JAVA NIO編程入門（二）

1、回顧

上一篇文章 JAVA NIO編程入門（一）咱們學習了NIO編程的基礎知識，並經過一個小demo實戰幫助瞭解NIO編程的channel，buffer等概念。本文會繼續學習JAVA NIO編程，並經過一個小示例來幫助理解相關知識，經過本文你將能夠學習到

• buffer的彙集和分散（Scatter/Gather）
• SocketChannel和ServerSocketChannel的使用
• 選擇器的使用

2、什麼是彙集和分散（Scatter/Gather）

• 分散（scatter）從Channel中讀取是指在讀操做時將讀取的數據寫入多個buffer中。所以，Channel將從Channel中讀取的數據「分散（scatter）」到多個Buffer中。
• 彙集（gather）寫入Channel是指在寫操做時將多個buffer的數據寫入同一個Channel，所以，Channel 將多個Buffer中的數據「彙集（gather）」後發送到Channel。

分散（Scatter）示意圖

從通道填充buffer，必須填充完前一個buffer纔會填充後面的buffer，這也意味着不能動態調整每一個buffer的接受大小。

彙集（Gather）示意圖

彙集和分散是相反的形式，從buffer寫入數據到通道，只會寫入buffer的positon位置到limit位置的內容，也就是意味着能夠動態的寫入內容到通道中。

3、選擇器

什麼是選擇器

Selector（選擇器）是Java NIO中可以檢測多個NIO通道，並可以知道通道是否爲諸如讀寫事件作好準備的組件。這樣，一個單獨的線程能夠管理多個channel，從而管理多個網絡鏈接，提升效率。

爲何要用選擇器

使用了選擇器就能夠用一個線程管理多個channel，若是多個channel由多個線程管理，線程以前的切換是消耗資源的，而單個線程就避免了線程之間切換的消耗。

選擇器經常使用方法

方法名	功能
register(Selector sel, int ops)	向選擇器註冊通道，而且能夠選擇註冊指定的事件，目前事件分爲4種；1.Connect，2.Accept，3.Read，4.Write，一個通道能夠註冊多個事件
select()	阻塞到至少有一個通道在你註冊的事件上就緒了
selectNow()	不會阻塞，無論什麼通道就緒都馬上返回
select(long timeout)	和select()同樣，除了最長會阻塞timeout毫秒(參數)
selectedKeys()	一旦調用了select()方法，而且返回值代表有一個或更多個通道就緒了，而後能夠經過調用selector的selectedKeys()方法，訪問「已選擇鍵集（selected key set）」中的就緒通道
wakeUp()	能夠使調用select()阻塞的對象返回，不阻塞。
close()	用完Selector後調用其close()方法會關閉該Selector，且使註冊到該Selector上的全部SelectionKey實例無效。通道自己並不會關閉

4、實戰

實戰需求說明

編碼客戶端和服務端，服務端能夠接受客戶端的請求，並返回一個報文，客戶端接受報文並解析輸出。

服務端代碼

try {
            //建立一個服socket並打開
            ServerSocketChannel serverSocketChannel = ServerSocketChannel.open();
            //監聽綁定8090端口
            serverSocketChannel.socket().bind(new InetSocketAddress(8090));
            //設置爲非阻塞模式
            serverSocketChannel.configureBlocking(false);
            while(true){
            //獲取請求鏈接
                SocketChannel socketChannel = serverSocketChannel.accept();
                if (socketChannel!=null){
                    ByteBuffer buf1 = ByteBuffer.allocate(1024);
                    socketChannel.read(buf1);
                    buf1.flip();
                    if(buf1.hasRemaining())
                        System.out.println(">>>服務端收到數據："+new String(buf1.array()));
                    buf1.clear();
                //構造返回的報文，分爲頭部和主體，實際狀況能夠構造複雜的報文協議，這裏只演示，不作特殊設計。
                    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();
        }
複製代碼

服務端selector(選擇器版本)

try {
            //打開選擇器
            Selector selector = Selector.open();
            ServerSocketChannel serverSocketChannel = ServerSocketChannel.open();
            serverSocketChannel.socket().bind(new InetSocketAddress(8090));
            serverSocketChannel.configureBlocking(false);
            //向通道註冊選擇器，而且註冊接受事件
            serverSocketChannel.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT);
            while (true) {
                //獲取已經準備好的通道數量
                int readyChannels = selector.selectNow();
                //若是沒準備好，重試
                if (readyChannels == 0) continue;
                //獲取準備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()) {
                        //在本身註冊的事件中寫業務邏輯，
                         //我這裏註冊的是accept事件，
                         //這部分邏輯和上面非選擇器服務端代碼同樣。
                        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(">>>服務端收到數據：" + 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()調用。
                    //Selector不會本身從已選擇鍵集中移除SelectionKey實例。必須在處理完通道時本身移除。
                    //下次該通道變成就緒時，Selector會再次將其放入已選擇鍵集中
                    keyIterator.remove();
                }
            }
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
複製代碼

客戶端代碼

try {
            //打開socket鏈接，鏈接本地8090端口，也就是服務端
            SocketChannel socketChannel = SocketChannel.open();
            socketChannel.connect(new InetSocketAddress("127.0.0.1", 8090));
            //請求服務端，發送請求
            ByteBuffer buf1 = ByteBuffer.allocate(1024);
            buf1.put("來着客戶端的請求".getBytes());
            buf1.flip();
            if (buf1.hasRemaining())
                socketChannel.write(buf1);
            buf1.clear();
            //接受服務端的返回，構造接受緩衝區，咱們定義頭6個字節爲頭部，後續其餘字節爲主體內容。
            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(">>>客戶端接收頭部數據：" + new String(header.array()));
            if (body.hasRemaining())
                System.out.println(">>>客戶端接收body數據：" + new String(body.array()));
            header.clear();
            body.clear();


            socketChannel.close();
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
複製代碼

運行結果

服務端：

客戶端：

這裏給出了服務端代碼的兩個版本，一個是非選擇器的版本，一個是選擇器的版本。查看最後運行結果，發現客戶端根據雙方約定的協議格式，正確解析到了頭部和body的內容，其實這也是彙集和分散最主要的做用和應用場景，在網絡交互中，進行協議報文格式的定義和實現。後續學完NIO編程入門後咱們最後進行總結性的實戰，編寫一個RPC的demo框架，實現分佈式系統的遠程調用，有興趣的同窗能夠關注筆者和後續的文章。

參考

《JAVA NIO》

推薦閱讀

《Java鎖之ReentrantLock（一）》

《Java鎖之ReentrantLock（二）》

《Java鎖之ReentrantReadWriteLock》

《JAVA NIO編程入門（一）》