用Java.nio.*进行网络编程

前言

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因为打算用java编写异步通信的server和client程序，笔者便学习使用java.nio开发包，其间遇到一些问题，上网却发现网上对它的应用描述的不是很多。所以，笔者不惜班门弄斧，做些简单的讨论，以便大家更进一步的讨论。

对相关类的简单介绍

java.nio.*, 据说它提供了一些更加底层的一些功能，如:类似windows环境下的AsyncSocket类的异步操作的功能，能显著降低server端程序的线程管理开销。

因为大多数应用是建立在TCP之上，所以在此只说说SocketChannel，ServerSocketChannel，Selector 和ByteBuffer这几个类.前三个最终都源自channel类。而channel 类，可以理解为在具体I/O或文件对象之上抽象的一个操作对象，我们通过操作channel的读写达到对其对应的文件或I/O对象(包括socket)读写的目的。读写的内容在内存中放在ByteBuffer类提供的缓冲区。总而言之，channel作为一个桥梁，连接了I/O对象和内存中的 ByteBuffer，实现了I/O的更高效的存取。

一个基于TCP的服务器端程序，必然有个侦听端和若干个通信端，它们在nio中由对应的ServerSocketChannel 和SocketChannel类来实现。为了达到异步I/O操作的目的，需要Selector类，它能检测到I/O对象的状态。

SocketChannel类是抽象类，通过调用它的静态函数open()，可生成一个SocketChannel对象，该对象对应一个java.net.Socket，可通过SocketChannel.socket()获得，而其对应的Socket也可通过调用函数getChannel()得到已建立的相应SocketChannel。

SocketChannel与它的socket是一一对应的。SocketChannel的操作与Socket也很相似。

ServerSocketChannel也是通过调用它的静态函数open()生成的，只是它不能直接调用bind()函数来绑定一个地址，需要它对应的ServerSocket来完成绑定工作，一般可按如下步骤做：

 
 
 
  
  
  ServerSocketChannel ssc = new ServerSocketChannel.open(); 
  
  
  ssc.socket().bind(InetSocketAddress(host，port));

罗嗦了半天，还是看看最简单的C/S实现吧，服务器提供了基本的回射（echo）功能，其中提供了较详细的注释。

源码分析

1.服务器端：

 
 
 
  
  
  //////////////////////// 
  
  
  //AsyncServer.java 
  
  
  // by zztudou@163.com 
  
  
  //////////////////////// 
  
  
  import java.nio.channels.SocketChannel; 
  
  
  import java.nio.channels.ServerSocketChannel; 
  
  
  import java.nio.channels.SelectionKey; 
  
  
  import java.nio.channels.Selector; 
  
  
  import java.nio.ByteBuffer; 
  
  
  import java.nio.channels.SelectableChannel; 
  
  
  import java.nio.channels.spi.SelectorProvider; 
  
  
  import java.net.ServerSocket; 
  
  
  import java.net.Socket; 
  
  
  import java.net.InetSocketAddress; 
  
  
  import java.net.SocketAddress; 
  
  
  import java.util.Iterator; 
  
  
  import java.util.LinkedList; 
  
  
  import java.io.IOException; 
  
  
   
  
  
  class AsyncServer implements Runnable{  
  
  
  private ByteBuffer r_buff = ByteBuffer.allocate(1024); 
  
  
  private ByteBuffer w_buff = ByteBuffer.allocate(1024); 
  
  
  private static int port = 8848; 
  
  
   
  
  
  public AsyncServer(){ 
  
  
  new Thread(this).start(); 
  
  
  } 
  
  
   
  
  
  public void run(){  
  
  
  try{ 
  
  
  //生成一个侦听端 
  
  
  ServerSocketChannel ssc = ServerSocketChannel.open(); 
  
  
  //将侦听端设为异步方式 
  
  
  ssc.configureBlocking(false); 
  
  
  //生成一个信号监视器 
  
  
  Selector s = Selector.open(); 
  
  
  //侦听端绑定到一个端口 
  
  
  ssc.socket().bind(new InetSocketAddress(port)); 
  
  
  //设置侦听端所选的异步信号OP_ACCEPT 
  
  
  ssc.register(s,SelectionKey.OP_ACCEPT); 
  
  
   
  
  
  System.out.println("echo server has been set up ......"); 
  
  
   
  
  
  while(true){ 
  
  
  int n = s.select(); 
  
  
  if (n == 0) {//没有指定的I/O事件发生 
  
  
  continue; 
  
  
  }  
  
  
  Iterator it = s.selectedKeys().iterator();  
  
  
  while (it.hasNext()) { 
  
  
  SelectionKey key = (SelectionKey) it.next(); 
  
  
  if (key.isAcceptable()) {//侦听端信号触发 
  
  
  ServerSocketChannel server = (ServerSocketChannel) key.channel(); 
  
  
  //接受一个新的连接 
  
  
  SocketChannel sc = server.accept(); 
  
  
  sc.configureBlocking(false); 
  
  
  //设置该socket的异步信号OP_READ:当socket可读时， 
  
  
   
  
  
  //触发函数DealwithData(); 
  
  
  sc.register(s,SelectionKey.OP_READ); 
  
  
  }  
  
  
  if (key.isReadable()) {//某socket可读信号 
  
  
  DealwithData(key); 
  
  
  }  
  
  
  it.remove(); 
  
  
  } 
  
  
  } 
  
  
  } 
  
  
  catch(Exception e){ 
  
  
  e.printStackTrace();  
  
  
  } 
  
  
  } 
  
  
   
  
  
  public void DealwithData(SelectionKey key) throws IOException{ 
  
  
  int count; 
  
  
  //由key获取指定socketchannel的引用 
  
  
  SocketChannel sc = (SocketChannel)key.channel(); 
  
  
  r_buff.clear(); 
  
  
  //读取数据到r_buff 
  
  
  while((count = sc.read(r_buff))> 0) 
  
  
  ; 
  
  
  //确保r_buff可读 
  
  
  r_buff.flip(); 
  
  
   
  
  
  w_buff.clear(); 
  
  
  //将r_buff内容拷入w_buff  
  
  
  w_buff.put(r_buff); 
  
  
  w_buff.flip(); 
  
  
  //将数据返回给客户端 
  
  
  EchoToClient(sc); 
  
  
   
  
  
  w_buff.clear(); 
  
  
  r_buff.clear(); 
  
  
  } 
  
  
   
  
  
  public void EchoToClient(SocketChannel sc) throws IOException{ 
  
  
  while(w_buff.hasRemaining()) 
  
  
  sc.write(w_buff); 
  
  
  } 
  
  
   
  
  
  public static void main(String args[]){ 
  
  
  if(args.length > 0){ 
  
  
  port = Integer.parseInt(args[0]); 
  
  
  } 
  
  
  new AsyncServer(); 
  
  
  } 
  
  
  }

在当前目录下运行：

javac AsynServer.java

后，若无编译出错，接下来可运行：

java AsynServer 或 java AsynServer ×××（端口号）

上述服务程序在运行时，可指定其侦听端口，否则程序会取8848为默认端口。

2.客户端的简单示例：

 
 
 
  
  
  //////////////////////// 
  
  
  //AsyncClient.java 
  
  
  // by zztudou@163.com 
  
  
  //////////////////////// 
  
  
  import java.nio.channels.SocketChannel; 
  
  
  import java.net.InetSocketAddress; 
  
  
  import java.nio.ByteBuffer; 
  
  
  import java.nio.channels.Selector; 
  
  
  import java.nio.channels.SelectionKey; 
  
  
   
  
  
  import java.io.IOException; 
  
  
  import java.io.BufferedReader; 
  
  
  import java.io.InputStreamReader; 
  
  
   
  
  
  class AsyncClient{ 
  
  
  private SocketChannel sc; 
  
  
  private final int MAX_LENGTH = 1024; 
  
  
  private ByteBuffer r_buff = ByteBuffer.allocate(MAX_LENGTH); 
  
  
  private ByteBuffer w_buff = ByteBuffer.allocate(MAX_LENGTH); 
  
  
  private static String host ; 
  
  
  private static int port = 8848; 
  
  
   
  
  
  public AsyncClient(){ 
  
  
  try { 
  
  
  InetSocketAddress addr = new InetSocketAddress(host,port); 
  
  
  //生成一个socketchannel 
  
  
  sc = SocketChannel.open(); 
  
  
   
  
  
  //连接到server 
  
  
  sc.connect(addr); 
  
  
  while(!sc.finishConnect()) 
  
  
  ;  
  
  
  System.out.println("connection has been established!..."); 
  
  
   
  
  
  while(true){ 
  
  
  //回射消息 
  
  
  String echo; 
  
  
  try{ 
  
  
  System.err.println("Enter msg you'd like to send: "); 
  
  
  BufferedReader br = new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in)); 
  
  
  //输入回射消息 
  
  
  echo = br.readLine(); 
  
  
   
  
  
  //把回射消息放入w_buff中  
  
  
  w_buff.clear(); 
  
  
  w_buff.put(echo.getBytes()); 
  
  
  w_buff.flip(); 
  
  
  }catch(IOException ioe){ 
  
  
  System.err.println("sth. is wrong with br.readline() "); 
  
  
  }  
  
  
   
  
  
  //发送消息 
  
  
  while(w_buff.hasRemaining()) 
  
  
  sc.write(w_buff); 
  
  
  w_buff.clear();  
  
  
   
  
  
  //进入接收状态 
  
  
  Rec(); 
  
  
  //间隔1秒 
  
  
  Thread.currentThread().sleep(1000); 
  
  
  }  
  
  
  }catch(IOException ioe){ 
  
  
  ioe.printStackTrace(); 
  
  
  } 
  
  
  catch(InterruptedException ie){ 
  
  
  ie.printStackTrace(); 
  
  
  }  
  
  
  } 
  
  
  //////////// 
  
  
  //读取server端发回的数据，并显示 
  
  
  public void Rec() throws IOException{ 
  
  
  int count; 
  
  
  r_buff.clear();  
  
  
  count=sc.read(r_buff); 
  
  
  r_buff.flip();  
  
  
  byte[] temp = new byte[r_buff.limit()]; 
  
  
  r_buff.get(temp); 
  
  
  System.out.println("reply is " + count +" long, and content is: " + new String(temp)); 
  
  
  } 
  
  
   
  
  
  public static void main(String args[]){ 
  
  
  if(args.length < 1){//输入需有主机名或IP地址 
  
  
  try{ 
  
  
  System.err.println("Enter host name: "); 
  
  
  BufferedReader br = new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in)); 
  
  
  host = br.readLine(); 
  
  
  }catch(IOException ioe){ 
  
  
  System.err.println("sth. is wrong with br.readline() "); 
  
  
  } 
  
  
  } 
  
  
  else if(args.length == 1){ 
  
  
  host = args[0]; 
  
  
  } 
  
  
  else if(args.length > 1){ 
  
  
  host = args[0]; 
  
  
  port = Integer.parseInt(args[1]); 
  
  
  } 
  
  
   
  
  
  new AsyncClient(); 
  
  
  } 
  
  
  }

在当前目录下运行：

javac AsynClient.java

后，若无编译出错，确认AsyncServer已经运行的情况下，接下来可运行：

java AsynClient hostname 或 java AsynClient hostname ×××（端口号）

并按提示进行操作即可。

总结

总的来说，用nio进行网络编程还是很有新意的，服务器端软件能在一个线程中维护与众多客户端的通信连接。笔者在本文中试图用一个典型的回射例子说明如何用nio建立最基本的C/S应用。希望大家能试着用用它。
另外，笔者在实践中也发现nio在应用中存在的一些难题，比如如何应用SocketChannel的继承类，以及如何在socketchannel之上应用SSL（Secure Socket Layer）等等，因而希望这篇文章只是抛砖引玉，引起大家对nio作进一步的讨论。

原文链接：http://lrtlcg.iteye.com/blog/844357

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