nio原理分析与代码实现

io共性：每个线程的处理流程大概都是读取数据、解码、计算处理、编码、发送响应。

标准的IO基于字节流和字符流进行操作的，

而NIO是基于通道（Channel）和缓冲区（Buffer）进行操作，数据总是从通道读取到缓冲区中，或者从缓冲区写入到通道中。

Java NIO的通道类似流，但又有些不同：

既可以从通道中读取数据，又可以写数据到通道。但流的读写通常是单向的。

通道可以异步地读写。

通道中的数据总是要先读到一个Buffer，或者总是要从一个Buffer中写入。

当线程从通道读取数据到缓冲区时，线程还是可以进行其他事情。当数据被写入到缓冲区时，线程可以继续处理它。从缓冲区写入通道也类似。

一．java NIO 和阻塞I/O的区别

1. 阻塞I/O通信模型

阻塞I/O在调用InputStream.read()方法时是阻塞的，它会一直等到数据到来时（或超时）才会返回；

在调用ServerSocket.accept()方法时，也会一直阻塞到有客户端连接才会返回，每个客户端连接过来后，服务端都会启动一个线程去处理该客户端的请求。

缺点：

1. 当客户端多时，会创建大量的处理线程。且每个线程都要占用栈空间和一些CPU时间

2. 阻塞可能带来频繁的上下文切换，且大部分上下文切换可能是无意义的。

2. java NIO原理及通信模型

1. 由一个专门的线程来处理所有的 IO 事件，并负责分发。

2. 事件驱动机制：事件到的时候触发，而不是同步的去监视事件。

3. 线程通讯：线程之间通过 wait,notify 等方式通讯。保证每次上下文切换都是有意义的。减少无谓的线程切换。

原理：

服务端和客户端各自维护一个管理通道的对象，我们称之为selector （管理通道的对象）

--该对象能检测一个或多个通道 (channel) 上的事件。

二．java NIO服务端和客户端代码实现

服务器端：

1，获取一个ServerSocket通道 （修建一条道路）

ServerSocketChannel serverChannel = ServerSocketChannel.open();

2，设置通道为非阻塞 （设置这条道路是双向行驶的，不会堵车）

serverChannel.configureBlocking(false)

3,将通道对应的ServerSocket绑定到端口9000 （道路的终点村门口9000地段）

serverChannel.socket.bind(new InetSocketAddress(9000) //创建套接字地址);

4，获取一个通道管理器 （聘请一个守路的人）

Selector selector = Selector.open();

5,将通道管理器和通道绑定，并给通道管理器注册SelectionKey.OP_ACCEPT事件(村门口的路，我们找了一个人在路上放哨，给这人安排了一个任务（事件），发现有红色的小气车经过时，就来通知我们，如果不是就不管。)

serverChannel.register(selector,SelectionKey.OP_ACCEPT);

6，开始执行任务 （那人开始上班，如果有红色小汽车，才离开。。）

// 当该事件到达时，selector.select()会返回（前来报告），如果该事件没到达selector.select()会一直阻塞。（一直在那守着）

Selector.select();

7,完成任务时，获得selector中选中的项的迭代器，（意思是多个任务的集合）

Iterator ite = Selector.selectedKeys().iterator(); //

8,遍历集合。获的通道 （我们修建的道路名称）

ServerSocketChannel server = (ServerSocketChannel) key.channel(); //获得创建此键的通道

9，获得客服端连接的通道 （这个车从那条路来的）

SocketChannel channel = server.accept();

10，设置客服端通道为非阻塞

channel.configureBlocking(false);

11，通过通道向客服端发送信息 （根据这车来的路,我们开车去看看 ）

Channel.write(ByteBuffer.wrap(new Sttring("消息内容").getBytes()));

12, 在和客户端连接成功之后，为了可以接收到客户端的信息，需要给通道设置读的权限。

channel.register(this.selector, SelectionKey.OP_READ);

package NIO;

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.util.Iterator;

/**
* NIO服务端
* @author 小刘
*/
public class NIOServer {
// 通道管理器
private Selector selector;
/**
* 获得一个ServerSocket通道，并对该通道做一些初始化的工作
* @param port
*            绑定的端口号
* @throws IOException
*/
public void initServer(int port) throws IOException {
// 获得一个ServerSocket通道
ServerSocketChannel serverChannel = ServerSocketChannel.open();
// 设置通道为非阻塞
serverChannel.configureBlocking(false);
// 将该通道对应的ServerSocket绑定到port端口
serverChannel.socket().bind(new InetSocketAddress(port));
// 获得一个通道管理器
this.selector = Selector.open();
// 将通道管理器和该通道绑定，并为该通道注册SelectionKey.OP_ACCEPT事件,注册该事件后，
// 当该事件到达时，selector.select()会返回，如果该事件没到达selector.select()会一直阻塞。
serverChannel.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT);
}
/**
* 采用轮询的方式监听selector上是否有需要处理的事件，如果有，则进行处理
* @throws IOException
*/
@SuppressWarnings("unchecked")
public void listen() throws IOException {
System.out.println("服务端启动成功！");
// 轮询访问selector
while (true) {
// 当注册的事件到达时，方法返回；否则,该方法会一直阻塞
selector.select();
// 获得selector中选中的项的迭代器，选中的项为注册的事件
Iterator ite = this.selector.selectedKeys().iterator();
while (ite.hasNext()) {
SelectionKey key = (SelectionKey) ite.next();
// 删除已选的key,以防重复处理
ite.remove();
// 客户端请求连接事件
if (key.isAcceptable()) {
ServerSocketChannel server = (ServerSocketChannel) key
.channel();
// 获得和客户端连接的通道
SocketChannel channel = server.accept();
// 设置成非阻塞
channel.configureBlocking(false);
// 在这里可以给客户端发送信息哦
channel.write(ByteBuffer.wrap(new String("向客户端发送了一条信息")
.getBytes()));
// 在和客户端连接成功之后，为了可以接收到客户端的信息，需要给通道设置读的权限。
channel.register(this.selector, SelectionKey.OP_READ);
// 获得了可读的事件
} else if (key.isReadable()) {
read(key);
}
}
}
}
/**
* 处理读取客户端发来的信息 的事件
* @param key
* @throws IOException
*/
public void read(SelectionKey key) throws IOException {
// 服务器可读取消息:得到事件发生的Socket通道
SocketChannel channel = (SocketChannel) key.channel();
// 创建读取的缓冲区
ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(10);
channel.read(buffer);
byte[] data = buffer.array();
String msg = new String(data).trim();
System.out.println("服务端收到信息：" + msg);
ByteBuffer outBuffer = ByteBuffer.wrap(msg.getBytes());
channel.write(outBuffer);// 将消息回送给客户端
}
/**
* 启动服务端测试
* @throws IOException
*/
public static void main(String[] args) throws IOException {
NIOServer server = new NIOServer();
server.initServer(8000);
server.listen();
}
}

客服端和服务器大体一样，这里就不详细分析了。直接看代码

/**
* NIO客户端
*
* @author 小刘
*/
public class NIOClient {
// 通道管理器
private Selector selector;

/**
* 获得一个Socket通道，并对该通道做一些初始化的工作
*
* @param ip
*            连接的服务器的ip
* @param port
*            连接的服务器的端口号
* @throws IOException
*/
public void initClient(String ip, int port) throws IOException {
// 获得一个Socket通道
SocketChannel channel = SocketChannel.open();
// 设置通道为非阻塞
channel.configureBlocking(false);
// 获得一个通道管理器
this.selector = Selector.open();

// 客户端连接服务器,其实方法执行并没有实现连接，需要在listen（）方法中调
// 用channel.finishConnect();才能完成连接
channel.connect(new InetSocketAddress(ip, port));
// 将通道管理器和该通道绑定，并为该通道注册SelectionKey.OP_CONNECT事件。
channel.register(selector, SelectionKey.OP_CONNECT);
}

/**
* 采用轮询的方式监听selector上是否有需要处理的事件，如果有，则进行处理
*
* @throws IOException
*/
@SuppressWarnings("unchecked")
public void listen() throws IOException {
// 轮询访问selector
while (true) {
selector.select();
// 获得selector中选中的项的迭代器
Iterator ite = this.selector.selectedKeys().iterator();
while (ite.hasNext()) {
SelectionKey key = (SelectionKey) ite.next();
// 删除已选的key,以防重复处理
ite.remove();
// 连接事件发生
if (key.isConnectable()) {
SocketChannel channel = (SocketChannel) key.channel();
// 如果正在连接，则完成连接
if (channel.isConnectionPending()) {
channel.finishConnect();

}
// 设置成非阻塞
channel.configureBlocking(false);

// 在这里可以给服务端发送信息哦
channel.write(ByteBuffer.wrap(new String("向服务端发送了一条信息")
.getBytes()));
// 在和服务端连接成功之后，为了可以接收到服务端的信息，需要给通道设置读的权限。
channel.register(this.selector, SelectionKey.OP_READ);

// 获得了可读的事件
} else if (key.isReadable()) {
read(key);
}

}

}
}

/**
* 处理读取服务端发来的信息 的事件
*
* @param key
* @throws IOException
*/
public void read(SelectionKey key) throws IOException {
// 和服务端的read方法一样
SocketChannel channel = (SocketChannel) key.channel();
ByteBuffer buffer  = ByteBuffer.allocate(20);
channel.read(buffer);
byte[] data = buffer.array();
String msg = new String(data).trim();
System.out.println("客户端收到的信息："+msg);
ByteBuffer outBuffer = ByteBuffer.wrap(msg.getBytes());
channel.write(outBuffer);
}

/**
* 启动客户端测试
*
* @throws IOException
*/
public static void main(String[] args) throws IOException {
NIOClient client = new NIOClient();
client.initClient("localhost", 8000);
client.listen();
}

}

　　总结：主要搞清楚通道管理器，写入缓存，读取缓存。