java nio 操作（2）异步阻塞 socket实现

一.同步阻塞IO

       
BIO就是阻塞式的IO，网络通信中对于多客户端的连入，服务器端总是与客户端数量一致的线程去处理每个客户端任务，即，客户端与线程数1:1，并且进行读写操作室阻塞的，当有你成千上完的客户端进行连接，就导致服务器不断的建立新的线程，最后导致低通资源不足，后面的客户端不能连接服务器，并且连接入的客户端并不是总是在于服务器进行交互，很可能就只是占用着资源而已。

二.伪异步IO

   伪异步IO对同步IO进行了优化，后端通过一个线程池和任务队列去处理所有客户端的请求，当用完后在归还给线程池，线程池的原理和数据库连接池的原理很像，他减少了线程创建和销毁的时间，无论多少客户端的连接都是这些固定的线程数量去处理，这在大量客户端与服务器信息交互量很少的情况下，是一种很好的处理方式，但是想一种情况，当有一个客户端的读取信息非常慢时，服务器对其的写操作时会很慢，甚至会阻塞很长时间，因为线程池中的线程是有限的，当有客户端需要分配线程时，就会导致新任务在队列中一直等待阻塞的客户端释放线程。当任务队列已经满时，就会有大量的用户发生连接超时。其实，伪异步IO也是同步阻塞IO。

三.javaNIO原理

       为了解决上面的两种阻塞IO的缺陷，Java在1.4版本开始加入NIO也称为new
IO，至于他是什么模型我们先来看这个博客（Java NIO BIO AIO全面剖析）。看完之后就会很清楚了。

目前在UNP划分的角度，异步IO只有AIO。网络通信中，NIO也提供了SocketChannel和ServerSocketChannel两种不同的套接字通道来实现，可以设置阻塞余非阻塞两种模式，为了实现高负载高并发都采取非阻塞的模式。NIO采用缓冲区BUFFER，实现对数据的读写操作，缓冲区是固定大小，并由内部状态记录有多少数据被放入或者取出。与阻塞IO不同，阻塞IO采用阻塞式流（Stream）的方式进行读写，流是单向的只能向一个方向读数据或者写数据，而通道是双向的，可以同时在通道上发送和读取数据，而且是非阻塞的，在没有数据可读可写时可以去做别的事情。

       NIO改进了上面的一对一或者M：N的模型。服务器仅采用一个一个线程去处理所有客户端线程，这就需要创建一个selector，并将其注册到想要监控的信道上（注意是通过channel的方法来实现），并返回一个selectorKey实例（包含通道和select以及感兴趣的操作），selector就好像是一个观察者，通过不断轮询所注册的一组通道上有没有等待的操作发生，当等待事件发生的时候可以做其他事情，当有信道出现感兴趣的操作，则该信道就进入就绪状态。

      Slector的select方法阻塞等待又没有就绪的通道，当出现就绪的信道或者等待超时返回，就绪信道的个数，若等待超时则返回-1，selectedKeys方法返回就绪的信道。

   下面附代码

这是处理感兴趣信道的接口，因为他可以放在多个服务器上所以把他做成了接口。

[java]
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package Nio;  
  
import java.io.IOException;  
import java.nio.channels.SelectionKey;  
  
public interface TCPProtocol {  
    void handleAccept(SelectionKey key) throws IOException;  
    void handleRead(SelectionKey key) throws IOException;  
    void handleWrite(SelectionKey key) throws IOException;  
}  

[java]
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<span style="font-family:FangSong_GB2312;">这是对上面接口的具体实现</span>  
package Nio;  
  
import java.io.IOException;  
import java.nio.ByteBuffer;  
import java.nio.channels.SelectionKey;  
import java.nio.channels.ServerSocketChannel;  
import java.nio.channels.SocketChannel;  
  
public class SelectorProtocol implements TCPProtocol {  
    private int bufSize ;  
    public SelectorProtocol(int buffsize){  
        this.bufSize = buffsize;  
    }  
  
     //服务端信道已经准备好了接收新的客户端连接    
    public void handleAccept(SelectionKey key) throws IOException {    
        SocketChannel clntChan = ((ServerSocketChannel) key.channel()).accept();    
        clntChan.configureBlocking(false);    
        //将选择器注册到连接到的客户端信道，并指定该信道key值的属性为OP_READ，同时为该信道指定关联的附件    
        clntChan.register(key.selector(), SelectionKey.OP_READ, ByteBuffer.allocate(bufSize));    
    }    
    
    //客户端信道已经准备好了从信道中读取数据到缓冲区    
    public void handleRead(SelectionKey key) throws IOException{    
        SocketChannel clntChan = (SocketChannel) key.channel();    
        //获取该信道所关联的附件，这里为缓冲区    
        ByteBuffer buf = (ByteBuffer) key.attachment();    
        long bytesRead = clntChan.read(buf);    
        //如果read（）方法返回-1，说明客户端关闭了连接，那么客户端已经接收到了与自己发送字节数相等的数据，可以安全地关闭    
        if (bytesRead == -1){     
            clntChan.close();    
        }else if(bytesRead > 0){    
        //如果缓冲区总读入了数据，则将该信道感兴趣的操作设置为为可读可写    
        key.interestOps(SelectionKey.OP_READ | SelectionKey.OP_WRITE);    
        }    
    }    
        
    //客户端信道已经准备好了将数据从缓冲区写入信道    
    public void handleWrite(SelectionKey key) throws IOException {    
    //获取与该信道关联的缓冲区，里面有之前读取到的数据    
    ByteBuffer buf = (ByteBuffer) key.attachment();    
    //重置缓冲区，准备将数据写入信道    
    buf.flip();     
    SocketChannel clntChan = (SocketChannel) key.channel();    
    //将数据写入到信道中    
    clntChan.write(buf);    
    if (!buf.hasRemaining()){     
    //如果缓冲区中的数据已经全部写入了信道，则将该信道感兴趣的操作设置为可读    
      key.interestOps(SelectionKey.OP_READ);    
    }    
    //为读入更多的数据腾出空间    
    buf.compact();     
  }    
}  

客户端

[java]
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package Nio;  
import java.net.InetSocketAddress;  
import java.net.SocketException;  
import java.nio.ByteBuffer;  
import java.nio.channels.SocketChannel;  
  
public class TCPEchoClientNonblocking {  
    public static void main(String args[]) throws Exception{  
        //第一个参数作为要连接的服务端的主机名或IP  
        String server = "localhost";   
        //第二个参数为要发送到服务端的字符串  
        byte[] argument = "nihaopengyou".getBytes();  
        //如果有第三个参数，则作为端口号，如果没有，则端口号设为7  
        int servPort = 2002;  
        //创建一个信道，并设为非阻塞模式  
        SocketChannel clntChan = SocketChannel.open();  
        clntChan.configureBlocking(false);  
        //向服务端发起连接  
        if (!clntChan.connect(new InetSocketAddress(server, servPort))){  
            //不断地轮询连接状态，直到完成连接  
            while (!clntChan.finishConnect()){  
                //在等待连接的时间里，可以执行其他任务，以充分发挥非阻塞IO的异步特性  
                //这里为了演示该方法的使用，只是一直打印"."  
                System.out.print(".");    
            }  
        }  
        //为了与后面打印的"."区别开来，这里输出换行符  
        System.out.print("\n");  
        //分别实例化用来读写的缓冲区  
        ByteBuffer writeBuf = ByteBuffer.wrap(argument);  
        ByteBuffer readBuf = ByteBuffer.allocate(argument.length);  
        //接收到的总的字节数  
        int totalBytesRcvd = 0;   
        //每一次调用read（）方法接收到的字节数  
        int bytesRcvd;   
        //循环执行，直到接收到的字节数与发送的字符串的字节数相等  
        while (totalBytesRcvd < argument.length){  
            //如果用来向通道中写数据的缓冲区中还有剩余的字节，则继续将数据写入信道  
            if (writeBuf.hasRemaining()){  
                clntChan.write(writeBuf);  
            }  
            //如果read（）接收到-1，表明服务端关闭，抛出异常  
            if ((bytesRcvd = clntChan.read(readBuf)) == -1){  
                throw new SocketException("Connection closed prematurely");  
            }  
            //计算接收到的总字节数  
            totalBytesRcvd += bytesRcvd;  
            //在等待通信完成的过程中，程序可以执行其他任务，以体现非阻塞IO的异步特性  
            //这里为了演示该方法的使用，同样只是一直打印"."  
            System.out.print(".");   
        }  
        //打印出接收到的数据  
        System.out.println("Received: " +  new String(readBuf.array(), 0, totalBytesRcvd));  
        //关闭信道  
        clntChan.close();  
    }  
}  

服务器

[java]
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package Nio;  
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 TCPServerSelector{  
    //缓冲区的长度  
    private static final int BUFSIZE = 256;   
    //select方法等待信道准备好的最长时间  
    private static final int TIMEOUT = 3000;   
    public static void main(String[] args) throws IOException {  
        if (args.length < 1){  
            throw new IllegalArgumentException("Parameter(s): <Port> ...");  
        }  
        //创建一个选择器  
        Selector selector = Selector.open();  
        for (String arg : args){  
            //实例化一个信道  
            ServerSocketChannel listnChannel = ServerSocketChannel.open();  
            //将该信道绑定到指定端口  
            listnChannel.socket().bind(new InetSocketAddress(Integer.parseInt(arg)));  
            System.out.println("启动服务器"+Integer.parseInt(arg));  
            //配置信道为非阻塞模式  
            listnChannel.configureBlocking(false);  
            //将选择器注册到各个信道  
            listnChannel.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT);  
        }  
        //创建一个实现了协议接口的对象  
        TCPProtocol protocol = new SelectorProtocol(BUFSIZE);  
        //不断轮询select方法，获取准备好的信道所关联的Key集  
        while (true){  
            //一直等待,直至有信道准备好了I/O操作  
            if (selector.select(TIMEOUT) == 0){  
                //在等待信道准备的同时，也可以异步地执行其他任务，  
                //这里只是简单地打印"."  
                System.out.print(".");  
                continue;  
            }  
            //获取准备好的信道所关联的Key集合的iterator实例  
            Iterator<SelectionKey> keyIter = selector.selectedKeys().iterator();  
            //循环取得集合中的每个键值  
            while (keyIter.hasNext()){  
                SelectionKey key = keyIter.next();   
                //如果服务端信道感兴趣的I/O操作为accept  
                if (key.isAcceptable()){  
                    protocol.handleAccept(key);  
                }  
                //如果客户端信道感兴趣的I/O操作为read  
                if (key.isReadable()){  
                    protocol.handleRead(key);  
                }  
                //如果该键值有效，并且其对应的客户端信道感兴趣的I/O操作为write  
                if (key.isValid() && key.isWritable()) {  
                    protocol.handleWrite(key);  
                }  
                //这里需要手动从键集中移除当前的key  
                keyIter.remove();   
            }  
        }  
    }  
}  

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