笔记: Java NIO套接字通信

这篇文章是一个月前看一本Java7的书写的笔记，觉得蛮重要，就把他加在博客里面。多废话一句，国产技术书害人，看的时候这部分书完全没说清楚，最后还是查API文档和自己写Demo搞了一晚上才基本理解过去了，笔记里面添加了很多自己的理解，算原创吧。

一套接字通道

1. 阻塞式套接字通道

与Socket和ServerSocket对应，NIO提供了SocketChannel和ServerSocketChannel对应，这两种通道同时支持一般的阻塞模式和更高效的非阻塞模式。

客户端通过SocketChannel.open()方法打开一个Socket通道，如果此时提供了SocketAddress参数，则会自动开始连接，否则需要主动调用connect()方法连接，创建连接后，可以像一般的Channel一样的用Buffer进行读写，这都是阻塞模式的。

服务器端通过ServerSocketChannel.open()创建，并使用bind()方法绑定到一个监听地址上，最后调用accept()方法阻塞等待客户端连接。当客户端连接后会返回一个SocketChannel以实现与客户端的读写交互。

总的来说，阻塞模式即是net包I/O的翻版，只是采用Channel和Buffer实现而已。

2.多路复用套接字通道(Selector实现的非阻塞式IO)

套接字通道多路复用的思想是创建一个Selector，将多个通道对它进行注册，当套接字有关注的事件发生时，可以选出这个通道进行操作。

服务器端的代码如下，相关说明就带在注释里了:

01
// 创建一个选择器，可用close()关闭，isOpen()表示是否处于打开状态，他不隶属于当前线程
02
Selector selector = Selector.open();
03
// 创建ServerSocketChannel，并把它绑定到指定端口上
04
ServerSocketChannel server = ServerSocketChannel.open();
05
server.bind(new InetSocketAddress("127.0.0.1", 7777));
06
// 设置为非阻塞模式, 这个非常重要
07
server.configureBlocking(false);
08
// 在选择器里面注册关注这个服务器套接字通道的accept事件
09
// ServerSocketChannel只有OP_ACCEPT可用，OP_CONNECT,OP_READ,OP_WRITE用于SocketChannel
10
server.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT);
11
while (true) {
12
    // 测试等待事件发生，分为直接返回的selectNow()和阻塞等待的select()，另外也可加一个参数表示阻塞超时
13
    // 停止阻塞的方法有两种: 中断线程和selector.wakeup()，有事件发生时，会自动的wakeup()
14
    // 方法返回为select出的事件数(参见后面的注释有说明这个值为什么可能为0).
15
    // 另外务必注意一个问题是，当selector被select()阻塞时，其他的线程调用同一个selector的register也会被阻塞到select返回为止
16
    // select操作会把发生关注事件的Key加入到selectionKeys中(只管加不管减)
17
    if (selector.select() == 0) { //
18
        continue;
19
    }
20

21
    // 获取发生了关注时间的Key集合，每个SelectionKey对应了注册的一个通道
22
    Set<SelectionKey> keys = selector.selectedKeys();
23
    // 多说一句selector.keys()返回所有的SelectionKey(包括没有发生事件的)
24
    for (SelectionKey key : keys) {
25
        // OP_ACCEPT 这个只有ServerSocketChannel才有可能触发
26
        if (key.isAcceptable()) {
27
            // 得到与客户端的套接字通道
28
            SocketChannel channel = ((ServerSocketChannel) key.channel()).accept();
29
            // 同样设置为非阻塞模式
30
            channel.configureBlocking(false);
31
            // 同样将于客户端的通道在selector上注册，OP_READ对应可读事件(对方有写入数据),可以通过key获取关联的选择器
32
            channel.register(key.selector(), SelectionKey.OP_READ, ByteBuffer.allocate(1024));
33
        }
34
        // OP_READ 有数据可读
35
        if (key.isReadable()) {
36
            SocketChannel channel = (SocketChannel) key.channel();
37
            // 得到附件，就是上面SocketChannel进行register的时候的第三个参数,可为随意Object
38
            ByteBuffer buffer = (ByteBuffer) key.attachment();
39
            // 读数据这里就简单写一下，实际上应该还是循环读取到读不出来为止的
40
            channel.read(buffer);
41
            // 改变自身关注事件，可以用位或操作|组合时间
42
            key.interestOps(SelectionKey.OP_READ | SelectionKey.OP_WRITE);
43
        }
44
        // OP_WRITE 可写状态这个状态通常总是触发的，所以只在需要写操作时才进行关注
45
        if (key.isWritable()) {
46
            // 写数据掠过，可以自建buffer，也可用附件对象(看情况),注意buffer写入后需要flip
47
            // ......
48
            // 写完就吧写状态关注去掉，否则会一直触发写事件
49
            key.interestOps(SelectionKey.OP_READ);
50
        }
51

52
        // 由于select操作只管对selectedKeys进行添加，所以key处理后我们需要从里面把key去掉
53
        keys.remove(key);
54
    }
55
}
这里需要着重说明一下select操作做了什么(根据现象推的，具体好像没有找到这个的文档说明)，他每次检查keys里面每个Key对应的通道的状态，如果有关注状态时，就决定返回，这时会同时将Key对象加入到selectedKeys中，并返回selectedKeys本次变化的对象数(原本就在selectedKeys中的对象是不计的)，由于一个Key对应一个通道(可能同时处于多个状态，所以注意上面的if语句我都没有写else)，所以select返回0也是有可能的。另外OP_WRITE和OP_CONNET这两个状态是不能长期关注的，只在有需要的时候监听，处理完必须马上去掉。如果没有发现有任何关注状态，select会一直阻塞到有状态变化或者超时什么的。
SelectionKey的其他几个方法，attach(Object)为key设置附件，并返回之前的附件；interestOps()和readyOps()返回关注状态和当前状态；cancel()为取消注册；isValid()表示key是否有效(在key取消注册，通道关闭，选择器关闭这三个事情发生之前，key均为有效的，但不包括对方关闭通道，所以读写应注意异常)。

还有一个状态上面没有使用，OP_CONNECT这个主要是用于客户端，对应的key的方法是isConnectable()表示已经创建好了连接。

非阻塞实现的客户端如下:

01
Selector selector = Selector.open();
02
// 创建一个套接字通道，注意这里必须使用无参形式
03
SocketChannel channel = SocketChannel.open();
04
// 设置为非阻塞模式，这个方法必须在实际连接之前调用(所以open的时候不能提供服务器地址，否则会自动连接)
05
channel.configureBlocking(false);
06
// 连接服务器，由于是非阻塞模式，这个方易做图发起连接请求，并直接返回false(阻塞模式是一直等到链接成功并返回是否

补充：软件开发 , Java ,