java NIO原理及通讯模型

Java NIO是在jdk1.4开始使用的，它既能够说成“新IO”，也能够说成非阻塞式I/O。下面是java NIO的工做原理：

• 由一个专门的线程来处理全部的IO事件，并负责分发。

• 事件驱动机制：事件到的时候触发，而不是同步的去监视事件。

• 线程通信：线程之间经过wait,notify等方式通信。保证每次上下文切换都是有意义的。减小无谓的线程切换。

阅读过一些资料以后，下面贴出我理解的java  NIO的工做原理图：

注：每一个线程的处理流程大概都是读取数据，解码，计算处理，编码，发送响应。

Java NIO的服务端只需启动一个专门的线程来处理全部的IO事件，这种通讯模型是怎么实现的呢？呵呵，咱们一块儿来探究它的奥秘吧。java NIO采用了双向通道（channel）进行数据传输，而不是单向流（stream），在通道上能够注册咱们感兴趣的事件。一共有如下四种事件：

事件名	对应值
服务端接收客户端链接事件	SelectionKey.OP_ACCEPT(16)
客户端链接服务端事件	SelectionKey.OP_CONNECT(8)
读事件	SelectionKey.OP_READ(1)
写事件	SelectionKey.OP_WRITE(4)

服务端和客户端各自维护一个管理通道的对象，咱们称之为selector，该对象能检测一个或多个通道（channel）上的事件。咱们以服务端为例，若是服务端的selector上注册了读事件，某时刻客户端给服务端送了一些数据，阻塞I/O这时会调用read()方法阻塞地读取数据，而NIO的服务端会在selector中添加一个读事件。服务端的处理线程会轮询地访问selector，若是访问selector时发现有感兴趣的事件到达，则处理这些事件，若是没有感兴趣的事件到达，则处理线程会一直阻塞直到感兴趣的事件到达为止。下面是我理解的java NIO的通讯模型示意图：

为了更好地理解java NIO，下面贴出服务端和客户端的简单代码实现：

服务端：

package nio;

import java.io.IOException;
import java.net.InetSocketAddress;
import java.nio.ByteBuffer;
import java.nio.channels.SelectionKey;
import java.nio.channels.Selector;
import java.nio.channels.ServerSocketChannel;
import java.nio.channels.SocketChannel;
import java.util.Iterator;

public class NIOServer {
    //通道管理器
    private Selector selector;
    /*
     * 得到一个ServerSocket通道，并对该通道作一些初始化工做
     * @param port     绑定的端口号
     * @throws IOException
     */
    public void initServer(int port) throws IOException {
        //得到一个ServerSocket通道
        ServerSocketChannel serverChannel = ServerSocketChannel.open();
        //设置通道为非阻塞
        serverChannel.configureBlocking(false);
        //将该通道对应的ServerSocket绑定到port端口
        serverChannel.socket().bind(new InetSocketAddress(port));
        //得到一个通道管理器
        this.selector = Selector.open();
        /*将通道管理器和该通道绑定，并为该通道注册SelectionKey.OP_ACCEPT事件，注册
        *该事件后，当该事件到达时，selector.select()会返回，若是该事件没到达selector.select()
        *会一直阻塞。
        */
        serverChannel.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT);
    }
    /*
     * 采用轮询的方式监听selector上是否有须要处理的事件，若是有，则进行处理
     * @throws IOException
     */
    public void listen() throws IOException {
        System.out.println("服务端启动成功！");
        //轮询访问selector
        while(true){
            //当注册的事件到达时，方法返回；不然，该方法会一直阻塞
            selector.select();
            //得到selector中选中的项的迭代器，选中的项为注册的事件
            Iterator ite = this.selector.selectedKeys().iterator();
            while(ite.hasNext()){
                SelectionKey key = (SelectionKey)ite.next();
                //删除已选的key，以防重复处理
                ite.remove();
                //客户请求链接事件
                if(key.isAcceptable()){
                    ServerSocketChannel server = (ServerSocketChannel)key.channel();
                    //得到和客户端链接的通道
                    SocketChannel channel = server.accept();
                    //设置成非阻塞
                    channel.configureBlocking(false);
                    //在这里能够给客户端发送信息哦
                    channel.write(ByteBuffer.wrap(new String("1234567890").getBytes()));
                    //在和客户端链接成功以后，为了能够接收到客户端的信息，须要给通道设置读权限
                    channel.register(this.selector, SelectionKey.OP_READ);
                }else if(key.isReadable()){
                    read(key);
                }
            }
        }
    }
    /*
     * 处理读取客户端发来的信息的事件
     * @param key
     * @throws IOException
     */
    public void read(SelectionKey key ) throws IOException{
        //服务器可读取消息：获得事件发生的Socket通道
        SocketChannel channel = (SocketChannel) key.channel();
        //建立读取的缓冲区 
        ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(10);
        channel.read(buffer);
        byte[] data = buffer.array();
        String msg = new String(data).trim();
        System.out.println("服务端收到信息：" + msg);
        ByteBuffer outBuffer = ByteBuffer.wrap(msg.getBytes());
        channel.write(outBuffer);//将消息回送给客户端
    }
    
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        NIOServer server = new NIOServer();
        server.initServer(8080);
        server.listen();
    }
}

客户端：

package nio;

import java.io.IOException;
import java.net.InetSocketAddress;
import java.nio.ByteBuffer;
import java.nio.channels.SelectionKey;
import java.nio.channels.Selector;
import java.nio.channels.SocketChannel;
import java.util.Iterator;

public class NIOClient {
    //通道管理器
    private Selector selector;
    /*
     * 得到一个Socket通道，并对该通道作一些初始化的工做
     * @param        ip，链接的服务器的ip
     * @param        port，链接的服务器的端口号
     * ＠throws     IOException
     */
    public void initClient(String ip,int port) throws IOException{
        //得到一个Socket通道
        SocketChannel channel = SocketChannel.open();
        //设置通道为非阻塞
        channel.configureBlocking(false);
        //得到一个通道管理器
        this.selector = Selector.open();
        /*客户端链接服务器，其实方法执行并无实现链接，须要在listen()方法中
        *调用channel.finishConnect()才能完成链接
        */
        channel.connect(new InetSocketAddress(ip,port));
        //将通道管理器和该通道绑定，并为该通道注册SelectionKey.OP_CONNECT事件
        channel.register(this.selector, SelectionKey.OP_CONNECT);
    }
    /*
     * 采用轮询的方式监听selector上是否有须要处理的事件，若是有，则进行处理。
     * @throws IOException
     */
    public void listen() throws IOException{
        //轮询访问selector
        while(true){
            /*
             * 选择一组能够进行I/O操做的事件，放在selector中，客户端的该方法不会阻塞，
             * 这里和服务端的方法不同，查看api注释能够知道，当至少一个通道被选中时，
             * selector的wakeup方法被调用，方法返回，而对于客户端来讲，通道一直是被选中的
             */
            selector.select();
            //得到selector中选中的项的迭代器
            Iterator ite = this.selector.selectedKeys().iterator();
            while(ite.hasNext()){
                SelectionKey key = (SelectionKey) ite.next();
                //删除已选的key，以防重复处理
                ite.remove();
                //链接事件发生
                if(key.isConnectable()){
                    SocketChannel channel = (SocketChannel) key.channel();
                    //若是正在链接，则完成链接
                    if(channel.isConnectionPending()){
                        channel.finishConnect();
                    }
                    //设置成非阻塞
                    channel.configureBlocking(false);
                    //在这里能够给服务端发送信息哦
                    channel.write(ByteBuffer.wrap(new String("abcdefg").getBytes()));
                    //在和服务端链接成功以后，为了能够接收到服务端的信息，须要给通道设置读的权限
                    channel.register(this.selector, SelectionKey.OP_READ);
                    //得到了可读的事件
                } else if(key.isReadable()){
                    read(key);
                }
            }
        }
    }
    public void read(SelectionKey key) throws IOException{
        SocketChannel channel = (SocketChannel) key.channel();
        ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(10);
        channel.read(buffer);
        byte[] data = buffer.array();
        String msg = new String(data).trim();
        System.out.println("客户端收到信息：" + msg);
        ByteBuffer outBuffer = ByteBuffer.wrap(msg.getBytes());
        channel.write(outBuffer);
    }
    
    public static void main(String[] args) throws IOException{
        NIOClient client = new NIOClient();
        client.initClient("localhost", 8080);
        client.listen();
    }
}