用Java.nio.* 進行網絡編程

作者：lrtlcg 2011-12-07 16:50:29

因為打算用java編寫異步通信的server和client程序，筆者便學習使用java.nio開發包，其間遇到一些問題，上網卻發現網上對它的應用描述的不是很多。所以，筆者不惜班門弄斧，做些簡單的討論，以便大家更進一步的討論。

前言

對相關類的簡單介紹

java.nio.*, 據說它提供了一些更加底層的一些功能，如:類似windows環境下的AsyncSocket類的異步操作的功能，能顯著降低server端程序的線程管理開銷。

因為大多數應用是建立在TCP之上，所以在此只說說SocketChannel，ServerSocketChannel，Selector 和ByteBuffer這幾個類.前三個最終都源自channel類。而channel 類，可以理解為在具體I/O或文件對象之上抽象的一個操作對象，我們通過操作channel的讀寫達到對其對應的文件或I/O對象(包括socket)讀寫的目的。讀寫的內容在內存中放在ByteBuffer類提供的緩沖區。總而言之，channel作為一個橋梁，連接了I/O對象和內存中的 ByteBuffer，實現了I/O的更高效的存取。

一個基于TCP的服務器端程序，必然有個偵聽端和若干個通信端，它們在nio中由對應的ServerSocketChannel 和SocketChannel類來實現。為了達到異步I/O操作的目的，需要Selector類，它能檢測到I/O對象的狀態。

SocketChannel類是抽象類，通過調用它的靜態函數open()，可生成一個SocketChannel對象，該對象對應一個java.net.Socket，可通過SocketChannel.socket()獲得，而其對應的Socket也可通過調用函數getChannel()得到已建立的相應SocketChannel。

SocketChannel與它的socket是一一對應的。SocketChannel的操作與Socket也很相似。

ServerSocketChannel也是通過調用它的靜態函數open()生成的，只是它不能直接調用bind()函數來綁定一個地址，需要它對應的ServerSocket來完成綁定工作，一般可按如下步驟做：

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

羅嗦了半天，還是看看最簡單的C/S實現吧，服務器提供了基本的回射（echo）功能，其中提供了較詳細的注釋。

源碼分析

1.服務器端：

//////////////////////// 
//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{ 
//生成一個偵聽端 
ServerSocketChannel ssc = ServerSocketChannel.open(); 
//將偵聽端設為異步方式 
ssc.configureBlocking(false); 
//生成一個信號監視器 
Selector s = Selector.open(); 
//偵聽端綁定到一個端口 
ssc.socket().bind(new InetSocketAddress(port)); 
//設置偵聽端所選的異步信號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) {//沒有指定的I/O事件發生 
continue; 
}  
Iterator it = s.selectedKeys().iterator();  
while (it.hasNext()) { 
SelectionKey key = (SelectionKey) it.next(); 
if (key.isAcceptable()) {//偵聽端信號觸發 
ServerSocketChannel server = (ServerSocketChannel) key.channel(); 
//接受一個新的連接 
SocketChannel sc = server.accept(); 
sc.configureBlocking(false); 
//設置該socket的異步信號OP_READ:當socket可讀時， 
 
//觸發函數DealwithData(); 
sc.register(s,SelectionKey.OP_READ); 
}  
if (key.isReadable()) {//某socket可讀信號 
DealwithData(key); 
}  
it.remove(); 
} 
} 
} 
catch(Exception e){ 
e.printStackTrace();  
} 
} 
 
public void DealwithData(SelectionKey key) throws IOException{ 
int count; 
//由key獲取指定socketchannel的引用 
SocketChannel sc = (SocketChannel)key.channel(); 
r_buff.clear(); 
//讀取數據到r_buff 
while((count = sc.read(r_buff))> 0) 
; 
//確保r_buff可讀 
r_buff.flip(); 
 
w_buff.clear(); 
//將r_buff內容拷入w_buff  
w_buff.put(r_buff); 
w_buff.flip(); 
//將數據返回給客戶端 
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(); 
} 
}

在當前目錄下運行：

javac AsynServer.java

后，若無編譯出錯，接下來可運行：

java AsynServer 或 java AsynServer ×××（端口號）

上述服務程序在運行時，可指定其偵聽端口，否則程序會取8848為默認端口。

2.客戶端的簡單示例：

//////////////////////// 
//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); 
//生成一個socketchannel 
sc = SocketChannel.open(); 
 
//連接到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)); 
//輸入回射消息 
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() "); 
}  
 
//發送消息 
while(w_buff.hasRemaining()) 
sc.write(w_buff); 
w_buff.clear();  
 
//進入接收狀態 
Rec(); 
//間隔1秒 
Thread.currentThread().sleep(1000); 
}  
}catch(IOException ioe){ 
ioe.printStackTrace(); 
} 
catch(InterruptedException ie){ 
ie.printStackTrace(); 
}  
} 
//////////// 
//讀取server端發回的數據，并顯示 
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){//輸入需有主機名或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(); 
} 
}

在當前目錄下運行：

javac AsynClient.java

后，若無編譯出錯，確認AsyncServer已經運行的情況下，接下來可運行：

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

并按提示進行操作即可。

總結

總的來說，用nio進行網絡編程還是很有新意的，服務器端軟件能在一個線程中維護與眾多客戶端的通信連接。筆者在本文中試圖用一個典型的回射例子說明如何用nio建立最基本的C/S應用。希望大家能試著用用它。
另外，筆者在實踐中也發現nio在應用中存在的一些難題，比如如何應用SocketChannel的繼承類，以及如何在socketchannel之上應用SSL（Secure Socket Layer）等等，因而希望這篇文章只是拋磚引玉，引起大家對nio作進一步的討論。

原文鏈接：http://lrtlcg.iteye.com/blog/844357

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