nio的一些相关知识。

    技术2022-05-11  9

    本来打算自己写,但网上的资料太全了,就转过来顺便当作自用了。

    通过自己在网上搜索各方面的资料来了解一个知识,真的是很有难度,现在在想想上课,有老师在那讲课,这两者之间的效果真的相差甚远,所以更加要花时间去掌握好课堂内容。

    一、nio基于TCP的通信方式:(转自:http://bat0906.javaeye.com/blog/192677)对相关类的简单介绍     java.nio.*, 据说它提供了一些更加底层的一些功能,如:类似windows环境下的 AsyncSocket类的异步操作的功能,能显著降低server端程序的线程管理开销。     因为大多数应用是建立在TCP之上,所以在此只说说SocketChannel, ServerSocketChannel, Selector和ByteBuffer这几个类.前三个最终都源自channel类。而channel 类,可以理解为在具体I/O或文件对象之上抽象的一个操作对象,我们通过操作channel的读写达到对其对应的文件或I/O对象(包括socket)读 写的目的。读写的内容在内存中放在ByteBuffer类提供的缓冲区。总而言之,channel作为一个桥梁,连接了I/O对象和内存中的 ByteBuffer,实现了I/O的更高效的存取。     一个基于TCP的服务器端程序,必然有个侦听端和若干个通信端,它们在nio中由对应的ServerSocketChannel 和SocketChannel类来实现。为了达到异步I/O操作的目的,需要Selector类,它能检测到I/O对象的状态。     SocketChannel类是抽象类,通过调用它的静态函数open(),可生成一个 SocketChannel对象,该对象对应一个java.net.Socket,可通过SocketChannel.socket()获得,而其对应的Socket也可通过调用函数getChannel()得到已建立的相应SocketChannel。     SocketChannel与它的socket是一一对应的。SocketChannel的操作与Socket也很相似.     ServerSocketChannel也是通过调用它的静态函数open()生成的,只是它不能 直接调用bind()函数来绑定一个地址,需要它对应的ServerSocket来完成绑定工作,一般可按如下步骤做:     ServerSocketChannel ssc = new ServerSocketChannel.open();     ssc.socket().bind(InetSocketAddress(host,port));     罗嗦了半天,还是看看最简单的C/S实现吧,服务器提供了基本的回射(echo)功 能,其中提供了较详细的注释。 源码分析 1.服务器端: //AsyncServer.java //   by zztudou@163.com import java.nio.channels.SocketChannel; import java.nio.channels.ServerSocketChannel; import java.nio.channels.SelectionKey; import java.nio.channels.Selector; import java.nio.ByteBuffer; import java.nio.channels.SelectableChannel; import java.nio.channels.spi.SelectorProvider; import java.net.ServerSocket; import java.net.Socket; import java.net.InetSocketAddress; import java.net.SocketAddress; import java.util.Iterator; import java.util.LinkedList; import java.io.IOException; class AsyncServer implements Runnable{ private ByteBuffer r_buff = ByteBuffer.allocate(1024); private ByteBuffer w_buff = ByteBuffer.allocate(1024); private static int port = 8848; public AsyncServer(){ new Thread(this).start(); } public void run(){   try{    //生成一个侦听端    ServerSocketChannel ssc = ServerSocketChannel.open();    //将侦听端设为异步方式    ssc.configureBlocking(false);    //生成一个信号监视器    Selector s = Selector.open();    //侦听端绑定到一个端口    ssc.socket().bind(new InetSocketAddress(port));    //设置侦听端所选的异步信号OP_ACCEPT    ssc.register(s,SelectionKey.OP_ACCEPT);      System.out.println("echo server has been set up ......");    while(true){     int n = s.select();     if (n == 0) {//没有指定的I/O事件发生      continue;     }        Iterator it = s.selectedKeys().iterator();        while (it.hasNext()) {      SelectionKey key = (SelectionKey) it.next();      if (key.isAcceptable()) {//侦听端信号触发       ServerSocketChannel server = (ServerSocketChannel) key.channel();       //接受一个新的连接       SocketChannel sc = server.accept();       sc.configureBlocking(false);       //设置该socket的异步信号OP_READ:当socket可读时,      //触发函数DealwithData();       sc.register(s,SelectionKey.OP_READ);      }       if (key.isReadable()) {//某socket可读信号       DealwithData(key);      }         it.remove();     }    } } catch(Exception e){    e.printStackTrace(); } } public void DealwithData(SelectionKey key) throws IOException{ int count; //由key获取指定socketchannel的引用 SocketChannel sc = (SocketChannel)key.channel(); r_buff.clear(); //读取数据到r_buff while((count = sc.read(r_buff))> 0)    ; //确保r_buff可读 r_buff.flip(); w_buff.clear(); //将r_buff内容拷入w_buff w_buff.put(r_buff); w_buff.flip(); //将数据返回给客户端 EchoToClient(sc); w_buff.clear(); r_buff.clear(); } public void EchoToClient(SocketChannel sc) throws IOException{ while(w_buff.hasRemaining())    sc.write(w_buff); } public static void main(String args[]){ if(args.length > 0){    port = Integer.parseInt(args[0]); } new AsyncServer(); } } 在当前目录下运行:     javac AsynServer.java 后,若无编译出错,接下来可运行:     java AsynServer 或 java AsynServer ×××(端口号) 上述服务程序在运行时,可指定其侦听端口,否则程序会取8848为默认端口。 2.客户端的简单示例: //AsyncClient.java //   by zztudou@163.com import java.nio.channels.SocketChannel; import java.net.InetSocketAddress; import java.nio.ByteBuffer; import java.nio.channels.Selector; import java.nio.channels.SelectionKey; import java.io.IOException; import java.io.BufferedReader; import java.io.InputStreamReader; class AsyncClient{ private SocketChannel sc; private final int MAX_LENGTH = 1024; private ByteBuffer r_buff = ByteBuffer.allocate(MAX_LENGTH); private ByteBuffer w_buff = ByteBuffer.allocate(MAX_LENGTH); private static String host ; private static int port = 8848; public AsyncClient(){ try {    InetSocketAddress addr = new InetSocketAddress(host,port);    //生成一个socketchannel    sc = SocketChannel.open();            //连接到server    sc.connect(addr);    while(!sc.finishConnect())     ;    System.out.println("connection has been established!...");       while(true){     //回射消息     String echo;     try{      System.err.println("Enter msg you'd like to send: ");      BufferedReader br = new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in));      //输入回射消息      echo = br.readLine();          //把回射消息放入w_buff中        w_buff.clear();      w_buff.put(echo.getBytes());      w_buff.flip();     }catch(IOException ioe){      System.err.println("sth. is wrong with br.readline() ");     }       //发送消息     while(w_buff.hasRemaining())      sc.write(w_buff);     w_buff.clear();          //进入接收状态     Rec();     //间隔1秒     Thread.currentThread().sleep(1000);    } }catch(IOException ioe){    ioe.printStackTrace(); } catch(InterruptedException ie){    ie.printStackTrace(); } } //读取server端发回的数据,并显示 public void Rec() throws IOException{ int count; r_buff.clear(); count=sc.read(r_buff); r_buff.flip(); byte[] temp = new byte[r_buff.limit()]; r_buff.get(temp); System.out.println("reply is " + count +" long, and content is: " + new String(temp)); } public static void main(String args[]){ if(args.length < 1){//输入需有主机名或IP地址    try{     System.err.println("Enter host name: ");     BufferedReader br = new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in));     host = br.readLine();    }catch(IOException ioe){     System.err.println("sth. is wrong with br.readline() ");    } } else if(args.length == 1){    host = args[0]; } else if(args.length > 1){    host = args[0];    port = Integer.parseInt(args[1]); } new AsyncClient(); } } 在当前目录下运行: javac AsynClient.java 后,若无编译出错,确认AsyncServer已经运行的情况下,接下来可运行: java AsynClient hostname 或 java AsynClient hostname ×××(端口号) 并按提示进行操作即可。 总结     总的来说,用nio进行网络编程还是很有新意的,服务器端软件能在一个线程中维护与众多客户端的通信连接。笔者在本文中试图用一个典型的回射例子说明如何用nio建立最基本的C/S应用。希望大家能试着用用它。     另外,笔者在实践中也发现nio在应用中存在的一些难题,比如如何应用SocketChannel的继承类,以及如何在socketchannel之上应 用SSL(Secure Socket Layer)等等,因而希望这篇文章只是抛砖引玉,引起大家对nio作进一步的讨论。 在当前目录下运行:     javac AsynServer.java 后,若无编译出错,接下来可运行:     java AsynServer 或 java AsynServer ×××(端口号) 上述服务程序在运行时,可指定其侦听端口,否则程序会取8848为默认端口。

    二、nio基于UDP的通信方式:(转自:http://book.51cto.com/art/200902/109761.htm)

    5.7 数据报(UDP)信道

    Java的NIO包通过DatagramChannel类实现了数据报(UDP)信道。与我们之前看到的其他形式的 SelectableChannel一样,DatagramChannel在DatagramSocket上添加了选择和非阻塞行为,以及基于缓冲区的 I/O操作能力。

    DatagramChannel: 创建,连接和关闭

    static DatagramChannel open()boolean isOpen()DatagramSocket socket() void close()

    需要调用DatagramChannel的open()工厂方法来创建一个DatagramChannel实例,该实例是未绑定的。 DatagramChannel只是对基本DatagramSocket的一个包装器(wrapper)。使用其socket()方法可以直接访问内部的 DatagramSocket实例。这就允许通过调用基本的DatagramSocket方法进行绑定、设置套接字选项等操作。用完 DatagramChannel后,要调用它的close()方法将其关闭。

    只要创建了一个DatagramChannel实例,就可以非常直接地发送和接收数据。

    DatagramChannel: 发送和接收

    int send(ByteBuffer src, SocketAddress target)SocketAddress receive(ByteBuffer dst)

    send()方法用于创建一个包含了给定ByteBuffer中的数据的数据报文,并将其发送到目的地址指定的SocketAddress上。 receive()方法用于将接收到的数据报文存入指定缓冲区并返回发送者的地址。重要提示:如果缓冲区的剩余空间小于数据报文中的数据大小,多余的数据 将毫无提示地丢弃。

    以下代码段用于创建一个DatagramChannel实例,并将UTF-16编码的字符串"Hello"发送到运行在同一主机的5000端口上的UDP服务器上。

    DatagramChannel channel = DatagramChannel.open();ByteBuffer buffer = ByteBuffer.wrap("Hello".getBytes("UTF-16"));channel.send(buffer, new InetSocketAddress("localhost", 5000));

    以下代码段用于创建一个DatagramChannel实例,将底层的套接字绑定到5000端口,接收最长为20字节的数据报文,并将字节转换成使用UTF-16编码的字符串。

    DatagramChannel channel = DatagramChannel.open();channel.socket().bind(new InetSocketAddress(5000));ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocateDirect(20);SocketAddress address = channel.receive(buffer);buffer.flip();String received = Charset.forName("UTF-16").newDecoder().decode(buffer).toString();

    在上面的send()实例中,调用send()方法时并没有显式地绑定本地端口,因此将随机选择一个可用端口。相应的receive()方法用于返回一个SocketAddress,其中包含了端口号。

    如果总是向同一个远程终端发送或接收数据,我们可以选择调用connect()方法,并使用 SocketAddress指定远程终端的地址。

    DatagramChannel: 连接DatagramChannel

    DatagramChannel connect(SocketAddress remote)DatagramChannel disconnect()boolean isConnected()int read(ByteBuffer dst)long read(ByteBuffer[] dsts)long read(ByteBuffer[] dsts, int offset, int length)int write(ByteBuffer src)long write(ByteBuffer[] srcs)long write(ByteBuffer[] srcs, int offset, int length)

    这些方法限制我们只能通过指定的地址发送和接收数据。为什么要这样做呢?原因之一是调用connect()方法后,可以使用read()和 write()方法来代替receive()和send()方法,并且不需要处理远程地址。read()和write()方法分别用于接收和发送一个数据 报文。分散式读操作以一个ByteBuffer数组为参数,只接收一个数据报文,并按顺序将其填入缓冲区中。聚集式写操作将缓冲区数组中的所有字节连接起 来创建一个要传输的数据报文。重要提示:现在能够发送的最大数据报文可以包含65507个字节,试图发送更多的数据将被无提示地截断。

    使用connect()方法的另一个好处是,已建立连接的数据报文信道可能只接收从指定终端发送来的数据,因此我们不需要测试接收端的有效性。注 意,DatagramChannel的connect()方法只起到限制发送和接收终端的作用,连接时并没有数据包在SocketChannel上进行交 换,而且也不需要像SocketChannel那样等待或测试连接是否完成。(见第6章)

    到目前为止DatagramChannel看起来与DatagramSocket非常相似。数据报文信道和套接字的主要区别是,信道可以进行非阻塞 I/O操作和使用选择器。DatagramChannel中选择器的创建,信道的注册、选择等,与SocketChannel几乎一模一样。有一个区别是 DatagramChannel不能注册连接I/O操作,不过也不需要这样做,因为DatagramChannel的connect()方法永远不会阻 塞。

    DatagramChannel: 设置阻塞行为和使用选择器

    SelectableChannel configureBlocking(boolean block)boolean isBlocking()SelectionKey register(Selector sel, int ops)SelectionKey register(Selector sel, int ops, Object attachment)boolean isRegistered()int validOps()SelectionKey keyFor(Selector sel)

    这些方法的功能与SocketChannel和ServerSocketChannel中的相应方法一样。

    下面使用DatagramChannel对第4章中的DatagramSocket UDP回显服务器进行重写。服务器侦听指定的端口,并将接收到的数据报文简单地回发给客户端。重写后的服务器与原来版本的主要区别是它不会在send() 和receive()方法上阻塞等待。

    UDPEchoServerSelector.java

    0 import java.io.IOException;1 import java.net.InetSocketAddress;2 import java.net.SocketAddress;3 import java.nio.ByteBuffer;4 import java.nio.channels.DatagramChannel;5 import java.nio.channels.SelectionKey;6 import java.nio.channels.Selector;7 import java.util.Iterator;89 public class UDPEchoServerSelector {1011 private static final int TIMEOUT = 3000; // Wait timeout (milliseconds)1213 private static final int ECHOMAX = 255; // Maximum size of echo datagram1415 public static void main(String[] args) throws IOException {1617 if (args.length != 1) // Test for correct argument list18 throw new IllegalArgumentException("Parameter(s): <Port>");1920 int servPort = Integer.parseInt(args[0]);2122 // Create a selector to multiplex client connections.23 Selector selector = Selector.open();2425 DatagramChannel channel = DatagramChannel.open();26 channel.configureBlocking(false);27 channel.socket().bind(new InetSocketAddress(servPort));28 channel.register(selector, SelectionKey.OP_READ, new ClientRecord());2930 while (true) { // Run forever, receiving and echoing datagrams31 // Wait for task or until timeout expires32 if (selector.select(TIMEOUT) == 0) {33 System.out.print(".");34 continue;35 }3637 // Get iterator on set of keys with I/O to process38 Iterator<SelectionKey> keyIter = selector.selectedKeys().iterator();39 while (keyIter.hasNext()) {40 SelectionKey key = keyIter.next(); // Key is bit mask4142 // Client socket channel has pending data?43 if (key.isReadable())44 handleRead(key);4546 // Client socket channel is available for writing and47 // key is valid (i.e., channel not closed).48 if (key.isValid() && key.isWritable())49 handleWrite(key);5051 keyIter.remove();52 }53 }54 }5556 public static void handleRead(SelectionKey key) throws IOException {57 DatagramChannel channel = (DatagramChannel) key.channel();58 ClientRecord clntRec = (ClientRecord) key.attachment();59 clntRec.buffer.clear(); // Prepare buffer for receiving60 clntRec.clientAddress = channel.receive(clntRec.buffer);61 if (clntRec.clientAddress != null) { // Did we receive something?62 // Register write with the selector63 key.interestOps(SelectionKey.OP_WRITE);64 }65 }6667 public static void handleWrite(SelectionKey key) throws IOException {68 DatagramChannel channel = (DatagramChannel) key.channel();69 ClientRecord clntRec = (ClientRecord) key.attachment();70 clntRec.buffer.flip(); // Prepare buffer for sending71 int bytesSent = channel.send(clntRec.buffer, clntRec.clientAddress);72 if (bytesSent != 0) { // Buffer completely written?73 // No longer interested in writes74 key.interestOps(SelectionKey.OP_READ);75 }76 }7778 static class ClientRecord {79 public SocketAddress clientAddress;80 public ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(ECHOMAX);81 }82 }

    UDPEchoServerSelector.java


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