這篇文章將為大家詳細(xì)講解有關(guān)Java中怎么實現(xiàn)NIO非阻塞網(wǎng)絡(luò)編程，文章內(nèi)容質(zhì)量較高，因此小編分享給大家做個參考，希望大家閱讀完這篇文章后對相關(guān)知識有一定的了解。
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緩沖區(qū)本質(zhì)上是一個可以寫入數(shù)據(jù)的內(nèi)存塊（類似數(shù)組），然后可以再次讀取。此內(nèi)存塊包含在NIO Buffer對象中，該對象提供了一組方法，可以更輕松的使用內(nèi)存塊。
相對于直接操作數(shù)組，Buffer API提供了更加容易的操作和管理，其進(jìn)行數(shù)據(jù)的操作分為寫入和讀取，主要步驟如下：
將數(shù)據(jù)寫入緩沖區(qū)
調(diào)用buffer.flip()，轉(zhuǎn)換為讀取模式
緩沖區(qū)讀取數(shù)據(jù)
調(diào)用buffer.clear()或buffer.compact()清除緩沖區(qū)
Buffer中有三個重要屬性：
capacity（容量）：作為一個內(nèi)存塊，Buffer具有一定的固定大小，也稱為容量
position（位置）：寫入模式時代表寫數(shù)據(jù)的位置，讀取模式時代表讀取數(shù)據(jù)的位置
limit（限制）：寫入模式等于Buffer的容量，讀取模式時等于寫入的數(shù)據(jù)量
Buffer使用代碼示例：
重慶分公司
重慶分公司
public class BufferDemo {
public static void main(String[] args) {
// 構(gòu)建一個byte字節(jié)緩沖區(qū)，容量是4
ByteBuffer byteBuffer = ByteBuffer.allocate(4);
// 默認(rèn)寫入模式，查看三個重要的指標(biāo)
System.out.println(
String.format(
"初始化：capacity容量：%s, position位置：%s, limit限制：%s",
byteBuffer.capacity(), byteBuffer.position(), byteBuffer.limit()));
// 寫入數(shù)據(jù)
byteBuffer.put((byte) 1);
byteBuffer.put((byte) 2);
byteBuffer.put((byte) 3);
// 再次查看三個重要的指標(biāo)
System.out.println(
String.format(
"寫入3字節(jié)后后：capacity容量：%s, position位置：%s, limit限制：%s",
byteBuffer.capacity(), byteBuffer.position(), byteBuffer.limit()));
// 轉(zhuǎn)換為讀取模式(不調(diào)用flip方法，也是可以讀取數(shù)據(jù)的，但是position記錄讀取的位置不對)
System.out.println("開始讀取");
byteBuffer.flip();
byte a = byteBuffer.get();
System.out.println(a);
byte b = byteBuffer.get();
System.out.println(b);
System.out.println(
String.format(
"讀取2字節(jié)數(shù)據(jù)后，capacity容量：%s, position位置：%s, limit限制：%s",
byteBuffer.capacity(), byteBuffer.position(), byteBuffer.limit()));
// 繼續(xù)寫入3字節(jié)，此時讀模式下，limit=3，position=2.繼續(xù)寫入只能覆蓋寫入一條數(shù)據(jù)
// clear()方法清除整個緩沖區(qū)。compact()方法僅清除已閱讀的數(shù)據(jù)。轉(zhuǎn)為寫入模式
byteBuffer.compact();
// 清除了已經(jīng)讀取的2字節(jié)，剩余1字節(jié)，還可以寫入3字節(jié)數(shù)據(jù)
// 多寫的話會報java.nio.BufferOverflowException異常
byteBuffer.put((byte) 3);
byteBuffer.put((byte) 4);
byteBuffer.put((byte) 5);
System.out.println(
String.format(
"最終的情況，capacity容量：%s, position位置：%s, limit限制：%s",
byteBuffer.capacity(), byteBuffer.position(), byteBuffer.limit()));
}
}ByteBuffer為性能關(guān)鍵型代碼提供了直接內(nèi)存（direct，堆外）和非直接內(nèi)存（heap，堆）兩種實現(xiàn)。堆外內(nèi)存實現(xiàn)將內(nèi)存對象分配在Java虛擬機(jī)的堆以外的內(nèi)存，這些內(nèi)存直接受操作系統(tǒng)管理，而不是虛擬機(jī)，這樣做的結(jié)果就是能夠在一定程度上減少垃圾回收對應(yīng)用程序造成的影響，提供運行的速度。
堆外內(nèi)存的獲取方式：
ByteBuffer byteBuffer = ByteBuffer.allocateDirect(noBytes)
堆外內(nèi)存的好處：
進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)IO或者文件IO時比heap buffer少一次拷貝。
（file/socket — OS memory — jvm heap）在寫file和socket的過程中，GC會移動對象，JVM的實現(xiàn)中會把數(shù)據(jù)復(fù)制到堆外，再進(jìn)行寫入。
GC范圍之外，降低GC壓力，但實現(xiàn)了自動管理，DirectByteBuffer中有一個Cleaner對象（PhantomReference），Cleaner被GC執(zhí)行前會執(zhí)行clean方法，觸發(fā)DirectByteBuffer中定義的Deallocator
堆外內(nèi)存的使用建議：
性能確實可觀的時候才去使用，分配給大型，長壽命的對象（網(wǎng)絡(luò)傳輸，文件讀寫等場景）
通過虛擬機(jī)參數(shù)MaxDirectMemorySize限制大小，防止耗盡整個機(jī)器的內(nèi)存
Channel用于源節(jié)點與目標(biāo)節(jié)點之間的連接，Channel類似于傳統(tǒng)的IO Stream，Channel本身不能直接訪問數(shù)據(jù)，Channel只能與Buffer進(jìn)行交互。
Channel的API涵蓋了TCP/UDP網(wǎng)絡(luò)和文件IO，常用的類有FileChannel，DatagramChannel，SocketChannel，ServerSocketChannel
標(biāo)準(zhǔn)IO Stream通常是單向的（InputStream/OutputStream），而Channel是一個雙向的通道，可以在一個通道內(nèi)進(jìn)行讀取和寫入，可以非阻塞的讀取和寫入通道，而且通道始終讀取和寫入緩沖區(qū)（即Channel必須配合Buffer進(jìn)行使用）。
SocketChannel用于建立TCP網(wǎng)絡(luò)連接，類似java.net.Socket。有兩種創(chuàng)建SocketChannel的形式，一個是客戶端主動發(fā)起和服務(wù)器的連接，還有一個就是服務(wù)端獲取的新連接。SocketChannel中有兩個重要的方法，一個是write()寫方法，write()寫方法有可能在尚未寫入內(nèi)容的時候就返回了，需要在循環(huán)中調(diào)用write()方法。還有一個就是read()讀方法，read()方法可能直接返回根本不讀取任何數(shù)據(jù)，可以根據(jù)返回的int值判斷讀取了多少字節(jié)。
核心代碼代碼示例片段：
// 客戶端主動發(fā)起連接SocketChannel
socketChannel = SocketChannel.open();
// 設(shè)置為非阻塞模式socketChannel.configureBlocking(false);
socketChannel.connect(new InetSocketAddress("127.0.0.1", 8080));
// 發(fā)生請求數(shù)據(jù) - 向通道寫入數(shù)據(jù)
socketChannel.write(byteBuffer);
// 讀取服務(wù)端返回 - 讀取緩沖區(qū)數(shù)據(jù)
int readBytes = socketChannel.read(requestBuffer);
socketChannel.close(); // 關(guān)閉連接ServerSocketChannel可以監(jiān)聽新建的TCP連接通道，類似ServerSocket。ServerSocketChannel的核心方法accept()方法，如果通道處于非阻塞模式，那么如果沒有掛起的連接，該方法將立即返回null，實際使用中必須檢查返回的SocketChannel是否為null。
核心代碼示例片段:
// 創(chuàng)建網(wǎng)絡(luò)服務(wù)端
ServerSocketChannel serverSocketChannel = ServerSocketChannel.open();
// 設(shè)置為非阻塞模式
serverSocketChannel.configureBlocking(false);
// 綁定端口
serverSocketChannel.socket().bind(new InetSocketAddress(8080));
while (true) {
// 獲取新tcp連接通道
SocketChannel socketChannel = serverSocketChannel.accept();
if (socketChannel != null) {
// tcp請求 讀取/響應(yīng)
}
}Selector也是Java NIO核心組件，可以檢查一個或多個NIO通道，并確定哪些通道已經(jīng)準(zhǔn)備好進(jìn)行讀取或?qū)懭搿崿F(xiàn)單個線程可以管理多個通道，從而管理多個網(wǎng)絡(luò)連接。
一個線程使用Selector可以監(jiān)聽多個Channel的不同事件，其中主要有四種事件，分別對應(yīng)SelectionKey中的四個常量，分別為：
連接事件 SelectionKey.OP_CONNECT
準(zhǔn)備就緒事件 SelectionKey.OP_ACCEPT
讀取事件 SelectionKey.OP_READ
寫入事件 SelectionKey.OP_WRITE
Selector實現(xiàn)一個線程處理多個通道的核心在于事件驅(qū)動機(jī)制，非阻塞的網(wǎng)絡(luò)通道下，開發(fā)者通過Selector注冊對于通道感興趣的事件類型，線程通過監(jiān)聽事件來觸發(fā)相應(yīng)的代碼執(zhí)行。（更底層其實是操作系統(tǒng)的多路復(fù)用機(jī)制）
核心代碼示例片段:
// 構(gòu)建一個Selector選擇器,并且將channel注冊上去
Selector selector = Selector.open();
// 將serverSocketChannel注冊到selector
SelectionKey selectionKey = serverSocketChannel.register(selector, 0, serverSocketChannel);
// 對serverSocketChannel上面的accept事件感興趣(serverSocketChannel只能支持accept操作)
selectionKey.interestOps(SelectionKey.OP_ACCEPT);
while (true) {
// 用下面輪詢事件的方式.select方法有阻塞效果,直到有事件通知才會有返回
selector.select();
// 獲取事件
Set keys = selector.selectedKeys();
// 遍歷查詢結(jié)果
Iterator iterator = keys.iterator();
while (iterator.hasNext()) {
// 被封裝的查詢結(jié)果
SelectionKey key = iterator.next();
// 判斷不同的事件類型，執(zhí)行對應(yīng)的邏輯處理
if (key.isAcceptable()) {
// 處理連接的邏輯
}
if (key.isReadable()) {
//處理讀數(shù)據(jù)的邏輯
}
iterator.remove();
}
} 服務(wù)端代碼示例：
// 結(jié)合Selector實現(xiàn)的非阻塞服務(wù)端(放棄對channel的輪詢,借助消息通知機(jī)制)
public class NIOServer {
public static void main(String[] args) throws IOException {
// 創(chuàng)建網(wǎng)絡(luò)服務(wù)端ServerSocketChannel
ServerSocketChannel serverSocketChannel = ServerSocketChannel.open();
// 設(shè)置為非阻塞模式
serverSocketChannel.configureBlocking(false);
// 構(gòu)建一個Selector選擇器,并且將channel注冊上去
Selector selector = Selector.open();
// 將serverSocketChannel注冊到selector
SelectionKey selectionKey = serverSocketChannel.register(selector, 0, serverSocketChannel);
// 對serverSocketChannel上面的accept事件感興趣(serverSocketChannel只能支持accept操作)
selectionKey.interestOps(SelectionKey.OP_ACCEPT);
// 綁定端口
serverSocketChannel.socket().bind(new InetSocketAddress(8080));
System.out.println("啟動成功");
while (true) {
// 不再輪詢通道,改用下面輪詢事件的方式.select方法有阻塞效果,直到有事件通知才會有返回 selector.select();
// 獲取事件
Set keys = selector.selectedKeys();
// 遍歷查詢結(jié)果
Iterator iterator = keys.iterator();
while (iterator.hasNext()) {
// 被封裝的查詢結(jié)果
SelectionKey key = iterator.next();
iterator.remove();
// 關(guān)注 Read 和 Accept兩個事件
if (key.isAcceptable()) {
ServerSocketChannel server = (ServerSocketChannel) key.attachment();
// 將拿到的客戶端連接通道,注冊到selector上面
SocketChannel clientSocketChannel = server.accept();
clientSocketChannel.configureBlocking(false);
clientSocketChannel.register(selector, SelectionKey.OP_READ, clientSocketChannel);
System.out.println("收到新連接 : " + clientSocketChannel.getRemoteAddress());
}
if (key.isReadable()) {
SocketChannel socketChannel = (SocketChannel) key.attachment();
try {
ByteBuffer byteBuffer = ByteBuffer.allocate(1024);
while (socketChannel.isOpen() && socketChannel.read(byteBuffer) != -1) {
// 長連接情況下,需要手動判斷數(shù)據(jù)有沒有讀取結(jié)束 (此處做一個簡單的判斷: 超過0字節(jié)就認(rèn)為請求結(jié)束了)
if (byteBuffer.position() > 0) break;
}
if (byteBuffer.position() == 0) continue;
byteBuffer.flip();
byte[] content = new byte[byteBuffer.limit()];
byteBuffer.get(content);
System.out.println(new String(content));
System.out.println("收到數(shù)據(jù),來自：" + socketChannel.getRemoteAddress());
// 響應(yīng)結(jié)果 200
String response = "HTTP/1.1 200 OK\r\n" + "Content-Length: 11\r\n\r\n" + "Hello World";
ByteBuffer buffer = ByteBuffer.wrap(response.getBytes());
while (buffer.hasRemaining()) {
socketChannel.write(buffer);
}
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
key.cancel(); // 取消事件訂閱
}
}
selector.selectNow();
}
}
}
} 客戶端代碼示例：
public class NIOClient {
public static void main(String[] args) throws IOException {
// 客戶端主動發(fā)起連接
SocketChannel socketChannel = SocketChannel.open();
// 設(shè)置為非阻塞模式
socketChannel.configureBlocking(false);
socketChannel.connect(new InetSocketAddress("127.0.0.1", 8080));
while (!socketChannel.finishConnect()) {
// 沒連接上,則一直等待
Thread.yield();
}
Scanner scanner = new Scanner(System.in);
System.out.println("請輸入：");
// 發(fā)送內(nèi)容
String msg = scanner.nextLine();
ByteBuffer byteBuffer = ByteBuffer.wrap(msg.getBytes());
while (byteBuffer.hasRemaining()) {
socketChannel.write(byteBuffer);
}
// 讀取響應(yīng)
System.out.println("收到服務(wù)端響應(yīng):");
ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024);
while (socketChannel.isOpen() && socketChannel.read(buffer) != -1) {
// 長連接情況下,需要手動判斷數(shù)據(jù)有沒有讀取結(jié)束 (此處做一個簡單的判斷: 超過0字節(jié)就認(rèn)為請求結(jié)束了)
if (buffer.position() > 0) break;
}
buffer.flip();
byte[] content = new byte[buffer.limit()];
buffer.get(content);
System.out.println(new String(content));
scanner.close();
socketChannel.close();
}
}
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