支
持和管理并发的网络套接字连接
Selector（选择器）和SelectionKey（选择键）
各类 Buffer 是数据的容器对象 各类Channel 实现在各类Buffer 与各类I/O 服务间传输
数据 Selector 是实现并发型非阻塞I/O 的核心 各种可选择的通道将其感兴趣的事件注册
到Selector 对象上 Selector 在一个循环中不断轮循监视这各些注册在其上的Socket 通道
SelectionKey 类则封装了SelectableChannel 对象在Selector 中的注册信息 当Selector 监测
到在某个注册的SelectableChannel 上发生了感兴趣的事件时 自动激活产生一个SelectionKey
对象 在这个对象中记录了哪一个SelectableChannel 上发生了哪种事件 通过对被激活的
SelectionKey 的分析 外界可以知道每个SelectableChannel 发生的具体事件类型 进行相应的
处理
NIO 工作原理
通过上面的讨论 我们可以看出在并发型服务器程序中使用NIO 实际上是通过网络事
件驱动模型实现的 我们应用Select 机制 不用为每一个客户端连接新启线程处理 而是将
其注册到特定的Selector 对象上 这就可以在单线程中利用Selector 对象管理大量并发的网
络连接 更好的利用了系统资源 采用非阻塞I/O 的通信方式 不要求阻塞等待I/O 操作完
成即可返回 从而减少了管理I/O 连接导致的系统开销 大幅度提高了系统性能
当有读或写等任何注册的事件发生时 可以从Selector 中获得相应的
SelectionKey 从SelectionKey 中可以找到发生的事件和该事件所发生的具体的
SelectableChannel 以获得客户端发送过来的数据 由于在非阻塞网络I/O 中采用了事件触
发机制 处理程序可以得到系统的主动通知 从而可以实现底层网络I/O 无阻塞 流畅地读
写 而不像在原来的阻塞模式下处理程序需要不断循环等待 使用NIO 可以编写出性能更
好 更易扩展的并发型服务器程序
并发型服务器程序的实现代码
应用 NIO 工具包 基于非阻塞网络I/O 设计的并发型服务器程序与以往基于阻塞I/O 的
实现程序有很大不同 在使用非阻塞网络I/O 的情况下 程序读取数据和写入数据的时机不
是由程序员控制的 而是Selector 决定的 下面便给出基于非阻塞网络I/O 的并发型服务器
程序的核心代码片段
import java io * //引入Java io包
import * //引入包
import java nio channels * //引入Java nio channels包
import java util * //引入Java util包
public class TestServer implements Runnable
/**
* 服务器Channel对象 负责接受用户连接
*/
private ServerSocketChannel server
/**
* Selector对象 负责监控所有的连接到服务器的网络事件的发生
*/
private Selector selector
/**
* 总的活动连接数
*/
private int activeSockets
/**
* 服务器Channel绑定的端口号
*/
private int port
/**
*
* 构造函数
*/
public TestServer()throws IOException
activeSockets=
port= //初始化服务器Channel绑定的端口号为
selector= Selector open() //初始化Selector对象
server=ServerSocketChannel open() //初始化服务器Channel对象
ServerSocket socket=server socket() //获取服务器Channel对应的//ServerSocket对象
socket bind(new InetSocketAddress(port)) //把Socket绑定到监听端口 上
nfigureBlocking(false) //将服务器Channel设置为非阻塞模式
server register(selector SelectionKey OP_ACCEPT) //将服务器Channel注册到
Selector对象 并指出服务器Channel所感兴趣的事件为可接受请求操作
public void run()
while(true)
try
/**
*应用Select机制轮循是否有用户感兴趣的新的网络事件发生 当没有
* 新的网络事件发生时 此方法会阻塞 直到有新的网络事件发生为止
*/
selector select()
catch(IOException e)
continue //当有异常发生时 继续进行循环操作
/**
* 得到活动的网络连接选择键的集合
*/
Set<SelectionKey> keys=selector selectedKeys()
activeSockets=keys size() //获取活动连接的数目
if(activeSockets== )
continue //如果连接数为 则继续进行循环操作
/**
/**
* 应用For—Each循环遍历整个选择键集合
*/
for(SelectionKey key :keys)
/**
* 如果关键字状态是为可接受 则接受连接 注册通道 以接受更多的*
事件 进行相关的服务器程序处理
*/
if(key isAcceptable())
doServerSocketEvent(key)
continue
/**
* 如果关键字状态为可读 则说明Channel是一个客户端的连接通道
* 进行相应的读取客户端数据的操作
*/
if(key isReadable())
doClientReadEvent(key)
continue
/**
* 如果关键字状态为可写 则也说明Channel是一个客户端的连接通道
* 进行相应的向客户端写数据的操作
*/
if(key isWritable())
doClinetWriteEvent(key)
continue
/**
* 处理服务器事件操作
* @param key 服务器选择键对象
*/
private void doServerSocketEvent(SelectionKey key)
SocketChannel client=null
try
ServerSocketChannel server=(ServerSocketChannel)key channel()
client=server accept()
if(client==null)
return
nfigureBlocking(false) //将客户端Channel设置为非阻塞型
/**
/**
* 将客户端Channel注册到Selector对象上 并且指出客户端Channel所感
* 兴趣的事件为可读和可写
*/
client register(selector SelectionKey OP_READ|SelectionKey OP_READ)
catch(IOException e)
try
client close()
catch(IOException e )
/**
* 进行向客户端写数据操作
* @param key 客户端选择键对象
*/
private void doClinetWriteEvent(SelectionKey key)
代码实现略
/**
* 进行读取客户短数据操作
* @param key 客户端选择键对象
*/
private void doClientReadEvent(SelectionKey key)
代码实现略
从上面对代码可以看出 使用非阻塞性I/O进行并发型服务器程序设计分三个部分
向Selector对象注册感兴趣的事件 从Selector中获取所感兴趣的事件 根据不同的事件进
行相应的处理
结语
通过使用NIO 工具包进行并发型服务器程序设计 一个或者很少几个Socket 线程就可
以处理成千上万个活动的Socket 连接 大大降低了服务器端程序的开销 同时网络I/O 采取
非阻塞模式 线程不再在读或写时阻塞 操作系统可以更流畅的读写数据并可以更有效地向
CPU 传递数据进行处理 以便更有效地提高系统的性能
看到这里相信你看了不止 分钟了吧 我说 分钟其实就是想让大家能够轻松的读下去（鸡蛋 ）
好了 到这里大家应该对java nio有个初步的了解了吧~~~
lishixinzhi/Article/program/Java/hx/201311/27190
Java NIO应用实例
同步非阻塞IO （NIO）
- NIO是基于事件驱动思想的，实现上通常采用Reactor（http://en.wikipedia.org/wiki/Reactor_pattern）模式，从程序角度而言，当发起IO的读或写操作时，是非阻塞的；当socket有流可读或可写入socket时，操作系统会相应的通知引用程序进行处理，应用再将流读取到缓冲区或写入操作系统。
- 对于网络IO而言，主要有连接建立、流读取及流写入三种事件、linux2.6以后的版本使用epoll（http://lse.sourceforge.net/epoll/index.html）方式实现NIO。
- select/epoll的好处就在于单个process就可以同时处理多个网络连接的IO。它的基本原理就是select/epoll这个function会不断的轮询所负责的所有socket，当某个socket有数据到达了，就通知用户进程。
- 当用户进程调用了select，那么整个进程会被block，而同时，kernel会“监视”所有select负责的socket，当任何一个socket中的数据准备好了，select就会返回。这个时候用户进程再调用read操作，将数据从kernel拷贝到用户进程。用select的优势在于它可以同时处理多个connection。
server：
1 package org.windwant.nio; 2 3 import java.io.IOException; 4 import java.net.InetSocketAddress; 5 import java.net.ServerSocket; 6 import java.nio.ByteBuffer; 7 import java.nio.channels.SelectionKey; 8 import java.nio.channels.Selector; 9 import java.nio.channels.ServerSocketChannel; 10 import java.nio.channels.SocketChannel; 11 import java.util.Iterator; 12 import java.util.Set; 13 14 /** 15 * ServerSocketChannel 16 */ 17 public class NIOServer { 18 /*标识数字*/ 19 private int flag = 0; 20 /*缓冲区大小*/ 21 private int BLOCK = 2048; 22 /*接受数据缓冲区*/ 23 private ByteBuffer sendbuffer = ByteBuffer.allocate(BLOCK); 24 /*发送数据缓冲区*/ 25 private ByteBuffer receivebuffer = ByteBuffer.allocate(BLOCK); 26 private Selector selector; 27 28 public NIOServer(int port) throws IOException { 29 // 打开服务器套接字通道 30 31 ServerSocketChannel serverSocketChannel = ServerSocketChannel.open(); 32 // 服务器配置为非阻塞 33 34 serverSocketChannel.configureBlocking(false); 35 // 检索与此通道关联的服务器套接字 36 37 ServerSocket serverSocket = serverSocketChannel.socket(); 38 // 进行服务的绑定 39 40 serverSocket.bind(new InetSocketAddress(port)); 41 // 通过open()方法找到Selector 42 43 selector = Selector.open(); 44 // 注册到selector，等待连接 45 46 serverSocketChannel.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT); 47 System.out.println("Server Start----8888:"); 48 } 49 50 51 // 监听 52 53 private void listen() throws IOException { 54 while (true) { 55 // 选择一组键，并且相应的通道已经打开 56 57 selector.select(); 58 // 返回此选择器的已选择键集。 59 60 Set<SelectionKey> selectionKeys = selector.selectedKeys(); 61 Iterator<SelectionKey> iterator = selectionKeys.iterator(); 62 while (iterator.hasNext()) { 63 SelectionKey selectionKey = iterator.next(); 64 iterator.remove(); 65 handleKey(selectionKey); 66 } 67 } 68 } 69 70 // 处理请求 71 72 private void handleKey(SelectionKey selectionKey) throws IOException { 73 // 接受请求 74 75 ServerSocketChannel server = null; 76 SocketChannel client = null; 77 String receiveText; 78 String sendText; 79 int count=0; 80 // 测试此键的通道是否已准备好接受新的套接字连接。 81 82 if (selectionKey.isAcceptable()) { 83 // 返回为之创建此键的通道。 84 85 server = (ServerSocketChannel) selectionKey.channel(); 86 // 接受到此通道套接字的连接。 87 88 // 此方法返回的套接字通道（如果有）将处于阻塞模式。 89 90 client = server.accept(); 91 // 配置为非阻塞 92 93 client.configureBlocking(false); 94 // 注册到selector，等待连接 95 96 client.register(selector, SelectionKey.OP_READ); 97 } else if (selectionKey.isReadable()) { 98 // 返回为之创建此键的通道。 99 100 client = (SocketChannel) selectionKey.channel(); 101 //将缓冲区清空以备下次读取 102 103 receivebuffer.clear(); 104 //读取服务器发送来的数据到缓冲区中 105 106 count = client.read(receivebuffer); 107 if (count > 0) { 108 receiveText = new String( receivebuffer.array(),0,count); 109 System.out.println("服务器端接受客户端数据--:"+receiveText); 110 client.register(selector, SelectionKey.OP_WRITE); 111 } 112 } else if (selectionKey.isWritable()) { 113 //将缓冲区清空以备下次写入 114 115 sendbuffer.clear(); 116 // 返回为之创建此键的通道。 117 118 client = (SocketChannel) selectionKey.channel(); 119 120 121 sendText = "<h1>message from server: this is the test message!</h1>"; 122 123 // sendText="message from server--" + flag++; 124 //向缓冲区中输入数据 125 126 sendbuffer.put(sendText.getBytes()); 127 //将缓冲区各标志复位,因为向里面put了数据标志被改变要想从中读取数据发向服务器,就要复位 128 129 sendbuffer.flip(); 130 //输出到通道 131 132 client.write(sendbuffer); 133 System.out.println("服务器端向客户端发送数据--："+sendText); 134 client.register(selector, SelectionKey.OP_READ); 135 } 136 } 137 138 /** 139 * @param args 140 * @throws IOException 141 */ 142 public static void main(String[] args) throws IOException { 143 int port = 8888; 144 NIOServer server = new NIOServer(port); 145 server.listen(); 146 } 147 }
client：
1 package org.windwant.nio; 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.SocketChannel; 9 import java.util.Iterator; 10 import java.util.Set; 11 12 /** 13 * SocketChannel 14 */ 15 public class NIOClient { 16 /*标识数字*/ 17 private static int flag = 0; 18 /*缓冲区大小*/ 19 private static int BLOCK = 4096; 20 /*接受数据缓冲区*/ 21 private static ByteBuffer sendbuffer = ByteBuffer.allocate(BLOCK); 22 /*发送数据缓冲区*/ 23 private static ByteBuffer receivebuffer = ByteBuffer.allocate(BLOCK); 24 /*服务器端地址*/ 25 private final static InetSocketAddress SERVER_ADDRESS = new InetSocketAddress( 26 "localhost", 8888); 27 28 public static void main(String[] args) throws IOException { 29 // 打开socket通道 30 31 SocketChannel socketChannel = SocketChannel.open(); 32 // 设置为非阻塞方式 33 34 socketChannel.configureBlocking(false); 35 // 打开选择器 36 37 Selector selector = Selector.open(); 38 // 注册连接服务端socket动作 39 40 socketChannel.register(selector, SelectionKey.OP_CONNECT); 41 // 连接 42 43 socketChannel.connect(SERVER_ADDRESS); 44 // 分配缓冲区大小内存 45 46 47 Set<SelectionKey> selectionKeys; 48 Iterator<SelectionKey> iterator; 49 SelectionKey selectionKey; 50 SocketChannel client; 51 String receiveText; 52 String sendText; 53 int count=0; 54 55 while (true) { 56 //选择一组键，其相应的通道已为 I/O 操作准备就绪。 57 58 //此方法执行处于阻塞模式的选择操作。 59 60 selector.select(); 61 //返回此选择器的已选择键集。 62 63 selectionKeys = selector.selectedKeys(); 64 //System.out.println(selectionKeys.size()); 65 66 iterator = selectionKeys.iterator(); 67 while (iterator.hasNext()) { 68 selectionKey = iterator.next(); 69 if (selectionKey.isConnectable()) { 70 System.out.println("client connect"); 71 client = (SocketChannel) selectionKey.channel(); 72 // 判断此通道上是否正在进行连接操作。 73 74 // 完成套接字通道的连接过程。 75 76 if (client.isConnectionPending()) { 77 client.finishConnect(); 78 System.out.println("完成连接!"); 79 sendbuffer.clear(); 80 sendbuffer.put("Hello,Server".getBytes()); 81 sendbuffer.flip(); 82 client.write(sendbuffer); 83 } 84 client.register(selector, SelectionKey.OP_READ); 85 } else if (selectionKey.isReadable()) { 86 client = (SocketChannel) selectionKey.channel(); 87 //将缓冲区清空以备下次读取 88 89 receivebuffer.clear(); 90 //读取服务器发送来的数据到缓冲区中 91 92 count=client.read(receivebuffer); 93 if(count>0){ 94 receiveText = new String( receivebuffer.array(),0,count); 95 System.out.println("客户端接受服务器端数据--:"+receiveText); 96 client.register(selector, SelectionKey.OP_WRITE); 97 } 98 99 } else if (selectionKey.isWritable()) { 100 sendbuffer.clear(); 101 client = (SocketChannel) selectionKey.channel(); 102 sendText = "message from client--" + (flag++); 103 sendbuffer.put(sendText.getBytes()); 104 //将缓冲区各标志复位,因为向里面put了数据标志被改变要想从中读取数据发向服务器,就要复位 105 106 sendbuffer.flip(); 107 client.write(sendbuffer); 108 System.out.println("客户端向服务器端发送数据--："+sendText); 109 client.register(selector, SelectionKey.OP_READ); 110 } 111 } 112 selectionKeys.clear(); 113 } 114 } 115 }
项目地址：https://github.com/windwant/nio-test
以上是关于java nio 开发实例的主要内容，如果未能解决你的问题，请参考以下文章