转：Java NIO

Posted 2020-08-04 月是故乡明95

java.nio包是Java在1.4之后增加的，用来提高I/O操作的效率。在nio包中主要包括以下几个类或接口:

* Buffer：缓冲区，用来临时存放输入或输出数据。

* Charset：用来把Unicode字符编码和其它字符编码互转。

* Channel：数据传输通道，用来把Buffer中的数据写入到数据源，或者把数据源中的数据读入到Buffer。

* Selector：用来支持异步I/O操作，也叫非阻塞I/O操作。

nio包中主要通过下面两个方面来提高I/O操作效率:

* 通过Buffer和Channel来提高I/O操作的速度。

* 通过Selector来支持非阻塞I/O操作。

下面来看一下程序中是怎么通过这些类库实现Socket功能。

首先介绍一下几个辅助类

辅助类SerializableUtil，这个类用来把java对象序列化成字节数组，或者把字节数组反序列化成java对象。

[java] view plain copy

1. package com.googlecode.garbagecan.test.socket;  
2.   
3. import java.io.ByteArrayInputStream;  
4. import java.io.ByteArrayOutputStream;  
5. import java.io.IOException;  
6. import java.io.ObjectInputStream;  
7. import java.io.ObjectOutputStream;  
8.   
9. public class SerializableUtil {  
10.       
11.     public static byte[] toBytes(Object object) {  
12.         ByteArrayOutputStream baos = new ByteArrayOutputStream();  
13.         ObjectOutputStream oos = null;  
14.         try {  
15.             oos = new ObjectOutputStream(baos);  
16.             oos.writeObject(object);  
17.             byte[] bytes = baos.toByteArray();  
18.             return bytes;  
19.         } catch(IOException ex) {  
20.             throw new RuntimeException(ex.getMessage(), ex);  
21.         } finally {  
22.             try {  
23.                 oos.close();  
24.             } catch (Exception e) {}  
25.         }  
26.     }  
27.       
28.     public static Object toObject(byte[] bytes) {  
29.         ByteArrayInputStream bais = new ByteArrayInputStream(bytes);  
30.         ObjectInputStream ois = null;  
31.         try {  
32.             ois = new ObjectInputStream(bais);  
33.             Object object = ois.readObject();  
34.             return object;  
35.         } catch(IOException ex) {  
36.             throw new RuntimeException(ex.getMessage(), ex);  
37.         } catch(ClassNotFoundException ex) {  
38.             throw new RuntimeException(ex.getMessage(), ex);  
39.         } finally {  
40.             try {  
41.                 ois.close();  
42.             } catch (Exception e) {}  
43.         }  
44.     }  
45. }  

辅助类MyRequestObject和MyResponseObject，这两个类是普通的java对象，实现了Serializable接口。MyRequestObject类是Client发出的请求，MyResponseObject是Server端作出的响应。

[java] view plain copy

1. package com.googlecode.garbagecan.test.socket.nio;  
2.   
3. import java.io.Serializable;  
4.   
5. public class MyRequestObject implements Serializable {  
6.   
7.     private static final long serialVersionUID = 1L;  
8.   
9.     private String name;  
10.       
11.     private String value;  
12.   
13.     private byte[] bytes;  
14.       
15.     public MyRequestObject(String name, String value) {  
16.         this.name = name;  
17.         this.value = value;  
18.         this.bytes = new byte[1024];  
19.     }  
20.       
21.     public String getName() {  
22.         return name;  
23.     }  
24.   
25.     public void setName(String name) {  
26.         this.name = name;  
27.     }  
28.   
29.     public String getValue() {  
30.         return value;  
31.     }  
32.   
33.     public void setValue(String value) {  
34.         this.value = value;  
35.     }  
36.       
37.     @Override  
38.     public String toString() {  
39.         StringBuffer sb = new StringBuffer();  
40.         sb.append("Request [name: " + name  + ", value: " + value + ", bytes: " + bytes.length+ "]");  
41.         return sb.toString();  
42.     }  
43. }  
44.   
45. package com.googlecode.garbagecan.test.socket.nio;  
46.   
47. import java.io.Serializable;  
48.   
49. public class MyResponseObject implements Serializable {  
50.   
51.     private static final long serialVersionUID = 1L;  
52.   
53.     private String name;  
54.       
55.     private String value;  
56.   
57.     private byte[] bytes;  
58.       
59.     public MyResponseObject(String name, String value) {  
60.         this.name = name;  
61.         this.value = value;  
62.         this.bytes = new byte[1024];  
63.     }  
64.       
65.     public String getName() {  
66.         return name;  
67.     }  
68.   
69.     public void setName(String name) {  
70.         this.name = name;  
71.     }  
72.   
73.     public String getValue() {  
74.         return value;  
75.     }  
76.   
77.     public void setValue(String value) {  
78.         this.value = value;  
79.     }  
80.       
81.     @Override  
82.     public String toString() {  
83.         StringBuffer sb = new StringBuffer();  
84.         sb.append("Response [name: " + name  + ", value: " + value + ", bytes: " + bytes.length+ "]");  
85.         return sb.toString();  
86.     }  
87. }  

下面主要看一下Server端的代码，其中有一些英文注释对理解代码很有帮助，注释主要是来源jdk的文档和例子，这里就没有再翻译

[java] view plain copy

1. package com.googlecode.garbagecan.test.socket.nio;  
2.   
3. import java.io.ByteArrayOutputStream;  
4. import java.io.IOException;  
5. import java.net.InetSocketAddress;  
6. import java.nio.ByteBuffer;  
7. import java.nio.channels.ClosedChannelException;  
8. import java.nio.channels.SelectionKey;  
9. import java.nio.channels.Selector;  
10. import java.nio.channels.ServerSocketChannel;  
11. import java.nio.channels.SocketChannel;  
12. import java.util.Iterator;  
13. import java.util.logging.Level;  
14. import java.util.logging.Logger;  
15.   
16. import com.googlecode.garbagecan.test.socket.SerializableUtil;  
17.   
18. public class MyServer3 {  
19.   
20.     private final static Logger logger = Logger.getLogger(MyServer3.class.getName());  
21.       
22.     public static void main(String[] args) {  
23.         Selector selector = null;  
24.         ServerSocketChannel serverSocketChannel = null;  
25.           
26.         try {  
27.             // Selector for incoming time requests  
28.             selector = Selector.open();  
29.   
30.             // Create a new server socket and set to non blocking mode  
31.             serverSocketChannel = ServerSocketChannel.open();  
32.             serverSocketChannel.configureBlocking(false);  
33.               
34.             // Bind the server socket to the local host and port  
35.             serverSocketChannel.socket().setReuseAddress(true);  
36.             serverSocketChannel.socket().bind(new InetSocketAddress(10000));  
37.               
38.             // Register accepts on the server socket with the selector. This  
39.             // step tells the selector that the socket wants to be put on the  
40.             // ready list when accept operations occur, so allowing multiplexed  
41.             // non-blocking I/O to take place.  
42.             serverSocketChannel.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT);  
43.       
44.             // Here‘s where everything happens. The select method will  
45.             // return when any operations registered above have occurred, the  
46.             // thread has been interrupted, etc.  
47.             while (selector.select() > 0) {  
48.                 // Someone is ready for I/O, get the ready keys  
49.                 Iterator<SelectionKey> it = selector.selectedKeys().iterator();  
50.       
51.                 // Walk through the ready keys collection and process date requests.  
52.                 while (it.hasNext()) {  
53.                     SelectionKey readyKey = it.next();  
54.                     it.remove();  
55.                       
56.                     // The key indexes into the selector so you  
57.                     // can retrieve the socket that‘s ready for I/O  
58.                     execute((ServerSocketChannel) readyKey.channel());  
59.                 }  
60.             }  
61.         } catch (ClosedChannelException ex) {  
62.             logger.log(Level.SEVERE, null, ex);  
63.         } catch (IOException ex) {  
64.             logger.log(Level.SEVERE, null, ex);  
65.         } finally {  
66.             try {  
67.                 selector.close();  
68.             } catch(Exception ex) {}  
69.             try {  
70.                 serverSocketChannel.close();  
71.             } catch(Exception ex) {}  
72.         }  
73.     }  
74.   
75.     private static void execute(ServerSocketChannel serverSocketChannel) throws IOException {  
76.         SocketChannel socketChannel = null;  
77.         try {  
78.             socketChannel = serverSocketChannel.accept();  
79.             MyRequestObject myRequestObject = receiveData(socketChannel);  
80.             logger.log(Level.INFO, myRequestObject.toString());  
81.               
82.             MyResponseObject myResponseObject = new MyResponseObject(  
83.                     "response for " + myRequestObject.getName(),   
84.                     "response for " + myRequestObject.getValue());  
85.             sendData(socketChannel, myResponseObject);  
86.             logger.log(Level.INFO, myResponseObject.toString());  
87.         } finally {  
88.             try {  
89.                 socketChannel.close();  
90.             } catch(Exception ex) {}  
91.         }  
92.     }  
93.       
94.     private static MyRequestObject receiveData(SocketChannel socketChannel) throws IOException {  
95.         MyRequestObject myRequestObject = null;  
96.         ByteArrayOutputStream baos = new ByteArrayOutputStream();  
97.         ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024);  
98.           
99.         try {  
100.             byte[] bytes;  
101.             int size = 0;  
102.             while ((size = socketChannel.read(buffer)) >= 0) {  
103.                 buffer.flip();  
104.                 bytes = new byte[size];  
105.                 buffer.get(bytes);  
106.                 baos.write(bytes);  
107.                 buffer.clear();  
108.             }  
109.             bytes = baos.toByteArray();  
110.             Object obj = SerializableUtil.toObject(bytes);  
111.             myRequestObject = (MyRequestObject)obj;  
112.         } finally {  
113.             try {  
114.                 baos.close();  
115.             } catch(Exception ex) {}  
116.         }  
117.         return myRequestObject;  
118.     }  
119.   
120.     private static void sendData(SocketChannel socketChannel, MyResponseObject myResponseObject) throws IOException {  
121.         byte[] bytes = SerializableUtil.toBytes(myResponseObject);  
122.         ByteBuffer buffer = ByteBuffer.wrap(bytes);  
123.         socketChannel.write(buffer);  
124.     }  
125. }  

下面是Client的代码，代码比较简单就是启动了100个线程来访问Server

[java] view plain copy

1. package com.googlecode.garbagecan.test.socket.nio;  
2.   
3. import java.io.ByteArrayOutputStream;  
4. import java.io.IOException;  
5. import java.net.InetSocketAddress;  
6. import java.net.SocketAddress;  
7. import java.nio.ByteBuffer;  
8. import java.nio.channels.SocketChannel;  
9. import java.util.logging.Level;  
10. import java.util.logging.Logger;  
11.   
12. import com.googlecode.garbagecan.test.socket.SerializableUtil;  
13.   
14. public class MyClient3 {  
15.   
16.     private final static Logger logger = Logger.getLogger(MyClient3.class.getName());  
17.       
18.     public static void main(String[] args) throws Exception {  
19.         for (int i = 0; i < 100; i++) {  
20.             final int idx = i;  
21.             new Thread(new MyRunnable(idx)).start();  
22.         }  
23.     }  
24.       
25.     private static final class MyRunnable implements Runnable {  
26.           
27.         private final int idx;  
28.   
29.         private MyRunnable(int idx) {  
30.             this.idx = idx;  
31.         }  
32.   
33.         public void run() {  
34.             SocketChannel socketChannel = null;  
35.             try {  
36.                 socketChannel = SocketChannel.open();  
37.                 SocketAddress socketAddress = new InetSocketAddress("localhost", 10000);  
38.                 socketChannel.connect(socketAddress);  
39.   
40.                 MyRequestObject myRequestObject = new MyRequestObject("request_" + idx, "request_" + idx);  
41.                 logger.log(Level.INFO, myRequestObject.toString());  
42.                 sendData(socketChannel, myRequestObject);  
43.                   
44.                 MyResponseObject myResponseObject = receiveData(socketChannel);  
45.                 logger.log(Level.INFO, myResponseObject.toString());  
46.             } catch (Exception ex) {  
47.                 logger.log(Level.SEVERE, null, ex);  
48.             } finally {  
49.                 try {  
50.                     socketChannel.close();  
51.                 } catch(Exception ex) {}  
52.             }  
53.         }  
54.   
55.         private void sendData(SocketChannel socketChannel, MyRequestObject myRequestObject) throws IOException {  
56.             byte[] bytes = SerializableUtil.toBytes(myRequestObject);  
57.             ByteBuffer buffer = ByteBuffer.wrap(bytes);  
58.             socketChannel.write(buffer);  
59.             socketChannel.socket().shutdownOutput();  
60.         }  
61.   
62.         private MyResponseObject receiveData(SocketChannel socketChannel) throws IOException {  
63.             MyResponseObject myResponseObject = null;  
64.             ByteArrayOutputStream baos = new ByteArrayOutputStream();  
65.               
66.             try {  
67.                 ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocateDirect(1024);  
68.                 byte[] bytes;  
69.                 int count = 0;  
70.                 while ((count = socketChannel.read(buffer)) >= 0) {  
71.                     buffer.flip();  
72.                     bytes = new byte[count];  
73.                     buffer.get(bytes);  
74.                     baos.write(bytes);  
75.                     buffer.clear();  
76.                 }  
77.                 bytes = baos.toByteArray();  
78.                 Object obj = SerializableUtil.toObject(bytes);  
79.                 myResponseObject = (MyResponseObject) obj;  
80.                 socketChannel.socket().shutdownInput();  
81.             } finally {  
82.                 try {  
83.                     baos.close();  
84.                 } catch(Exception ex) {}  
85.             }  
86.             return myResponseObject;  
87.         }  
88.     }  
89. }  

最后测试上面的代码，首先运行Server类，然后运行Client类，就可以分别在Server端和Client端控制台看到发送或接收到的MyRequestObject或MyResponseObject对象了。