用NIO实现http协议

Posted 2020-09-18 Yrion

先来看一下本篇博文的目录：

一：简介Nio

二：Nio的好处

三：关于http协议

四：代码实现

五：总结

一：简介Nio

我们都知道io流，那么NIO是什么呢？本篇博文将会带你一探NIO，NIO的全称叫做New IO，顾名思义也就是全新的IO流，从Java Api 1.4版本开始发行的，nio提供了完全不同的工作体制，java nio的IO模型是同步非阻塞,也就是当用户发起一个IO操作后，边可等待边可返回，但是需要进程不断的询问是否传输完毕，这就引入了不必要的cpu浪费，但是总体它的效率是要高于IO的，它主要有三大核心组件：

• Channels
• Buffers
• Selectors

channel你可以理解为一个通道，就相当于数据传输的管道，你可以如此抽象的理解。Buffers是一个缓存区，数据可以通过管道到缓冲区，也可以通读缓冲区到channel，Nio的主要实现类为FileChannel、DatagramChannel、SocketChannel、ServerSocketChannel，BUffer的主要实现类为，从中可以看出包含了java的很多基本类型数据，Byte、char、double、Folat、int、long等，ByteBuffer,CharBuffer,DoubleBuffer,FloatBuffer,IntBuffer,LongBuffer，ShortBuffer。而Selector是Nio最关键的一个部分，Selector 允许单线程处理多个 Channel,如果你的应用打开了多个连接（通道），但每个连接的流量都很低，使用 Selector 就能极大的提升效率。要使用 Selector，得向 Selector 注册 Channel，然后调用它的 select()方法。这个方法会一直阻塞到某个注册的通道有事件就绪。一旦这个方法返回，线程就可以处理这些事件，事件的例子有如新连接进来，数据接收等

二：nio的好处

      传统的socket IO中，需要为每个连接创建一个线程，当并发的连接数量非常巨大时，线程所占用的栈内存和CPU线程上下文切换的开销将非常巨大。使用NIO，不再需要为每个连接创建单独的线程，可以用一个含有限数量线程的线程池，甚至一个线程来为任意数量的连接服务。由于线程数量小于连接数量，所以每个线程进行IO操作时就不能阻塞，如果阻塞的话，有些连接就得不到处理，NIO提供了这种非阻塞的能力。当有任务进程来，可以实现通道注册到Selector上，一个Slector可以管理多个线程，这样就避免了线程的上下文切换，避免了资源的浪费，大大的提升了效率。

三：关于http协议

   http从1990年开始，目前已经经历3代，最近使用的http1.1，https其实就是实际上的http1.2,当然本篇主要关注的还是http1.1，http协议，我们每天用到的非常多，它是基于服务器和客户端模式的，它在应用层解析内容的，它有点类似于我们的电报，比如在发送之前需要加密报文，发送到目的地需要解析报文，对应的我们网站，其实每次我们点一下链接进行请求就是进行了一次http的request操作，这是对于客户端而言的，这一过程就将会携带有你请求的地址、host主机名、用户的状态，sessionid、cookie等信息（具体我们可以用程序来实现），然后发送到服务器，服务器进行解析，然后给我们返回。学习http协议，我们要记得以下两点：

1.无连接：无连接的含义是限制每次连接只处理一个请求。服务器处理完客户的请求，并收到客户的应答后，即断开连接。采用这种方式可以节省传输时间。
2.无状态：HTTP协议是无状态协议。无状态是指协议对于事务处理没有记忆能力。缺少状态意味着如果后续处理需要前面的信息，则它必须重传，这样可能导致每次连接传送的数据量增大。另一方面，在服务器不需要先前信息时它的应答就较快

四：代码实现

import java.io.IOException;
import java.net.InetSocketAddress;
import java.nio.channels.SelectionKey;
import java.nio.channels.Selector;
import java.nio.channels.ServerSocketChannel;
import java.util.Iterator;

public class Server {
    
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        
        ServerSocketChannel ssc = ServerSocketChannel.open();//监听新进来的 TCP连接的通道，打开 ServerSocketChannel
        
        ssc.socket().bind(new InetSocketAddress(8080));//绑定8080端口
        
        ssc.configureBlocking(false);//设置非阻塞模式
        
        Selector selector = Selector.open();//创建选择器
        
        SelectionKey selectionKey = ssc.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT);//给选择器注册通道
        
        //selectionKey：代表了注册到该 Selector 的通道
        
        while (true) { //监听新进来的连接
            
            int select = selector.select(2000);
            if (select==0) { //如果选择的通道为0，最长会阻塞 timeout毫秒
                
                System.out.println("等待请求超时......");
                
                continue;
            }
            
            System.out.println("开始处理请求.....");
            
            Iterator<SelectionKey> keyIter = selector.selectedKeys().iterator();//迭代器
            
            while (keyIter.hasNext()) {
                
                SelectionKey key = keyIter.next();
                
                new Thread(new HttpHandler(key)).run();
                
                keyIter.remove();
                
            }
        }
    }
}

 

package com.wyq.NioToHttp;

import java.io.IOException;
import java.nio.ByteBuffer;
import java.nio.channels.SelectionKey;
import java.nio.channels.ServerSocketChannel;
import java.nio.channels.SocketChannel;
import java.nio.charset.Charset;

/**
 * Http处理器器
 * @author Yiron
 *
 */
public class HttpHandler implements Runnable{

private int buffersize= 1024;//设置缓冲区大小

private String localCharSet="UTF-8"; //设置编码格式

private SelectionKey key;//注册号的通道

public HttpHandler(SelectionKey key) {//把选择键构造进去

    this.key = key;
  }

public void handleAccept() throws IOException{

SocketChannel socketChannel=((ServerSocketChannel)key.channel()).accept();

socketChannel.configureBlocking(false);//设置非阻塞模式

 socketChannel.register(key.selector(), SelectionKey.OP_READ,ByteBuffer.allocate(buffersize));
        //buffer分配一个缓冲区 大小为1024

}

public void handleRead() {

   SocketChannel sc=(SocketChannel)key.channel();// SocketChannel 是一个连接到 TCP 网络套接字的通道

   ByteBuffer buffer=(ByteBuffer)key.attachment();//从 SocketChannel读取到的数据将会放到这个 buffer中

   buffer.clear();

      try {
            if((sc.read(buffer))!=-1) {

buffer.flip();//flip方法将Buffer从写模式切换到读模式

 String receive = Charset.forName(localCharSet).newDecoder().decode(buffer).toString();
                //将此 charset 中的字节解码成 Unicode 字符
                 
                String[] requestMessage = receive.split("\\r\\n");//接受请求的信息

       for (String message : requestMessage) {

            if (message.isEmpty()) {//如果是空行说明信息已经结束了
                        
                        break;
                    }
                }
                //控制台打印
                    String[] firsetLine = requestMessage[0].split(" ");
                    
                    System.out.println("----控制台输出：-------");

                    System.out.println("Method:t"+firsetLine[0]);

                    System.out.println("url是:\\t"+firsetLine[1]);

                    System.out.println("Httpversion是:\\t"+firsetLine[2]);

                     System.out.println("-----输出结束-------------");

                   //返回客户端
                    StringBuilder sendStr = new StringBuilder();

                    sendStr.append("Http/1.1 200 Ok\\r\\n");

                    sendStr.append("Content-Type:text/html;charset="+localCharSet+"\\r\\n");

                    sendStr.append("\\r\\n");

                    sendStr.append("<html><head><title>显示报文</title></head><body>");

                    sendStr.append("接受到请求的报文是：+<br>");

                   for (String s : requestMessage) {

                       sendStr.append(s+"<br/>");

                     }
                    sendStr.append("</body></html>");

                    buffer=ByteBuffer.wrap(sendStr.toString().getBytes(localCharSet));

                    sc.write(buffer);

                    sc.close();
                 }else {
                sc.close();
            }
           } catch (IOException e) {
            
            e.printStackTrace();
        }
      }
    @Override
    public void run() {

            try {
            if (key.isAcceptable()) {//接受

                handleAccept();

              }
            if (key.isReadable()) {//开始读

              handleRead();

            }

         } catch (Exception e) {

              e.printStackTrace();
        }
    }
}

 

打印控制台，输出如下：

开始处理请求.....
----控制台输出：-------
Method:tGET
url是: /
Httpversion是: HTTP/1.1

因为我们绑定了8080端口，这里进行请求，看浏览器会打印出相关的http信息，具体如下：

从中可以看出很多信息，比如我们的请求方式为：Get，主机为：localhost，端口为8080,连接状态：存活，接收的语言：中文-英文，cookile信息等等，这代表了我们请求的

头信息，将会把这些内容发送给浏览器。这就是http协议在request请求前组织的报文，从中我们可以一探http的究竟，这对我们理解客户端-服务器模式更加深刻。有助于我们

对于web网站的开发。

 五：总结

本篇博文的主要思想是学习nio的使用方式，并且能够理解http协议，其具体的包含信息的细节，理解nio的好处，关于对同步阻塞模式的理解，如果去通过nio实现http协议，虽然nio在实际中使用的机会并不多，但是还是有助我们加深对管道流的理解，io的实现方式，记得我有次面试的时候，被问到Nio、BiO的区别，当时是很蒙圈的，因为不知道java中还有这么多的流处理方式。我们需要学习关于单选择器处理多线程的方式，还有去思考关于线程效率的问题，这都对我们大有裨益。