chenssy
致力打造Java精品博客站点

【死磕Netty】—–NIO基础详解

原文出处http://cmsblogs.com/ 『chenssy』
转载请注明原创出处,谢谢!

Netty 是基于Java NIO 封装的网络通讯框架,只有充分理解了 Java NIO 才能理解好Netty的底层设计。Java NIO 由三个核心组件组件:

  • Buffer
  • Channel
  • Selector

缓冲区 Buffer

Buffer 是一个数据对象,我们可以把它理解为固定数量的数据的容器,它包含一些要写入或者读出的数据。

在 Java NIO 中,任何时候访问 NIO 中的数据,都需要通过缓冲区(Buffer)进行操作。读取数据时,直接从缓冲区中读取,写入数据时,写入至缓冲区。NIO 最常用的缓冲区则是 ByteBuffer。下图是 Buffer 继承关系图:

Buffer 继承关系图

每一个 Java 基本类型都对应着一种 Buffer,他们都包含这相同的操作,只不过是所处理的数据类型不同而已。

通道 Channel

Channel 是一个通道,它就像自来水管一样,网络数据通过 Channel 这根水管读取和写入。传统的 IO 是基于流进行操作的,Channle 和类似,但又有些不同:

区别 通过Channel
支持异步 不支持 支持
是否可双向传输数据 不能,只能单向 可以,既可以从通道读取数据,也可以向通道写入数据
是否结合 Buffer 使用 必须结合 Buffer 使用
性能 较低 较高

正如上面说到的,Channel 必须要配合 Buffer 一起使用,我们永远不可能将数据直接写入到 Channel 中,同样也不可能直接从 Channel 中读取数据。都是通过从 Channel 读取数据到 Buffer 中或者从 Buffer 写入数据到 Channel 中,如下:

Channel-Buffer

简单点说,Channel 是数据的源头或者数据的目的地,用于向 buffer 提供数据或者读取 buffer 数据,并且对 I/O 提供异步支持。

下图是 Channel 的类图(http://blog.csdn.net/tsyj810883979/article/details/6876594

Channel

Channel 为最顶层接口,所有子 Channel 都实现了该接口,它主要用于 I/O 操作的连接。定义如下:

public interface Channel extends Closeable {

    /**
     * 判断此通道是否处于打开状态。 
     */
    public boolean isOpen();

    /**
     *关闭此通道。
     */
    public void close() throws IOException;

}

最为重要的Channel实现类为:

  • FileChannel:一个用来写、读、映射和操作文件的通道
  • DatagramChannel:能通过 UDP 读写网络中的数据
  • SocketChannel: 能通过 TCP 读写网络中的数据
  • ServerSocketChannel:可以监听新进来的 TCP 连接,像 Web 服务器那样。对每一个新进来的连接都会创建一个 SocketChannel

多路复用器 Selector

多路复用器 Selector,它是 Java NIO 编程的基础,它提供了选择已经就绪的任务的能力。从底层来看,Selector 提供了询问通道是否已经准备好执行每个 I/O 操作的能力。简单来讲,Selector 会不断地轮询注册在其上的 Channel,如果某个 Channel 上面发生了读或者写事件,这个 Channel 就处于就绪状态,会被 Selector 轮询出来,然后通过 SelectionKey 可以获取就绪 Channel 的集合,进行后续的 I/O 操作。

Selector 允许一个线程处理多个 Channel ,也就是说只要一个线程复杂 Selector 的轮询,就可以处理成千上万个 Channel ,相比于多线程来处理势必会减少线程的上下文切换问题。下图是一个 Selector 连接三个 Channel :

Selector-Channel

实例

服务端

public class NIOServer {

    /*接受数据缓冲区*/
    private ByteBuffer sendbuffer = ByteBuffer.allocate(1024);
    /*发送数据缓冲区*/
    private  ByteBuffer receivebuffer = ByteBuffer.allocate(1024);

    private Selector selector;

    public NIOServer(int port) throws IOException {
        // 打开服务器套接字通道
        ServerSocketChannel serverSocketChannel = ServerSocketChannel.open();
        // 服务器配置为非阻塞
        serverSocketChannel.configureBlocking(false);
        // 检索与此通道关联的服务器套接字
        ServerSocket serverSocket = serverSocketChannel.socket();
        // 进行服务的绑定
        serverSocket.bind(new InetSocketAddress(port));
        // 通过open()方法找到Selector
        selector = Selector.open();
        // 注册到selector,等待连接
        serverSocketChannel.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT);
        System.out.println("Server Start----:");
    }

    //
    private void listen() throws IOException {
        while (true) {
            selector.select();
            Set<SelectionKey> selectionKeys = selector.selectedKeys();
            Iterator<SelectionKey> iterator = selectionKeys.iterator();
            while (iterator.hasNext()) {
                SelectionKey selectionKey = iterator.next();
                iterator.remove();
                handleKey(selectionKey);
            }
        }
    }

    private void handleKey(SelectionKey selectionKey) throws IOException {
        // 接受请求
        ServerSocketChannel server = null;
        SocketChannel client = null;
        String receiveText;
        String sendText;
        int count=0;
        // 测试此键的通道是否已准备好接受新的套接字连接。
        if (selectionKey.isAcceptable()) {
            // 返回为之创建此键的通道。
            server = (ServerSocketChannel) selectionKey.channel();
            // 接受到此通道套接字的连接。
            // 此方法返回的套接字通道(如果有)将处于阻塞模式。
            client = server.accept();
            // 配置为非阻塞
            client.configureBlocking(false);
            // 注册到selector,等待连接
            client.register(selector, SelectionKey.OP_READ);
        } else if (selectionKey.isReadable()) {
            // 返回为之创建此键的通道。
            client = (SocketChannel) selectionKey.channel();
            //将缓冲区清空以备下次读取
            receivebuffer.clear();
            //读取服务器发送来的数据到缓冲区中
            count = client.read(receivebuffer);
            if (count > 0) {
                receiveText = new String( receivebuffer.array(),0,count);
                System.out.println("服务器端接受客户端数据--:"+receiveText);
                client.register(selector, SelectionKey.OP_WRITE);
            }
        } else if (selectionKey.isWritable()) {
            //将缓冲区清空以备下次写入
            sendbuffer.clear();
            // 返回为之创建此键的通道。
            client = (SocketChannel) selectionKey.channel();
            sendText="message from server--";
            //向缓冲区中输入数据
            sendbuffer.put(sendText.getBytes());
            //将缓冲区各标志复位,因为向里面put了数据标志被改变要想从中读取数据发向服务器,就要复位
            sendbuffer.flip();
            //输出到通道
            client.write(sendbuffer);
            System.out.println("服务器端向客户端发送数据--:"+sendText);
            client.register(selector, SelectionKey.OP_READ);
        }
    }

    /**
    * @param args
    * @throws IOException
    */
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        int port = 8080;
        NIOServer server = new NIOServer(port);
        server.listen();
    }
}

客户端

public class NIOClient {
    /*接受数据缓冲区*/
    private static ByteBuffer sendbuffer = ByteBuffer.allocate(1024);
    /*发送数据缓冲区*/
    private static ByteBuffer receivebuffer = ByteBuffer.allocate(1024);

    public static void main(String[] args) throws IOException {
        // 打开socket通道
        SocketChannel socketChannel = SocketChannel.open();
        // 设置为非阻塞方式
        socketChannel.configureBlocking(false);
        // 打开选择器
        Selector selector = Selector.open();
        // 注册连接服务端socket动作
        socketChannel.register(selector, SelectionKey.OP_CONNECT);
        // 连接
        socketChannel.connect(new InetSocketAddress("127.0.0.1", 8080));

        Set<SelectionKey> selectionKeys;
        Iterator<SelectionKey> iterator;
        SelectionKey selectionKey;
        SocketChannel client;
        String receiveText;
        String sendText;
        int count=0;

        while (true) {
            //选择一组键,其相应的通道已为 I/O 操作准备就绪。
            //此方法执行处于阻塞模式的选择操作。
            selector.select();
            //返回此选择器的已选择键集。
            selectionKeys = selector.selectedKeys();
            //System.out.println(selectionKeys.size());
            iterator = selectionKeys.iterator();
            while (iterator.hasNext()) {
                selectionKey = iterator.next();
                if (selectionKey.isConnectable()) {
                    System.out.println("client connect");
                    client = (SocketChannel) selectionKey.channel();
                    // 判断此通道上是否正在进行连接操作。
                    // 完成套接字通道的连接过程。
                    if (client.isConnectionPending()) {
                        client.finishConnect();
                        System.out.println("完成连接!");
                        sendbuffer.clear();
                        sendbuffer.put("Hello,Server".getBytes());
                        sendbuffer.flip();
                        client.write(sendbuffer);
                    }
                    client.register(selector, SelectionKey.OP_READ);
                } else if (selectionKey.isReadable()) {
                    client = (SocketChannel) selectionKey.channel();
                    //将缓冲区清空以备下次读取
                    receivebuffer.clear();
                    //读取服务器发送来的数据到缓冲区中
                    count=client.read(receivebuffer);
                    if(count>0){
                        receiveText = new String( receivebuffer.array(),0,count);
                        System.out.println("客户端接受服务器端数据--:"+receiveText);
                        client.register(selector, SelectionKey.OP_WRITE);
                    }

                } else if (selectionKey.isWritable()) {
                    sendbuffer.clear();
                    client = (SocketChannel) selectionKey.channel();
                    sendText = "message from client--";
                    sendbuffer.put(sendText.getBytes());
                    //将缓冲区各标志复位,因为向里面put了数据标志被改变要想从中读取数据发向服务器,就要复位
                    sendbuffer.flip();
                    client.write(sendbuffer);
                    System.out.println("客户端向服务器端发送数据--:"+sendText);
                    client.register(selector, SelectionKey.OP_READ);
                }
            }
            selectionKeys.clear();
        }
    }
}

运行结果

服务端运行结果客户端运行结果

谢谢阅读,祝好!!!

参考

如未加特殊说明,此网站文章均为原创,转载必须注明出处。cmsblogs-chenssy » 【死磕Netty】—–NIO基础详解

分享到:更多 ()

Chenssy's Blog | 致力打造个人精品博客

联系作者读书系统