java网络编程阻塞_Java网络编程由浅入深三 一文了解非阻塞通信的图文代码示例详解...
本文詳細介紹組成非阻塞通信的幾大類：Buffer、Channel、Selector、SelectionKey
非阻塞通信的流程ServerSocketChannel通過open方法獲取ServerSocketChannel，通過ServerSocketChannel設置為非阻塞模式，再通過ServerSocketChannel獲取socket，綁定服務進程監聽端口。服務啟動成功。
然后就是非阻塞通信的精髓了，Selector通過靜態的open()方法獲取到Selector，然后ServerSocketChannel注冊Selection.OP_ACCEPT事件到Selector上。
Selector就會監控事件發生，Selector通過select()監控已發生的SelectionKey對象的數目，通過selectKeys()方法返回對應的selectionKey對象集合。遍歷該集合得到相應的selectionKey對象，通過該對象的channel()方法獲取關聯的ServerSocketChannel對象， 通過selector()方法就可以獲取關聯的Selector對象。
通過上面獲取的ServerSocketChannel執行accept()方法獲取SocketChannel，再通過SocketChannel設置為非阻塞模式，在將SocketChannel注冊到上面創建的Selector上，注冊SelectionKey.OP_READ |SelectionKey.OP_WRITE 事件。
Selector將在監控對應上面綁定的事件，監控到對應的事件的話執行讀和寫的操作。
示例代碼：
上面描述了服務端非阻塞方式通信的一個流程，下面通過具體代碼實現：/**
* 非阻塞模式
*
*/public class EchoServer2 {
private Selector selector = null;
private ServerSocketChannel serverSocketChannel = null;
private int port = 8001;
private Charset charset = Charset.forName("UTF-8");
public EchoServer2() throws IOException {
selector = Selector.open();
serverSocketChannel = ServerSocketChannel.open(); //服務器重啟的時候，重用端口
serverSocketChannel.socket().setReuseAddress(true); //設置非阻塞模式
serverSocketChannel.configureBlocking(false);
serverSocketChannel.socket().bind(new InetSocketAddress(port));
System.out.println("服務器啟動成功");
} /**
* 服務方法
*/
public void service() throws IOException {
serverSocketChannel.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT);
while (selector.select() > 0) {
Set readyKes = selector.selectedKeys();
Iterator it = readyKes.iterator();
while (it.hasNext()) {
SelectionKey key = null;
try {
key = (SelectionKey) it.next();
it.remove();
if (key.isAcceptable()) {
System.out.println("連接事件");
//連接事件
ServerSocketChannel ssc = (ServerSocketChannel) key.channel();
SocketChannel socketChannel = ssc.accept();
System.out.println("接收到客戶連接，來自：" + socketChannel.socket().getInetAddress() + " : " + socketChannel.socket().getPort());
socketChannel.configureBlocking(false);
ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024);
socketChannel.register(selector, SelectionKey.OP_READ |
SelectionKey.OP_WRITE, buffer);
} else if (key.isReadable()) {
//接收數據
receive(key);
} else if (key.isWritable()) {
//發送數據
send(key);
}
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
try {
if (key != null) {
key.cancel();
key.channel().close();
}
}catch (IOException ex){
ex.printStackTrace();
}
}
}
}
} private void send(SelectionKey key) throws IOException {
ByteBuffer buffer = (ByteBuffer) key.attachment();
SocketChannel channel = (SocketChannel) key.channel();
buffer.flip(); //把極限設置為位置，把位置設置為0
String data = decode(buffer);
if (data.indexOf("\r\n") == -1) {
return;
}
String outputData = data.substring(0, data.indexOf("\n") + 1);
System.out.println("請求數據：" + outputData);
ByteBuffer outputBuffer = encode("echo:" + outputData);
while (outputBuffer.hasRemaining()) {
channel.write(outputBuffer);
}
ByteBuffer temp = encode(outputData);
buffer.position(temp.limit());
buffer.compact(); if (outputData.equals("bye\r\n")) {
key.cancel();
channel.close();
System.out.println("關閉與客戶的連接");
}
} private String decode(ByteBuffer buffer) {
CharBuffer charBuffer = charset.decode(buffer); return charBuffer.toString();
} private ByteBuffer encode(String s) { return charset.encode(s);
} private void receive(SelectionKey key) throws IOException {
ByteBuffer buffer = (ByteBuffer) key.attachment();
SocketChannel socketChannel = (SocketChannel) key.channel();
ByteBuffer readBuff = ByteBuffer.allocate(32);
socketChannel.read(readBuff);
readBuff.flip();
buffer.limit(buffer.capacity());
buffer.put(readBuff);
} public static void main(String[] args) throws IOException { new EchoServer2().service();
}
}/**
* 創建非阻塞客戶端
*
*/public class EchoClient2 {
private SocketChannel socketChannel; private int port = 8001; private Selector selector; private ByteBuffer sendBuffer = ByteBuffer.allocate(1024); private ByteBuffer receiveBuffer = ByteBuffer.allocate(1024); private Charset charset = Charset.forName("UTF-8"); public EchoClient2() throws IOException {
socketChannel = SocketChannel.open();
InetSocketAddress inetSocketAddress = new InetSocketAddress(InetAddress.getLocalHost(), port);
socketChannel.connect(inetSocketAddress);//
socketChannel.configureBlocking(false);//設置為非阻塞模式
System.out.println("與服務器連接成功");
selector = Selector.open();
} public static void main(String[] args) throws IOException { final EchoClient2 client = new EchoClient2();
Thread receiver = new Thread(new Runnable() { @Override
public void run() {
client.receiveFromUser();
}
});
receiver.start();
client.talk();
} private void receiveFromUser() { try {
System.out.println("請輸入數據：");
BufferedReader localReader = new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in));
String msg = null; while ((msg = localReader.readLine()) != null) {
System.out.println("用戶輸入的數據：" + msg); synchronized (sendBuffer) {
sendBuffer.put(encode(msg + "\r\n"));
} if (msg.equalsIgnoreCase("bye")) { break;
}
}
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
} private ByteBuffer encode(String s) { return charset.encode(s);
} private void talk() throws IOException {
socketChannel.register(selector, SelectionKey.OP_READ | SelectionKey.OP_WRITE); while (selector.select() > 0) {
Set keys = selector.selectedKeys();
Iterator it = keys.iterator(); while (it.hasNext()) {
SelectionKey key = null; try {
key = it.next();
it.remove(); if (key.isReadable()) { //System.out.println("讀事件");
//讀事件
receive(key);
} if (key.isWritable()) { // System.out.println("寫事件");
//寫事件
send(key);
}
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace(); if (key != null) {
key.cancel();
key.channel().close();
}
}
}
}
} private void send(SelectionKey key) throws IOException {
SocketChannel channel = (SocketChannel) key.channel(); synchronized (sendBuffer) {
sendBuffer.flip();//把極限設為位置，把位置設為零
channel.write(sendBuffer);
sendBuffer.compact();//刪除已經發送的數據。
}
} private void receive(SelectionKey key) throws IOException {
SocketChannel channel = (SocketChannel) key.channel();
channel.read(receiveBuffer);
receiveBuffer.flip();//將limit的值設置為position的值，將position的值設置為0
String receiveData = decode(receiveBuffer); if (receiveData.indexOf("\n") == -1) { return;
}
String outputData = receiveData.substring(0, receiveData.indexOf("\n") + 1);
System.out.println("響應數據：" + outputData); if (outputData.equalsIgnoreCase("echo:bye\r\n")) {
key.cancel();
socketChannel.close();
;
System.out.println("關閉與服務器的連接");
selector.close();
System.exit(0);
}
ByteBuffer temp = encode(outputData);
receiveBuffer.position(temp.limit());
receiveBuffer.compact();//刪除已經打印的數據
} private String decode(ByteBuffer receiveBuffer) {
CharBuffer buffer = charset.decode(receiveBuffer); return buffer.toString();
}
}
實現非阻塞通信的方式緩沖區
通道
Selector
緩沖區作用：減少物理讀寫次數，減少內存創建和銷毀次數。 緩沖區的屬性：capacity(最大容量)、limit(實際容量)、position(當前位置)。PS：其他地方是翻譯成capacity(容量)、limit(極限)、position位置)，我個人覺得翻譯成上面的更好理解，為啥通過下面的方法解析和圖解就可明白。當然最好通過英文表達這樣最清楚。
三個屬性的關系為：capacity≥limit≥position≥0
圖解關系如下：
緩沖區類結構：
java.nio.ByteBuffer類是一個抽象類，不能被實例化。但是提供了8個具體的實現類，其中最基本的的緩沖區是ByteBuffer，它存放的數據單元是字節。
常用方法：
clear()：把limit設置為capacity，再把位置設為0
flip()：把limit設置為position，再把位置設置為0。
rewind()：不改變limit，把位置設為0。
allocate():創建一個緩沖中，方法參數指定緩沖區大小
compact():將緩沖區的當前位置和界限之間的字節(如果有)復制到緩沖區的開始處。
測試上述方法：
測試clear()方法@Test
public void testClear() { //創建一個10chars大小的緩沖區，默認情況下limit和capacity是相等的
CharBuffer buffer = CharBuffer.allocate(10);
System.out.println("創建默認情況");
printBufferInfo(buffer);
buffer.limit(8);//修改limit的值
System.out.println("修改limit后");
printBufferInfo(buffer); // clear()：把limit設置為capacity，再把位置設為0
buffer.clear();
System.out.println("執行clear()方法后");
printBufferInfo(buffer);
}
執行結果如下：
測試flip()方法：@Test
public void testFlip() {
CharBuffer buffer = CharBuffer.allocate(10);
System.out.println("創建默認情況");
printBufferInfo(buffer); //put的方法會修改position的值
buffer.put('H');
buffer.put('E');
buffer.put('L');
buffer.put('L');
buffer.put('O');
System.out.println("調用put方法后：");
printBufferInfo(buffer); //flip()：把limit設置為position，再把位置設置為0。
buffer.flip();
System.out.println("調用flip方法后：");
printBufferInfo(buffer);
}
執行結果如下：
測試rewind()方法@Test
public void testRewind() {
CharBuffer buffer = CharBuffer.allocate(10);
System.out.println("創建默認情況");
printBufferInfo(buffer); //put的方法會修改position的值
buffer.put('H');
buffer.put('E');
buffer.put('L');
buffer.put('L');
buffer.put('O');
buffer.limit(8);
System.out.println("調用put、limit方法后：");
printBufferInfo(buffer); //rewind()：不改變limit，把位置設為0。
buffer.rewind();
System.out.println("調用rewind方法后：");
printBufferInfo(buffer);
}
執行結果如下：
測試compact()方法@Test
public void testCompact(){
CharBuffer buffer = CharBuffer.allocate(10);
System.out.println("創建默認情況");
printBufferInfo(buffer); //put的方法會修改position的值
buffer.put('H');
buffer.put('E');
buffer.put('L');
buffer.put('L');
buffer.put('O');
buffer.limit(8);//修改limit的值
System.out.println("調用put和limit方法后：");
printBufferInfo(buffer);
System.out.println("調用compact方法后："); //將緩沖區的當前位置和界限之間的字節(如果有)復制到緩沖區的開始處。
buffer.compact();
printBufferInfo(buffer);
}
這是JDK中介紹該方法的作用：
將緩沖區的當前位置和界限之間的字節(如果有)復制到緩沖區的開始處。即將索引 p = position() 處的字節復制到索引 0 處，將索引 p + 1 處的字節復制到索引 1 處，依此類推，直到將索引 limit() - 1 處的字節復制到索引 n = limit() - 1 - p 處。然后將緩沖區的位置設置為 n+1，并將其界限設置為其容量。如果已定義了標記，則丟棄它。
官方表示的太難理解了：
將緩沖區的當前位置和界限之間的字節(如果有)復制到緩沖區的開始處。并將limit(實際容量)設置為 capacity(最大容量)。執行compact()方法前，limit的值是：8，position的值是：5。按照上面描述的執行完compact()后，position的值計算方式是：n+1;n=limit-1-p;所有n=8-1-5=2,最后position的值為：2+1=3。和程序運行的結果一致。
可以在這種情況：從緩沖區寫入數據之后調用此方法，以防寫入不完整。buf.clear(); // Prepare buffer for use
while (in.read(buf) >= 0 || buf.position != 0) {
buf.flip();
out.write(buf);
buf.compact(); // In case of partial write
}
如果out.write()方法沒有將緩存中的數據讀取完，這個時候的position位置指向的是剩余數據的位置。達到防止寫入不完整。
通道作用： 連接緩沖區與數據源或數據目的地。
常用類：
Channel
接口有下面兩個子接口ReadableByteChannel和WritableByteChannel和一個抽象實現類SelectableChannel。
在ReadableByteChannel接口中申明了read(ByteBuffer
dst)方法。在WritableByteChannel接口中申明了write(ByteBuffer[]
srcs)：方法。SelectableChannel抽象類中主要方法，configureBlocking(boolean
block)、register();方法。 ByteChannel
接口繼承了ReadableChannel和WritableChannel。所以ByteChannel具有讀和寫的功能。
ServerSocketChannel繼承了SelectableChannel類抽象類，所以SocketChannel具有設置是否是阻塞模式、向selector注冊事件功能。
SocketChannel也繼承了SelectableChannel類還實現ByteChannel接口，所以SocketChannel具有設置是否是阻塞模式、向selector注冊事件、從緩沖區讀寫數據的功能。
通過類圖展現：
Selector類：作用：只要ServerSocketChannel及SocketChannel向Selector注冊了特定的事件，Selector就會監聽這些事件的發生。
流程：
Selector通過靜態的open()方法創建一個Selector對象，SelectableChannel類向Selector注冊了特定的事件。Selector就會監控這些事件發生，Selector通過select()監控已發生的SelectionKey對象的數目，通過selectKeys()方法返回對應的selectionKey對象集合。遍歷該集合得到相應的selectionKey對象，通過該對象的channel()方法獲取關聯的SelectableChannel對象，
通過selector()方法就可以獲取關聯的Selector對象。
Note：
當Selector的select()方法還有一個重載方式:select(long timeout)。并且該方法采用阻塞的工作方式，如果相關事件的selectionKey對象的數目一個也沒有，就進入阻塞狀態。知道出現以下情況之一，才從select()方法中返回。至少有一個SelectionKey的相關事件已經發生。
其他線程調用了Selector的wakeup()方法，導致執行select()方法的線程立即返回。
當前執行的select()方法的線程被中斷。
超出了等待時間。僅限調用select(long timeout)方法時出現。如果沒有設置超時時間，則永遠不會超時。Selector類有兩個非常重要的方法： 靜態方法open()，這是Selector的靜態工廠方法，創建一個Selector對象。
selectedKeys()方法返回被Selector捕獲的SelectionKey的集合。
SelectionKey類作用：
ServerSocketChannel或SocketChannel通過register()方法向Selector注冊事件時，register()方法會創建一個SelectionKey對象，該對象是用來跟蹤注冊事件的句柄。在SelectionKey對象的有效期間，Selector會一直監控與SelectionKey對象相關的事件，如果事件發生，就會把SelectionKey對象添加到Selected-keys集合中。
SelectionKey中定義的事件： 定義了4種事件：
1、SelectionKey.OP_ACCEPT：接收連接就緒事件，表示服務器監聽到了客戶連接，服務器可以接收這個連接了。常量值為16.
2、SelectionKey.OP_CONNECT：連接就緒事件，表示客戶與服務器的連接已經建立成功。常量值為8.
3、SelectionKey.OP_READ：讀就緒事件，表示通道中已經有了可讀數據可以執行讀操作。常量值為1.
4、SelectionKey.OP_WRITE：寫就緒事件，表示已經可以向通道寫數據了。常量值為4.
常用方法：
channel()方法：返回與它關聯的SelectedChannel(包括ServerSocketChannel和SocketChannel)。
selector()方法：返回與它關聯的Selector對象。
它們之間的關系如下：
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總結
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