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关于java:Netty网络编程NIO编程介绍

作者：

jiezi

在

1.NIO的基本概念和三大外围组件

2.NIO的缓冲区（Buffer）介绍

3.NIO的通道（Channel）介绍

4.NIO的选择器（Selector）介绍

5.NIO的原理剖析图

6.NIO的编程案例

1.NIO的基本概念和三大外围组件

1.1）NIO的基本概念
在咱们学习过后面的Netty网络编程——Netty的根本介绍与BIO当前，咱们来学习NIO。
NIO的概念：同步非阻塞。

在NIO的模式中，所有都是非阻塞的。

也就是说，客户端调用服务器端，仅仅能获取到目前可用的数据，如果有数据则返回数据，如果没有数据间接返回空，而不是放弃线程阻塞，非要等到服务器端解决实现再返回客户端。所以直至数据变得可读以前，该线程能够做其它的事件。

而且，在NIO模式中，一个线程是能够解决多个操作的：
当一个客户端与服务器进行链接，这个socket连贯就会退出到一个数组中，隔一段时间遍历一次，这样一个线程就能解决多个客户端的链接和数据了，不像之前的阻塞IO那样，一个连贯调配一个线程。

1.2）NIO的三大外围组件

其实NIO是面向缓冲区，或者面向块编程的。把数据读取到缓冲区，而后让客户端线程从缓冲区读取数据，这就减少了处理过程中的灵活性。

NIO 有三大外围局部：Channel(通道)，Buffer(缓冲区), Selector(选择器)。

咱们先来看一张图：

1.2.1)服务端和客户端进行连贯之后，通过buffer(缓冲区)进行数据的交互。
1.2.2)服务端和客户端进行连贯之后，通过各自的channel(通道)进行操作缓冲区。
1.2.3)在一个Channel有事件收回后（读、写、连贯等等），selector就会切换到对应的channel进行解决数据。
1.2.4)Selector会依据不同的事件，在各个通道上进行切换。
1.2.5)Buffer就是一个内存块，底层是一个数组。
1.2.6)Buffer能够读也能够写，须要调用flip办法进行切换。

2.NIO的缓冲区（Buffer）介绍
缓冲区（Buffer）:
缓冲区实质上是一个能够读写数据的内存块，能够了解成是一个蕴含数字的容器对象，该对象提供了一组api，能够让开发者轻松地应用内存块。同时缓冲区也设置了一些机制，可能跟踪和记录缓冲区的状态变动状况。

2.1）Buffer类及其子类
在Buffer中，Buffer是一个顶层的父类。

它领有各种类型的buffer，比方ByteBuffer,是存储字节数组的缓冲区。
咱们能够得出java中的根本数据类型除了boolean以外，都有一个Buffer类型与之对应。最罕用的当然是ByteBuffer。

2.2）Buffer的重要属性
Buffer定义了四个属性来提供蕴含的数据元素的信息：

属性 形容
mark 标记
position 地位，下一个要被读写的元素的索引，每次读写缓冲区数据时值都会扭转，为下次读写做筹备。
limit 示意缓冲区以后的起点，不能对超过缓冲区极限的地位进行读写操作，极限是能够批改的。
capacity 容量，就是能包容的最大数据量，在缓冲区创立的时候就不能扭转。

咱们可能感觉position和limit的概念了解有点不太容易辨别，其实有以下的区别：

当往buffer对象里写数据的时候，limit始终等于capacity,示意最多能往buffer对象里写的数据。

当调用buffer对象的flip()办法后(切换模式，改为buffer读模式)，想从buffer对象读取数据的时候，position会被置为0，limit会被设置为之前是position，这个时候limit示意最多能从Buffer读多少数据。

2.3）Buffer的api

2.4）ByteBuffer的api
ByteBuffer作为最罕用的Buffer，其api的次要办法如下：

3.NIO的通道（Channel）介绍
channel代表连贯，每个client连贯都会建设一个channnel，channel能够对buffer进行操作。

同时，channel能够从buffer中读数据，也能够将数据写入buffer。

罕用的channel类有FileChannel 、 DatagramChannel 、 ServerSocketChannel 和 SocketChannel。

咱们能够先拿一个常见的FileChannel（文件数据的读写）进行举例：

3.1）应用FileChannel进行本地文件写数据

咱们对一个本地文件进行写入操作。

public class NIOFileChannel01 {

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        String msg = "hello,netty!";
        //创立一个输入流
        FileOutputStream fileOutputStream = new FileOutputStream("d:\\file01.txt");

        //通过fileOutPutStream取得对应的CileChannel
        //这个fileChannel实在类型是FileChannelImpl
        FileChannel fileChannel = fileOutputStream.getChannel();

        //创立缓冲区
        ByteBuffer byteBuffer = ByteBuffer.allocate(1024);

        //把数据放入缓冲区
        byteBuffer.put(msg.getBytes());

        //对byteBuffer进行flip flip之后，就能够进行写操作
        byteBuffer.flip();

        //将byteBuffer写入到fileChannel
        fileChannel.write(byteBuffer);
        fileOutputStream.close();

    }

}

3.2）应用FileChannel进行本地文件读数据

@Slf4j
public class NIOFileChannel02 {

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        //创立一个输出
        FileInputStream fileInputStream = new FileInputStream("d:\\file01.txt");

        //通过fileInputStream取得对应的CileChannel
        //这个fileChannel实在类型是FileChannelImpl
        FileChannel fileChannel = fileInputStream.getChannel();

        //创立缓冲区
        ByteBuffer byteBuffer = ByteBuffer.allocate(1024);

        //将channel的数据读入缓冲区
        fileChannel.read(byteBuffer);
        log.info(new String(byteBuffer.array()));

        fileInputStream.close();

    }

}

3.3）应用一个 Buffer 实现文件读取、写入

@Slf4j
public class NIOFileChannel03 {

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        //创立一个输出
        FileInputStream fileInputStream = new FileInputStream("d:\\file01.txt");
        FileChannel inputChannel = fileInputStream.getChannel();

        //创立一个输入
        FileOutputStream fileOutputStream = new FileOutputStream("d:\\file02.txt");
        FileChannel outputChannel = fileOutputStream.getChannel();

        //创立一个buffer
        ByteBuffer byteBuffer = ByteBuffer.allocate(512);

        while(true){
            byteBuffer.clear();
            //把数据读入buffer
            int read = inputChannel.read(byteBuffer);
            log.info("read="+read);
            if(read==-1){
                //读完
                break;
            }
            //转化为写
            byteBuffer.flip();
            outputChannel.write(byteBuffer);

        }

        //敞开流
        fileInputStream.close();
        fileOutputStream.close();


    }

}

3.4）应用拷贝文件 transferFrom 办法

@Slf4j
public class NIOFileChannel04 {

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        //创立一个输出
        FileInputStream fileInputStream = new FileInputStream("d:\\file01.txt");
        FileChannel inputChannel = fileInputStream.getChannel();

        //创立一个输入
        FileOutputStream fileOutputStream = new FileOutputStream("d:\\file03.txt");
        FileChannel outputChannel = fileOutputStream.getChannel();

       //应用transferForm实现拷贝
        outputChannel.transferFrom(inputChannel,0,inputChannel.size());

        //敞开流
        fileInputStream.close();
        fileOutputStream.close();

    }

}

4.NIO的选择器（Selector）介绍

咱们在学习BIO的时候，发现每多创立一个客户端连贯，都须要创立一个线程，那么NIO时如何办到一个工作线程解决多了连贯的呢？那就是Selector！

Selector能够应用一个线程，解决多个客户端连贯。首先创立的连贯都会被注册到selector上，selector可能检测多个注册的通道上是否有事件产生，如果有事件产生，便获取事件而后针对每个事件进行相应的解决。这样就能够用一个单线程去治理多个通道，也就是一个线程治理多个链接申请。如图所示：

长处：
1)能够不必为每一个连贯都创立一个线程，一个线程就能够解决N个客户端的链接和读写操作，从根本上解决了传统同步阻塞IO，一链接一线程的模型。
2)只有在连贯真正有事件产生的时候（事件驱动），才会进行读写，就大大减少了零碎开销。
3)防止了多线程之间的上下文切换开销。
4）当没有工作可用的时候，该线程就能够执行其它工作。

大抵罕用办法：

咱们会在上面进行应用。

5.NIO的原理剖析图

6.NIO的编程案例

服务器端：

@Slf4j
public class NIOServer {

    public static void main(String[] args) throws Exception {

        //创立ServerSocketChannel
        //客户端连贯 通过serverSocketChannel获取socketChannel，再和selector绑定
        ServerSocketChannel serverSocketChannel = ServerSocketChannel.open();

        //绑定一个端口，在服务器端监听
        serverSocketChannel.socket().bind(new InetSocketAddress(6677));
        //设置为非阻塞
        serverSocketChannel.configureBlocking(false);

        //取得一个selector对象
        Selector selector = Selector.open();
        //把这个channel注册到selector上
        serverSocketChannel.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT);

        log.info("注册后的selectionKey数量="+selector.keys().size());

        //循环期待客户端连贯
        while(true){
            //当没有连贯产生的时候
            if(selector.select(1000) == 0){
                log.info("服务器期待一秒，无连贯");
                continue;
            }
            //当有链接产生的时候
            Set<SelectionKey> selectionKeys = selector.selectedKeys();
            log.info("selectionKeys数量="+selectionKeys.size());

            //遍历Set 应用迭代器
            Iterator<SelectionKey> iterator = selectionKeys.iterator();

            while(iterator.hasNext()){
                //失去key
                SelectionKey key = iterator.next();
                //依据key的对应通道产生的事件做相应解决
                //产生连贯事件
                if(key.isAcceptable()){
                    //如果是有新客户端连贯
                    //通过该客户端生成socketChannel
                    SocketChannel socketChannel = serverSocketChannel.accept();
                    log.info("客户端连贯胜利，生成了一个socketChannel"+socketChannel.hashCode());

                    //将socketChannel设置为非阻塞
                    socketChannel.configureBlocking(false);

                    //将socketChannel注册到selector，关注事件为read，同时关联一个buffer
                    socketChannel.register(selector,SelectionKey.OP_READ, ByteBuffer.allocate(1024));

                    log.info("客户端连贯后，注册的selectionKey数量"+selector.keys().size());

                }
                //产生读事件
                if(key.isReadable()){
                    //通过key 反向获取到对应channel
                    SocketChannel channel = (SocketChannel)key.channel();

                    //获取key绑定的buffer
                    ByteBuffer buffer = (ByteBuffer)key.attachment();
                    channel.read(buffer);
                    log.info("客户端发送信息="+new String(buffer.array()));

                }
                iterator.remove();
            }

        }


    }

}

客户端：

@Slf4j
public class NIOClient {

    public static void main(String[] args) throws Exception {

        //失去一个网络通道
        SocketChannel socketChannel = SocketChannel.open();
        //设置非阻塞
        socketChannel.configureBlocking(false);
        //提供服务器端的ip和端口
        InetSocketAddress address = new InetSocketAddress("127.0.0.1", 6677);

        if(!socketChannel.connect(address)){
            while(!socketChannel.finishConnect()){
                log.info("因为连贯须要工夫，客户端不会阻塞，能够做其它工作..");
            }
        }

        String msg = "hello,netty!";

        ByteBuffer buffer = ByteBuffer.wrap(msg.getBytes());
        //发送数据，将 buffer写入channel
        socketChannel.write(buffer);
        System.in.read();
    }
}

流程：
5.1)创立ServerSocketChannel，监听端口
5.2)取得一个selector对象，把这个channel注册到这个selector上
5.3)循环select，查看是否有事件产生。
5.4)依据不同的事件做相应的解决。
5.5)移除key，避免有限循环。

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