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基于NIO的Client/Server程序实践
转自 http://blog.csdn.net/zhangzhaokun/article/details/6612833
本意是想看明白Zookeeper内部的代码是怎么玩的，在琢磨一段时间之后，发现还是自己先独立写一个基于NIO的C/S模式程序，看看有哪些细微之处要注意，再来跟进ZK的细节比较靠谱一些，于是乎就自己练手写了如下这段代码 ，权当预热下使用NIO来编写网络程序这一知识点了，在这里记述这段代码的目的无非是加深下自己的印象，并且后续还可以有思索和改进的空间。
基本功能：服务器端不停的向Client发送“how are you?”,客户端不停的接收该消息，接收完消息后则向服务器端发送问候语“Server,how are you?”
（1）服务器端程序
package com.hadoop.nio;import java.io.IOException;import java.io.UnsupportedEncodingException;import java.net.InetSocketAddress;import java.nio.ByteBuffer;import java.nio.channels.ClosedChannelException;import java.nio.channels.SelectionKey;import java.nio.channels.Selector;import java.nio.channels.ServerSocketChannel;import java.nio.channels.SocketChannel;import java.util.Iterator;import java.util.Set;/** * @author Administrator * */public class NIOSocketServer extends Thread { private Selector selector; private ServerSocketChannel ssc; /** * @param args */ public static void main(String[] args) { NIOSocketServer server = new NIOSocketServer(); try { // server.setDaemon(true); server.initServer(); server.start(); } catch (Exception e) { e.printStackTrace(); server.stopServer(); } } public void run() { while (true) { try { int select = selector.select(); if (select > 0) { Set<SelectionKey> keys = selector.selectedKeys(); Iterator<SelectionKey> iter = keys.iterator(); while (iter.hasNext()) { SelectionKey key = iter.next(); if (key.isAcceptable()) { doAcceptable(key); } if (key.isWritable()) { doWriteMessage(key); } if (key.isReadable()) { doReadMessage(key); } if (key.isConnectable()) { doConnectable(key); } iter.remove(); } } } catch (Exception e) { e.printStackTrace(); } } } /** * 初始化服务器端程序，开始监听端口 * * @throws IOException * @throws ClosedChannelException */ private void initServer() throws IOException, ClosedChannelException { selector = Selector.open(); ssc = ServerSocketChannel.open(); ssc.configureBlocking(false); ssc.socket().bind(new InetSocketAddress(2181)); ssc.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT); } /** * 停止服务器端 */ private void stopServer() { try { if (selector != null && selector.isOpen()) { selector.close(); } if (ssc != null && ssc.isOpen()) { ssc.close(); } } catch (IOException e) { e.printStackTrace(); } } /** * 对新的客户端连接进行处理 * * @param key * @throws IOException * @throws ClosedChannelException */ private void doAcceptable(SelectionKey key) throws IOException, ClosedChannelException { System.out.println("is acceptable"); ServerSocketChannel tempSsc = (ServerSocketChannel) key.channel(); SocketChannel ss = tempSsc.accept(); ss.configureBlocking(false); ss.register(selector, SelectionKey.OP_READ | SelectionKey.OP_WRITE); } /** * 写消息到客户端 * * @param key * @throws IOException * @throws UnsupportedEncodingException */ private void doWriteMessage(SelectionKey key) throws IOException, UnsupportedEncodingException { System.out.println("is writable"); SocketChannel sc = (SocketChannel) key.channel(); ByteBuffer buffer = ByteBuffer.wrap("how are you?".getBytes("UTF-8")); while (buffer.hasRemaining()) { sc.write(buffer); } // sk.interestOps(SelectionKey.OP_READ); } /** * 读取客户端传递过来的消息 * * @param key * @throws IOException * @throws UnsupportedEncodingException */ private void doReadMessage(SelectionKey key) throws IOException, UnsupportedEncodingException { System.out.println("is readable"); SocketChannel sc = (SocketChannel) key.channel(); ByteBuffer bb = ByteBuffer.allocate(8); System.out.println("receive from clint:"); int read = sc.read(bb); while (read > 0) { bb.flip(); byte[] barr = new byte[bb.limit()]; bb.get(barr); System.out.print(new String(barr, "UTF-8")); bb.clear(); read = sc.read(bb); } System.out.println(""); // sk.interestOps(SelectionKey.OP_WRITE); } /** * 已连接 * * @param key */ private void doConnectable(SelectionKey key) { System.out.println("is connectalbe"); }}
（2）客户端程序
/** * */package com.hadoop.nio;import java.io.IOException;import java.io.UnsupportedEncodingException;import java.net.InetSocketAddress;import java.nio.ByteBuffer;import java.nio.channels.ClosedChannelException;import java.nio.channels.SelectionKey;import java.nio.channels.Selector;import java.nio.channels.SocketChannel;import java.util.Iterator;import java.util.Set;/** * @author Administrator * */public class NIOSocketClient extends Thread { private SocketChannel socketChannel; private Selector selector; /** * @param args */ public static void main(String[] args) { NIOSocketClient client = new NIOSocketClient(); try { client.initClient(); client.start(); // client.setDaemon(true); } catch (Exception e) { e.printStackTrace(); client.stopServer(); } } public void run() { while (true) { try { // 写消息到服务器端 writeMessage(); int select = selector.select(); if (select > 0) { Set<SelectionKey> keys = selector.selectedKeys(); Iterator<SelectionKey> iter = keys.iterator(); while (iter.hasNext()) { SelectionKey sk = iter.next(); if (sk.isReadable()) { readMessage(sk); } iter.remove(); } } } catch (Exception e) { e.printStackTrace(); } } } public void readMessage(SelectionKey sk) throws IOException, UnsupportedEncodingException { SocketChannel curSc = (SocketChannel) sk.channel(); ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(8); while (curSc.read(buffer) > 0) { buffer.flip(); System.out.println("Receive from server:" + new String(buffer.array(), "UTF-8")); buffer.clear(); } } public void writeMessage() throws IOException { try { String ss = "Server,how are you?"; ByteBuffer buffer = ByteBuffer.wrap(ss.getBytes("UTF-8")); while (buffer.hasRemaining()) { System.out.println("buffer.hasRemaining() is true."); socketChannel.write(buffer); } } catch (IOException e) { if (socketChannel.isOpen()) { socketChannel.close(); } e.printStackTrace(); } } public void initClient() throws IOException, ClosedChannelException { InetSocketAddress addr = new InetSocketAddress(2181); socketChannel = SocketChannel.open(); selector = Selector.open(); socketChannel.configureBlocking(false); socketChannel.register(selector, SelectionKey.OP_READ); // 连接到server socketChannel.connect(addr); while (!socketChannel.finishConnect()) { System.out.println("check finish connection"); } } /** * 停止客户端 */ private void stopServer() { try { if (selector != null && selector.isOpen()) { selector.close(); } if (socketChannel != null && socketChannel.isOpen()) { socketChannel.close(); } } catch (IOException e) { e.printStackTrace(); } }}
（3）需要改进的点
1、客户端与服务器端的IO异常等没有处理，程序逻辑上不健壮
2、对于序列化与反序列化后传递的消息，发送端把消息发送完毕，接收端把消息接收完毕如何界定？这里的完毕，如果是不加分析的接收和发送完成那是比较简单的，复杂之处在于如何去判定大数据量的情况下，按照对应的协议把它解析出来？需要一个可扩展的数据协议，后续我会发明一个轮子来解决如下几个问题:A，按照制定分隔符号来解析数据 B：按照【消息长度】【消息内容】这种变长消息来解析数据 C:Java对象的序列化与反序列化
3、监听和处理OP_ACCEPT、OP_READ、OP_WRITE事件的线程数量如何分配才能完成高效的协同，可以根据业务需要调配比率，实现最佳性能？
4、监听OP_WRITE操作比较麻烦，只要写缓冲区没有满则一直可以写，需要频繁的删除和注册OP_WRITE事件，极为影响性能，如何优化？
5、在多个连接同时连接到服务端的时候，一个Selector是否够用，一个Selector能够管理多少Channel呢？另外从Channel中读取消息、向Channel中写消息是否就一定要用SubReactor来处理吗？用WorkThread来处理有什么不好？
6、TCP协议麻烦之处在于接收/发送数据并不能保证有序，在客户端同步等待服务端响应的时候，如何将服务端的异步处理转化为对应于客户端的同步处理？当然客户端也是可以同步或者异步的来访问服务端的。
7、如何避免业务程序的数据与NIO的缓冲区之间相互拷贝，降低性能？怎样才能把一个ByteBuffer的内容从签到后都用一个呢，避免Copy来降低性能。
这些问题的提出，我结合不少网上的资料，也参照了一下Mina、Netty的原理介绍之流的文章，但是并没有去阅读这两个框架的源代码，我寻思着，把这些问题先从理论上解决掉，再自行用代码去实践，把上述的例子给丰满起来，基本解决这些问题之后，再去研读和比较Mina、Netty的具体实现，这样一趟下来就能对Java+NIO+Channel的编程有一个整体的认识了。好几年来，我都想做这个事情，可是一直由于各种原因停滞了，这次务必要实践起来，在这个博文里面提出来这个观点，就在于我想以此宣示来告诉自己务必要一直走到底。
至此，我认为学习一个框架或者是一个知识点的最好办法就是去实践，去以自己的想法发明一个轮子，再模拟场景进行测试，之后再看看开源产品中那些大师是如何实现的，两项对比之下，自己的不足之处就找出来了，也知道该怎么改进了。
基于NIO的Client/Server程序实践
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