使用NIO实现非阻塞式的网络通信

忘是亡心i 2022-07-12 05:07 212阅读 0赞

实现这样一个程序：客户端读取键盘输入，并发送到服务器端，服务器端接收信息并打印。  
　　首先先写一个阻塞式的程序：

package nio;
    
    import java.io.IOException;
    import java.net.InetSocketAddress;
    import java.nio.ByteBuffer;
    import java.nio.channels.FileChannel;
    import java.nio.channels.ServerSocketChannel;
    import java.nio.channels.SocketChannel;
    import java.nio.file.Paths;
    import java.nio.file.StandardOpenOption;
    import java.util.Date;
    import java.util.Scanner;
    
    import org.junit.Test;
    
    public class TestBlocking { 
    
        @Test
        public void client() throws IOException {
    
            // 获取通道
            SocketChannel socketChannel = SocketChannel.open(new InetSocketAddress("127.0.0.1", 8888));
    
            // 分配1024字节大小的缓冲区
            ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024);
    
            Scanner scan = new Scanner(System.in);
    
            // 输入
            while (scan.hasNext()) {
    
                String str = scan.next();
    
                buffer.put((new Date().toString() + "\n" + str).getBytes());
    
                // 切换回读模式，实质是令limit=position；position=0。
                buffer.flip();
                // 写入通道
                socketChannel.write(buffer);
                // 清空缓冲区
                buffer.clear();
            }
        }
    
        @Test
        public void server() throws IOException {
            // 获取服务器端通道
            ServerSocketChannel serverSocketChannel = ServerSocketChannel.open();
    
            // 绑定端口号
            serverSocketChannel.bind(new InetSocketAddress(8888));
    
            // 接收客户端通道
            SocketChannel socketChannel = serverSocketChannel.accept();
    
            // 分配缓冲区
            ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024);
    
            // 每次读取数据的长度
            int len;
    
            // 接收数据
            while ((len = socketChannel.read(buffer)) > 0) {
    
                buffer.flip();
    
                // 将每次读取的数据输出
                System.out.println(new String(buffer.array(), 0, len));
    
                buffer.clear();
            }
        }
    }

运行程序（注意先启动server，再启动client），发现当只有一个server一个client时可以正常运行：  
　　  
　　![image\_1b8of1b9e15vmro7mu44e1uc113.png-22.9kB][image_1b8of1b9e15vmro7mu44e1uc113.png-22.9kB]  
　　  
　　但是再运行一遍client以添加一个client线程，会发现第二次添加的client线程发送的信息无法显示，这是因为，服务器端的线程一直阻塞在接收第一个客户端线程发送信息的位置，即63行，无法接收第二个客户端线程的连接请求。  
　　  
　　现在，我们使用NIO来实现非阻塞式的程序，以解决上述问题：

package nio;
    
    import java.io.IOException;
    import java.net.InetSocketAddress;
    import java.nio.ByteBuffer;
    import java.nio.channels.FileChannel;
    import java.nio.channels.SelectionKey;
    import java.nio.channels.Selector;
    import java.nio.channels.ServerSocketChannel;
    import java.nio.channels.SocketChannel;
    import java.nio.file.Paths;
    import java.nio.file.StandardOpenOption;
    import java.util.Date;
    import java.util.Iterator;
    import java.util.Scanner;
    
    import org.junit.Test;
    
    public class TestNonBlocking { 
    
        @Test
        public void client() throws IOException {
    
            // 获取通道
            SocketChannel socketChannel = SocketChannel.open(new InetSocketAddress("127.0.0.1", 8888));
    
            // 分配1024字节大小的缓冲区
            ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024);
    
            Scanner scan = new Scanner(System.in);
    
            // 输入
            while (scan.hasNext()) {
    
                String str = scan.next();
    
                buffer.put((new Date().toString() + "--" + str).getBytes());
    
                // 切换回读模式，实质是令limit=position；position=0。
                buffer.flip();
                // 写入通道
                socketChannel.write(buffer);
                // 清空缓冲区
                buffer.clear();
            }
        }
    
        @Test
        public void server() throws IOException {
            // 获取服务器端通道
            ServerSocketChannel serverSocketChannel = ServerSocketChannel.open();
    
            // 切换该通道为非阻塞模式
            serverSocketChannel.configureBlocking(false);
    
            // 绑定端口号
            serverSocketChannel.bind(new InetSocketAddress(8888));
    
            // 获取选择器
            Selector selector = Selector.open();
    
            // 将通道注册到选择器上，并指定监听的事件类型为“接收”
            serverSocketChannel.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT);
    
            // 轮询式地获取选择器上已经准备就绪的事件
            //selector.select()方法是阻塞的
            while (selector.select() > 0) {
    
                // 获取当前选择器中所有已经注册的“选择键”，即已就绪的监听事件
                Iterator<SelectionKey> it = selector.selectedKeys().iterator();
    
                while (it.hasNext()) {
                    // 获取已经准备就绪的事件
                    SelectionKey selectionKey = it.next();
    
                    // 判断事件的类型
                    // 接收类型
                    if (selectionKey.isAcceptable()) {
                        // 接收客户端通道
                        SocketChannel socketChannel = serverSocketChannel.accept();
    
                        socketChannel.configureBlocking(false);
    
                        socketChannel.register(selector, selectionKey.OP_READ);
                    } else if (selectionKey.isReadable()) {
                        // 获取当前选择器上“读就绪”状态的通道
                        SocketChannel socketChannel = (SocketChannel) selectionKey.channel();
    
                        ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024);
    
                        int len;
    
                        while ((len = socketChannel.read(buffer)) > 0) {
                            buffer.flip();
                            System.out.println(new String(buffer.array(), 0, len));
                            buffer.clear();
                        }
                    }
                    // 取消选择键 SelectionKey
                    it.remove();
                }
    
            }
        }
    }

再次运行程序，发现即使在多个client线程的情况下，程序也能正常运行：  
　　  
　　![image\_1b8of8ec5un4hrg1eis15csqlr1g.png-25.2kB][image_1b8of8ec5un4hrg1eis15csqlr1g.png-25.2kB]

[image_1b8of1b9e15vmro7mu44e1uc113.png-22.9kB]: /images/20220711/6ae433da3ff94194a93dbb44cfa6b5f7.png
[image_1b8of8ec5un4hrg1eis15csqlr1g.png-25.2kB]: /images/20220711/7586edcc544342f0a167e32c7e53732f.png