JAVA NIO编程入门（二）

上一篇文章 JAVA NIO编程入门（一） 我们学习了NIO编程的基础知识，并通过一个小demo实战帮助了解NIO编程的channel，buffer等概念。本文会继续学习JAVA NIO编程，并通过一个小示例来帮助理解相关知识，通过本文你将可以学习到

• buffer的聚集和分散（Scatter/Gather）
• SocketChannel和ServerSocketChannel的使用
• 选择器的使用

二、什么是聚集和分散（Scatter/Gather）

• 分散（scatter）从Channel中读取是指在读操作时将读取的数据写入多个buffer中。因此，Channel将从Channel中读取的数据“分散（scatter）”到多个Buffer中。
• 聚集（gather）写入Channel是指在写操作时将多个buffer的数据写入同一个Channel，因此，Channel 将多个Buffer中的数据“聚集（gather）”后发送到Channel。

分散（Scatter）示意图

从通道填充buffer，必须填充完前一个buffer才会填充后面的buffer，这也意味着不能动态调整每个buffer的接受大小。

聚集（Gather）示意图

聚集和分散是相反的形式，从buffer写入数据到通道，只会写入buffer的positon位置到limit位置的内容，也就是意味着可以动态的写入内容到通道中。

三、选择器

什么是选择器

Selector（选择器）是Java NIO中能够检测多个NIO通道，并能够知道通道是否为诸如读写事件做好准备的组件。这样，一个单独的线程可以管理多个channel，从而管理多个网络连接，提高效率。

为什么要用选择器

使用了选择器就可以用一个线程管理多个channel，如果多个channel由多个线程管理，线程之前的切换是消耗资源的，而单个线程就避免了线程之间切换的消耗。

选择器常用方法

四、实战

实战需求说明

编码客户端和服务端，服务端可以接受客户端的请求，并返回一个报文，客户端接受报文并解析输出。

服务端代码

try {
            //创建一个服socket并打开
            ServerSocketChannel serverSocketChannel = ServerSocketChannel.open();
            //监听绑定8090端口
            serverSocketChannel.socket().bind(new InetSocketAddress(8090));
            //设置为非阻塞模式
            serverSocketChannel.configureBlocking(false);
            while(true){
            //获取请求连接
                SocketChannel socketChannel = serverSocketChannel.accept();
                if (socketChannel!=null){
                    ByteBuffer buf1 = ByteBuffer.allocate(1024);
                    socketChannel.read(buf1);
                    buf1.flip();
                    if(buf1.hasRemaining())
                        System.out.println(">>>服务端收到数据："+new String(buf1.array()));
                    buf1.clear();
                //构造返回的报文，分为头部和主体，实际情况可以构造复杂的报文协议，这里只演示，不做特殊设计。
                    ByteBuffer header = ByteBuffer.allocate(6);
                    header.put("[head]".getBytes());
                    ByteBuffer body   = ByteBuffer.allocate(1024);
                    body.put("i am body!".getBytes());
                    header.flip();
                    body.flip();
                    ByteBuffer[] bufferArray = { header, body };
                    socketChannel.write(bufferArray);

                    socketChannel.close();
                }else{
                    Thread.sleep(1000);
                }
            }
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
复制代码

服务端selector(选择器版本)

try {
            //打开选择器
            Selector selector = Selector.open();
            ServerSocketChannel serverSocketChannel = ServerSocketChannel.open();
            serverSocketChannel.socket().bind(new InetSocketAddress(8090));
            serverSocketChannel.configureBlocking(false);
            //向通道注册选择器，并且注册接受事件
            serverSocketChannel.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT);
            while (true) {
                //获取已经准备好的通道数量
                int readyChannels = selector.selectNow();
                //如果没准备好，重试
                if (readyChannels == 0) continue;
                //获取准备好的通道中的事件集合
                Set selectedKeys = selector.selectedKeys();
                Iterator keyIterator = selectedKeys.iterator();
                while (keyIterator.hasNext()) {
                    SelectionKey key = (SelectionKey) keyIterator.next();
                    if (key.isAcceptable()) {
                        //在自己注册的事件中写业务逻辑，
                         //我这里注册的是accept事件，
                         //这部分逻辑和上面非选择器服务端代码一样。
                        ServerSocketChannel serverSocketChannel1 = (ServerSocketChannel) key.channel();
                        SocketChannel socketChannel = serverSocketChannel1.accept();
                        ByteBuffer buf1 = ByteBuffer.allocate(1024);
                        socketChannel.read(buf1);
                        buf1.flip();
                        if (buf1.hasRemaining())
                            System.out.println(">>>服务端收到数据：" + new String(buf1.array()));
                        buf1.clear();

                        ByteBuffer header = ByteBuffer.allocate(6);
                        header.put("[head]".getBytes());
                        ByteBuffer body = ByteBuffer.allocate(1024);
                        body.put("i am body!".getBytes());
                        header.flip();
                        body.flip();
                        ByteBuffer[] bufferArray = {header, body};
                        socketChannel.write(bufferArray);

                        socketChannel.close();
                    } else if (key.isConnectable()) {
                    } else if (key.isReadable()) {
                    } else if (key.isWritable()) {

                    }
                    //注意每次迭代末尾的keyIterator.remove()调用。
                    //Selector不会自己从已选择键集中移除SelectionKey实例。必须在处理完通道时自己移除。
                    //下次该通道变成就绪时，Selector会再次将其放入已选择键集中
                    keyIterator.remove();
                }
            }
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
复制代码

客户端代码

try {
            //打开socket连接，连接本地8090端口，也就是服务端
            SocketChannel socketChannel = SocketChannel.open();
            socketChannel.connect(new InetSocketAddress("127.0.0.1", 8090));
            //请求服务端，发送请求
            ByteBuffer buf1 = ByteBuffer.allocate(1024);
            buf1.put("来着客户端的请求".getBytes());
            buf1.flip();
            if (buf1.hasRemaining())
                socketChannel.write(buf1);
            buf1.clear();
            //接受服务端的返回，构造接受缓冲区，我们定义头6个字节为头部，后续其他字节为主体内容。
            ByteBuffer header = ByteBuffer.allocate(6);
            ByteBuffer body   = ByteBuffer.allocate(1024);
            ByteBuffer[] bufferArray = { header, body };

            socketChannel.read(bufferArray);
            header.flip();
            body.flip();
            if (header.hasRemaining())
                System.out.println(">>>客户端接收头部数据：" + new String(header.array()));
            if (body.hasRemaining())
                System.out.println(">>>客户端接收body数据：" + new String(body.array()));
            header.clear();
            body.clear();


            socketChannel.close();
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
复制代码

运行结果

服务端：

客户端：

这里给出了服务端代码的两个版本，一个是非选择器的版本，一个是选择器的版本。查看最后运行结果，发现客户端根据双方约定的协议格式，正确解析到了头部和body的内容，其实这也是聚集和分散最主要的作用和应用场景，在网络交互中，进行协议报文格式的定义和实现。后续学完NIO编程入门后我们最后进行总结性的实战，编写一个RPC的demo框架，实现分布式系统的远程调用，有兴趣的同学可以关注笔者和后续的文章。