Java基础——NIO（二）非阻塞式网络通信与NIO2新增类库

一、NIO非阻塞式网络通信

　　1.阻塞与非阻塞的概念

 传统的 IO 流都是阻塞式的。也就是说，当一个线程调用 read() 或 write()
时，该线程被阻塞，直到有一些数据被读取或写入，该线程在此期间不
能执行其他任务。因此，在完成网络通信进行 IO 操作时，由于线程会
阻塞，所以服务器端必须为每个客户端都提供一个独立的线程进行处理，
当服务器端需要处理大量客户端时，性能急剧下降。
 Java NIO 是非阻塞模式的。当线程从某通道进行读写数据时，若没有数
据可用时，该线程可以进行其他任务。线程通常将非阻塞 IO 的空闲时
间用于在其他通道上执行 IO 操作，所以单独的线程可以管理多个输入
和输出通道。因此，NIO 可以让服务器端使用一个或有限几个线程来同
时处理连接到服务器端的所有客户端。

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　　2.选择器

　　大致的图解如下：

　　// 通道注册到选择器上之后，选择器将会对通道进行监控，直到通道传输完全准备就绪了，才分配给服务端一个或多个线程进行处理

　　3.使用NIO完成非阻塞式网络通信

　　非阻塞核心有三个：（只能用于网络通信）

　　　　通道（channel）　　缓冲区（buffer）　　选择器（selector）

　　NIO完成的网络通信：

    // 客户端
    @Test
    public void client() {
        SocketChannel sChannel = null;
        FileChannel inChannel = null;
        try {
            // 获取通道（采用1.7之后的open方式）
            sChannel = SocketChannel.open(new InetSocketAddress("127.0.0.1", 9898));
            // 分配缓冲区
            ByteBuffer byteBuffer = ByteBuffer.allocate(1024);
            // 读取本地文件（使用FileChannel），发送到服务端
            inChannel = FileChannel.open(Paths.get("D:\test\1.jpg"), StandardOpenOption.READ);
            while ((inChannel.read(byteBuffer)) != -1) {
                // 通过socketChannel写入数据
                byteBuffer.flip();// 切换读模式
                sChannel.write(byteBuffer);
                byteBuffer.clear();// 清空缓冲区
            }
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            // 务必进行通道的关闭
            if (inChannel != null) {
                try {
                    inChannel.close();
                } catch (IOException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
            if (sChannel != null) {
                try {
                    sChannel.close();
                } catch (IOException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }


    }
    // 服务端
    @Test
    public void server() {
        ServerSocketChannel ssChannel = null;
        FileChannel outChannel = null;
        SocketChannel sChannel = null;
        try {
            // 开启通道
            ssChannel = ServerSocketChannel.open();
            // 绑定端口
            ssChannel.bind(new InetSocketAddress(9898));
            // 获取客户端连接的通道
            sChannel = ssChannel.accept();
            outChannel = FileChannel.open(Paths.get("D:\test\2.jpg"), StandardOpenOption.CREATE, StandardOpenOption.WRITE) ;
            // 接收客户端数据，保存到本地
            ByteBuffer byteBuffer = ByteBuffer.allocate(1024);
            while ((sChannel.read(byteBuffer)) != -1){
                // 通道读写操作
                byteBuffer.flip();
                outChannel.write(byteBuffer);
                byteBuffer.clear();
            }
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            if (outChannel != null) {
                try {
                    outChannel.close();
                } catch (IOException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
            if (sChannel != null) {
                try {
                    sChannel.close();
                } catch (IOException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
            if (ssChannel != null) {
                try {
                    ssChannel.close();
                } catch (IOException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }
    }

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　　阻塞式NIO网络通信：

    @Test
    public void client() {
        SocketChannel sChannel = null;
        FileChannel inChannel = null;
        try {
            // 方式与阻塞式基本类似
            sChannel = SocketChannel.open(new InetSocketAddress("127.0.0.1", 9898));
            ByteBuffer byteBuffer = ByteBuffer.allocate(1024);
            inChannel = FileChannel.open(Paths.get("D:\test\2.jpg"), StandardOpenOption.READ);
            while ((inChannel.read(byteBuffer)) != -1) {
                byteBuffer.flip();
                sChannel.write(byteBuffer);
                byteBuffer.clear();
            }
            // 接收服务端的反馈
            int len;
            while ((len = sChannel.read(byteBuffer)) != -1) {
                byteBuffer.flip();
                System.out.println(new String(byteBuffer.array(), 0, len));
                byteBuffer.clear();
            }
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            // 流的关闭
            if (inChannel != null) {
                try {
                    inChannel.close();
                } catch (IOException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
            if (sChannel != null) {
                try {
                    sChannel.close();
                } catch (IOException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }
    }
    @Test
    public void server() {
        ServerSocketChannel ssChannel = null;
        SocketChannel sChannel = null;
        FileChannel outChannel = null;
        try {
            ssChannel = ServerSocketChannel.open();
            // 绑定客户端连接
            ssChannel.bind(new InetSocketAddress(9898));
            // 获取连接
            sChannel = ssChannel.accept();
            ByteBuffer byteBuffer = ByteBuffer.allocate(1024);
            outChannel = FileChannel.open(Paths.get("D:\test\3.jpg"), StandardOpenOption.CREATE, StandardOpenOption.WRITE);
            while ((sChannel.read(byteBuffer)) != -1) {
                // 保存到本地
                byteBuffer.flip();
                outChannel.write(byteBuffer);
                byteBuffer.clear();
            }
            // 发送反馈
            String str = "服务端接收成功！";
            byteBuffer.put(str.getBytes());
            byteBuffer.flip();
            sChannel.write(byteBuffer);
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            if (outChannel != null) {
                try {
                    outChannel.close();
                } catch (IOException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
            if (sChannel != null) {
                try {
                    sChannel.close();
                } catch (IOException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
            if (ssChannel != null) {
                try {
                    ssChannel.close();
                } catch (IOException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }
    }

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　　结果：无法接收有效结束的反馈，不知道客户端是否发送完成

　　目前可以通过显式的将客户端接收反馈之前发送状态设置为shutdowm:

sChannel.shutdownOutput();

 @Test
    public void client() {
        SocketChannel sChannel = null;
        FileChannel inChannel = null;
        try {
            // 方式与阻塞式基本类似
            sChannel = SocketChannel.open(new InetSocketAddress("127.0.0.1", 9898));
            ByteBuffer byteBuffer = ByteBuffer.allocate(1024);
            inChannel = FileChannel.open(Paths.get("D:\test\2.jpg"), StandardOpenOption.READ);
            while ((inChannel.read(byteBuffer)) != -1) {
                byteBuffer.flip();
                sChannel.write(byteBuffer);
                byteBuffer.clear();
            }
            sChannel.shutdownOutput();
            // 接收服务端的反馈
            int len;
            while ((len = sChannel.read(byteBuffer)) != -1) {
                byteBuffer.flip();
                System.out.println(new String(byteBuffer.array(), 0, len));
                byteBuffer.clear();
            }
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            // 流的关闭
            if (inChannel != null) {
                try {
                    inChannel.close();
                } catch (IOException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
            if (sChannel != null) {
                try {
                    sChannel.close();
                } catch (IOException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }
    }
    @Test
    public void server() {
        ServerSocketChannel ssChannel = null;
        SocketChannel sChannel = null;
        FileChannel outChannel = null;
        try {
            ssChannel = ServerSocketChannel.open();
            // 绑定客户端连接
            ssChannel.bind(new InetSocketAddress(9898));
            // 获取连接
            sChannel = ssChannel.accept();
            ByteBuffer byteBuffer = ByteBuffer.allocate(1024);
            outChannel = FileChannel.open(Paths.get("D:\test\3.jpg"), StandardOpenOption.CREATE, StandardOpenOption.WRITE);
            while ((sChannel.read(byteBuffer)) != -1) {
                // 保存到本地
                byteBuffer.flip();
                outChannel.write(byteBuffer);
                byteBuffer.clear();
            }
            // 发送反馈
            String str = "服务端接收成功！";
            byteBuffer.put(str.getBytes());
            byteBuffer.flip();
            sChannel.write(byteBuffer);
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            if (outChannel != null) {
                try {
                    outChannel.close();
                } catch (IOException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
            if (sChannel != null) {
                try {
                    sChannel.close();
                } catch (IOException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
            if (ssChannel != null) {
                try {
                    ssChannel.close();
                } catch (IOException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }
    }

View Code

　　非阻塞式网络通信

  // 客户端
    @Test
    public void client() {
        SocketChannel sChannel = null;
        try {
            // 开启通道
            sChannel = SocketChannel.open(new InetSocketAddress("127.0.0.1", 9898));
            // 切换成非阻塞模式
            sChannel.configureBlocking(false);
            // 分配缓冲区
            ByteBuffer byteBuffer = ByteBuffer.allocate(1024);
            // 发送数据给服务端（发送时间），数据是存放在缓冲区中
            byteBuffer.put(LocalDateTime.now().toString().getBytes());
            // 将缓冲区传送给服务端
            byteBuffer.flip();
            sChannel.write(byteBuffer);
            byteBuffer.clear();
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            if (sChannel != null) {
                try {
                    sChannel.close();
                } catch (IOException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }
    }
    // 服务端
    @Test
    public void server() {
        ServerSocketChannel ssChannel = null;
        SocketChannel sChannel = null;
        try {
            // 开启通道
            ssChannel = ServerSocketChannel.open();
            // 切换非阻塞模式
            ssChannel.configureBlocking(false);
            // 绑定连接
            ssChannel.bind(new InetSocketAddress(9898));
            // 获取选择器，同样的open方法
            Selector selector = Selector.open();
            // 将通道注册到选择器上，后一个参数表示选择键，也就是监控通道的什么状态
            ssChannel.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT);// 监听接收
            // 通过选择器轮巡式选择已经“准备就绪“的事件
            while (selector.select() > 0) {
                // 获取当前选择器中所有注册的选择键
                Iterator<SelectionKey> iterator = selector.selectedKeys().iterator();
                // 迭代器迭代
                while (iterator.hasNext()) {
                    // 获取准备就绪的事件
                    SelectionKey selectionKey = iterator.next();
                    // 判断就绪的事件
                    if (selectionKey.isAcceptable()) {
                        // 若接收就绪，则获取客户端连接
                        sChannel = ssChannel.accept();
                        // 切换为非阻塞模式
                        sChannel.configureBlocking(false);
                        // 将该通道注册到选择器上，监控读就绪状态
                        sChannel.register(selector, SelectionKey.OP_READ);
                    } else if (selectionKey.isReadable()) {
                        // 获取选择器上读就绪状态的通道（需要强转）
                        sChannel = (SocketChannel) selectionKey.channel();
                        // 读取数据
                        ByteBuffer byteBuffer = ByteBuffer.allocate(1024);
                        int len;
                        while ((len = sChannel.read(byteBuffer)) > 0) {
                            byteBuffer.flip();
                            System.out.println(new String(byteBuffer.array(), 0, len));
                            byteBuffer.clear();
                        }
                    }
                    // 取消选择键（防止出现传输完成了应该重置而还显示完成的情况）
                    iterator.remove();
                }
            }
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

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　　结果：可以轮巡接收客户端返回的时间

　　// UDP的DataGramChannel类似，暂不展开

package com.atguigu.nio;

import java.io.IOException;
import java.net.InetSocketAddress;
import java.nio.ByteBuffer;
import java.nio.channels.DatagramChannel;
import java.nio.channels.SelectionKey;
import java.nio.channels.Selector;
import java.util.Date;
import java.util.Iterator;
import java.util.Scanner;

import org.junit.Test;

public class TestNonBlockingNIO2 {
    
    @Test
    public void send() throws IOException{
        DatagramChannel dc = DatagramChannel.open();
        
        dc.configureBlocking(false);
        
        ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocate(1024);
        
        Scanner scan = new Scanner(System.in);
        
        while(scan.hasNext()){
            String str = scan.next();
            buf.put((new Date().toString() + ":
" + str).getBytes());
            buf.flip();
            dc.send(buf, new InetSocketAddress("127.0.0.1", 9898));
            buf.clear();
        }
        
        dc.close();
    }
    
    @Test
    public void receive() throws IOException{
        DatagramChannel dc = DatagramChannel.open();
        
        dc.configureBlocking(false);
        
        dc.bind(new InetSocketAddress(9898));
        
        Selector selector = Selector.open();
        
        dc.register(selector, SelectionKey.OP_READ);
        
        while(selector.select() > 0){
            Iterator<SelectionKey> it = selector.selectedKeys().iterator();
            
            while(it.hasNext()){
                SelectionKey sk = it.next();
                
                if(sk.isReadable()){
                    ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocate(1024);
                    
                    dc.receive(buf);
                    buf.flip();
                    System.out.println(new String(buf.array(), 0, buf.limit()));
                    buf.clear();
                }
            }
            
            it.remove();
        }
    }

}

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　　注册选择器时的选择键：多个请使用或 | 连接

 读 : SelectionKey.OP_READ （1）
 写 : SelectionKey.OP_WRITE （4）
 连接 : SelectionKey.OP_CONNECT （8）
 接收 : SelectionKey.OP_ACCEPT （16）

　　4.管道

　　示例：

  @Test
    public void test1() {
        Pipe pipe = null;
        Pipe.SinkChannel sinkChannel = null;
        Pipe.SourceChannel sourceChannel = null;
        try {
            // 获取管道，经典的open方法获取
            pipe = Pipe.open();
            // 将缓冲区数据写入管道
            ByteBuffer byteBuffer = ByteBuffer.allocate(1024);
            byteBuffer.put("通过单向管道发送数据".getBytes());
            sinkChannel = pipe.sink();
            byteBuffer.flip();
            sinkChannel.write(byteBuffer);

            // 读取缓冲区中的数据
            sourceChannel = pipe.source();
            int len;
            byteBuffer.flip();
            len = sourceChannel.read(byteBuffer);
            System.out.println(new String(byteBuffer.array(), 0, len));
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            if (sinkChannel != null) {
                try {
                    sinkChannel.close();
                } catch (IOException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
            if (sourceChannel != null) {
                try {
                    sourceChannel.close();
                } catch (IOException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }

    }

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　　//实际使用时可以两个线程公用一个pipe进行数据的传输

二、NIO2——Path Paths Files

　　JDK7新增Path接口，Paths工具类，Files工具类。这些接口和工具类对NIO中的功能进行了高度封装，大大简化了文件系统的IO编程。

　　在传统java.io中，文件和目录都被抽象成File对象，即 File file = new File(".");

　　NIO.2中则引入接口Path代表与平台无关的路径，文件和目录都用Path对象表示。比起传统File类，它更高效，更方便。

　　作为与平台无关的系统访问支持；它的出现，就是为了替代 java.io.File

　　Paths工具类——提供获取Path的两个静态方法：

 @Test
    public void test1() {
        Path path1 = Paths.get("D:\test\nio");
        Path path2 = Paths.get("D:\test", "nio2", "hello.txt");
        System.out.println(path1);
        System.out.println(path2);
    }

　　//实现了 toString方法，直接输出即可看到根据当前平台产生的路径

　　Path接口

　　　　getNameCount()——返回路径中的节点数量

  @Test
    public void test1() {
        Path path1 = Paths.get("D:\test\nio");
        Path path2 = Paths.get("D:\test", "nio2", "hello.txt");
        System.out.println(path1);
        System.out.println(path2);
        System.out.println(path1.getNameCount());
        System.out.println(path2.getNameCount());
    }

　　　　getRoot()——返回根节点，win中是盘符 C D，Linux中是 /，返回的新的Path只包含根节点

 @Test
    public void test1() {
        Path path1 = Paths.get("D:\test\nio");
        Path path2 = Paths.get("D:\test", "nio2", "hello.txt");
        System.out.println(path1);
        System.out.println(path2);
        System.out.println(path1.getRoot());
        System.out.println(path2.getRoot());
    }

　　　　toAbsolutePath()——返回绝对路径，若Path初始化时为绝对路径，则返回原路径；若是相对路径，则返回与上级路径合成的绝对路径

 @Test
    public void test1() {
        Path path1 = Paths.get("person.txt");
        Path path2 = Paths.get("D:\test", "nio2", "hello.txt");
        System.out.println(path1);
        System.out.println(path2);
        System.out.println(path1.toAbsolutePath());
        System.out.println(path2.toAbsolutePath());
    }

　　更多常见方法：

 boolean endsWith(String path) : 判断是否以 path 路径结束
 boolean startsWith(String path) : 判断是否以 path 路径开始
 boolean isAbsolute() : 判断是否是绝对路径
 Path getFileName() : 返回与调用 Path 对象关联的文件名
 Path getName(int idx) : 返回的指定索引位置 idx 的路径名称
 int getNameCount() : 返回Path 根目录后面元素的数量
 Path getParent() ：返回Path对象包含整个路径，不包含 Path 对象指定的文件路径
 Path getRoot() ：返回调用 Path 对象的根路径
 Path resolve(Path p) :将相对路径解析为绝对路径
 Path toAbsolutePath() : 作为绝对路径返回调用 Path 对象
 String toString() ： 返回调用 Path 对象的字符串表示形式

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　　深入讲解参见：http://blog.csdn.net/lirx_tech/article/details/51416672

　　Files工具类——完善的OS文件系统支持

　　　　copy——复制文件

@Test
    public void test1() {
        Path src = Paths.get("D:\test\1.jpg");
        Path dst = Paths.get("D:\test", "2.jpg");
        try {
            Files.copy(src, dst, StandardCopyOption.REPLACE_EXISTING);
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }

    }
}

　　　　BufferedWriter——写入字符串

 @Test
    public void test1() {
        Path src = Paths.get("D:\test\hello.txt");
        BufferedWriter writer = null;
        try {
            writer = Files.newBufferedWriter(src, StandardCharsets.UTF_8, StandardOpenOption.APPEND);
            writer.write("Hello Files!");
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            if (writer != null) {
                try {
                    writer.close();
                } catch (IOException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }

    }

　　其它诸如返回文件的大小，删除一个文件，以及与File的转换等等请参见以下随笔、常用方法列表或API：

　　几个示例：http://www.cnblogs.com/digdeep/p/4478734.html

　　常用方法：

 Path copy(Path src, Path dest, CopyOption … how) : 文件的复制
 Path createDirectory(Path path, FileAttribute<?> … attr) : 创建一个目录
 Path createFile(Path path, FileAttribute<?> … arr) : 创建一个文件
 void delete(Path path) : 删除一个文件
 Path move(Path src, Path dest, CopyOption…how) : 将 src 移动到 dest 位置
 long size(Path path) : 返回 path 指定文件的大小
 Files常用方法：用于判断
 boolean exists(Path path, LinkOption … opts) : 判断文件是否存在
 boolean isDirectory(Path path, LinkOption … opts) : 判断是否是目录
 boolean isExecutable(Path path) : 判断是否是可执行文件
 boolean isHidden(Path path) : 判断是否是隐藏文件
 boolean isReadable(Path path) : 判断文件是否可读
 boolean isWritable(Path path) : 判断文件是否可写
 boolean notExists(Path path, LinkOption … opts) : 判断文件是否不存在
 public static <A extends BasicFileAttributes> A readAttributes(Path path,Class<A> type,LinkOption...
options) : 获取与 path 指定的文件相关联的属性。
 Files常用方法：用于操作内容
 SeekableByteChannel newByteChannel(Path path, OpenOption…how) : 获取与指定文件的连接，
how 指定打开方式。
 DirectoryStream newDirectoryStream(Path path) : 打开 path 指定的目录
 InputStream newInputStream(Path path, OpenOption…how):获取 InputStream 对象
 OutputStream newOutputStream(Path path, OpenOption…how) : 获取 OutputStream 对象

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