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转：Java NIO（2）

2024-08-10 22:04:39   222人阅读

java.nio包是Java在1.4之后增加的，用来提高I/O操作的效率。在nio包中主要包括以下几个类或接口:

* Buffer：缓冲区，用来临时存放输入或输出数据。

* Charset：用来把Unicode字符编码和其它字符编码互转。

* Channel：数据传输通道，用来把Buffer中的数据写入到数据源，或者把数据源中的数据读入到Buffer。

* Selector：用来支持异步I/O操作，也叫非阻塞I/O操作。


nio包中主要通过下面两个方面来提高I/O操作效率:

* 通过Buffer和Channel来提高I/O操作的速度。

* 通过Selector来支持非阻塞I/O操作。


下面来看一下程序中是怎么通过这些类库实现Socket功能。


首先介绍一下几个辅助类

辅助类SerializableUtil，这个类用来把java对象序列化成字节数组，或者把字节数组反序列化成java对象。

[java] view plain copy
  1. package com.googlecode.garbagecan.test.socket;  
  2.   
  3. import java.io.ByteArrayInputStream;  
  4. import java.io.ByteArrayOutputStream;  
  5. import java.io.IOException;  
  6. import java.io.ObjectInputStream;  
  7. import java.io.ObjectOutputStream;  
  8.   
  9. public class SerializableUtil {  
  10.       
  11.     public static byte[] toBytes(Object object) {  
  12.         ByteArrayOutputStream baos = new ByteArrayOutputStream();  
  13.         ObjectOutputStream oos = null;  
  14.         try {  
  15.             oos = new ObjectOutputStream(baos);  
  16.             oos.writeObject(object);  
  17.             byte[] bytes = baos.toByteArray();  
  18.             return bytes;  
  19.         } catch(IOException ex) {  
  20.             throw new RuntimeException(ex.getMessage(), ex);  
  21.         } finally {  
  22.             try {  
  23.                 oos.close();  
  24.             } catch (Exception e) {}  
  25.         }  
  26.     }  
  27.       
  28.     public static Object toObject(byte[] bytes) {  
  29.         ByteArrayInputStream bais = new ByteArrayInputStream(bytes);  
  30.         ObjectInputStream ois = null;  
  31.         try {  
  32.             ois = new ObjectInputStream(bais);  
  33.             Object object = ois.readObject();  
  34.             return object;  
  35.         } catch(IOException ex) {  
  36.             throw new RuntimeException(ex.getMessage(), ex);  
  37.         } catch(ClassNotFoundException ex) {  
  38.             throw new RuntimeException(ex.getMessage(), ex);  
  39.         } finally {  
  40.             try {  
  41.                 ois.close();  
  42.             } catch (Exception e) {}  
  43.         }  
  44.     }  
  45. }  

辅助类MyRequestObject和MyResponseObject，这两个类是普通的java对象，实现了Serializable接口。MyRequestObject类是Client发出的请求，MyResponseObject是Server端作出的响应。

[java] view plain copy
  1. package com.googlecode.garbagecan.test.socket.nio;  
  2.   
  3. import java.io.Serializable;  
  4.   
  5. public class MyRequestObject implements Serializable {  
  6.   
  7.     private static final long serialVersionUID = 1L;  
  8.   
  9.     private String name;  
  10.       
  11.     private String value;  
  12.   
  13.     private byte[] bytes;  
  14.       
  15.     public MyRequestObject(String name, String value) {  
  16.         this.name = name;  
  17.         this.value = value;  
  18.         this.bytes = new byte[1024];  
  19.     }  
  20.       
  21.     public String getName() {  
  22.         return name;  
  23.     }  
  24.   
  25.     public void setName(String name) {  
  26.         this.name = name;  
  27.     }  
  28.   
  29.     public String getValue() {  
  30.         return value;  
  31.     }  
  32.   
  33.     public void setValue(String value) {  
  34.         this.value = value;  
  35.     }  
  36.       
  37.     @Override  
  38.     public String toString() {  
  39.         StringBuffer sb = new StringBuffer();  
  40.         sb.append("Request [name: " + name  + ", value: " + value + ", bytes: " + bytes.length+ "]");  
  41.         return sb.toString();  
  42.     }  
  43. }  
  44.   
  45. package com.googlecode.garbagecan.test.socket.nio;  
  46.   
  47. import java.io.Serializable;  
  48.   
  49. public class MyResponseObject implements Serializable {  
  50.   
  51.     private static final long serialVersionUID = 1L;  
  52.   
  53.     private String name;  
  54.       
  55.     private String value;  
  56.   
  57.     private byte[] bytes;  
  58.       
  59.     public MyResponseObject(String name, String value) {  
  60.         this.name = name;  
  61.         this.value = value;  
  62.         this.bytes = new byte[1024];  
  63.     }  
  64.       
  65.     public String getName() {  
  66.         return name;  
  67.     }  
  68.   
  69.     public void setName(String name) {  
  70.         this.name = name;  
  71.     }  
  72.   
  73.     public String getValue() {  
  74.         return value;  
  75.     }  
  76.   
  77.     public void setValue(String value) {  
  78.         this.value = value;  
  79.     }  
  80.       
  81.     @Override  
  82.     public String toString() {  
  83.         StringBuffer sb = new StringBuffer();  
  84.         sb.append("Response [name: " + name  + ", value: " + value + ", bytes: " + bytes.length+ "]");  
  85.         return sb.toString();  
  86.     }  
  87. }  


下面主要看一下Server端的代码，其中有一些英文注释对理解代码很有帮助，注释主要是来源jdk的文档和例子，这里就没有再翻译

[java] view plain copy
  1. package com.googlecode.garbagecan.test.socket.nio;  
  2.   
  3. import java.io.ByteArrayOutputStream;  
  4. import java.io.IOException;  
  5. import java.net.InetSocketAddress;  
  6. import java.nio.ByteBuffer;  
  7. import java.nio.channels.ClosedChannelException;  
  8. import java.nio.channels.SelectionKey;  
  9. import java.nio.channels.Selector;  
  10. import java.nio.channels.ServerSocketChannel;  
  11. import java.nio.channels.SocketChannel;  
  12. import java.util.Iterator;  
  13. import java.util.logging.Level;  
  14. import java.util.logging.Logger;  
  15.   
  16. import com.googlecode.garbagecan.test.socket.SerializableUtil;  
  17.   
  18. public class MyServer3 {  
  19.   
  20.     private final static Logger logger = Logger.getLogger(MyServer3.class.getName());  
  21.       
  22.     public static void main(String[] args) {  
  23.         Selector selector = null;  
  24.         ServerSocketChannel serverSocketChannel = null;  
  25.           
  26.         try {  
  27.             // Selector for incoming time requests  
  28.             selector = Selector.open();  
  29.   
  30.             // Create a new server socket and set to non blocking mode  
  31.             serverSocketChannel = ServerSocketChannel.open();  
  32.             serverSocketChannel.configureBlocking(false);  
  33.               
  34.             // Bind the server socket to the local host and port  
  35.             serverSocketChannel.socket().setReuseAddress(true);  
  36.             serverSocketChannel.socket().bind(new InetSocketAddress(10000));  
  37.               
  38.             // Register accepts on the server socket with the selector. This  
  39.             // step tells the selector that the socket wants to be put on the  
  40.             // ready list when accept operations occur, so allowing multiplexed  
  41.             // non-blocking I/O to take place.  
  42.             serverSocketChannel.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT);  
  43.       
  44.             // Here‘s where everything happens. The select method will  
  45.             // return when any operations registered above have occurred, the  
  46.             // thread has been interrupted, etc.  
  47.             while (selector.select() > 0) {  
  48.                 // Someone is ready for I/O, get the ready keys  
  49.                 Iterator<SelectionKey> it = selector.selectedKeys().iterator();  
  50.       
  51.                 // Walk through the ready keys collection and process date requests.  
  52.                 while (it.hasNext()) {  
  53.                     SelectionKey readyKey = it.next();  
  54.                     it.remove();  
  55.                       
  56.                     // The key indexes into the selector so you  
  57.                     // can retrieve the socket that‘s ready for I/O  
  58.                     execute((ServerSocketChannel) readyKey.channel());  
  59.                 }  
  60.             }  
  61.         } catch (ClosedChannelException ex) {  
  62.             logger.log(Level.SEVERE, null, ex);  
  63.         } catch (IOException ex) {  
  64.             logger.log(Level.SEVERE, null, ex);  
  65.         } finally {  
  66.             try {  
  67.                 selector.close();  
  68.             } catch(Exception ex) {}  
  69.             try {  
  70.                 serverSocketChannel.close();  
  71.             } catch(Exception ex) {}  
  72.         }  
  73.     }  
  74.   
  75.     private static void execute(ServerSocketChannel serverSocketChannel) throws IOException {  
  76.         SocketChannel socketChannel = null;  
  77.         try {  
  78.             socketChannel = serverSocketChannel.accept();  
  79.             MyRequestObject myRequestObject = receiveData(socketChannel);  
  80.             logger.log(Level.INFO, myRequestObject.toString());  
  81.               
  82.             MyResponseObject myResponseObject = new MyResponseObject(  
  83.                     "response for " + myRequestObject.getName(),   
  84.                     "response for " + myRequestObject.getValue());  
  85.             sendData(socketChannel, myResponseObject);  
  86.             logger.log(Level.INFO, myResponseObject.toString());  
  87.         } finally {  
  88.             try {  
  89.                 socketChannel.close();  
  90.             } catch(Exception ex) {}  
  91.         }  
  92.     }  
  93.       
  94.     private static MyRequestObject receiveData(SocketChannel socketChannel) throws IOException {  
  95.         MyRequestObject myRequestObject = null;  
  96.         ByteArrayOutputStream baos = new ByteArrayOutputStream();  
  97.         ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024);  
  98.           
  99.         try {  
  100.             byte[] bytes;  
  101.             int size = 0;  
  102.             while ((size = socketChannel.read(buffer)) >= 0) {  
  103.                 buffer.flip();  
  104.                 bytes = new byte[size];  
  105.                 buffer.get(bytes);  
  106.                 baos.write(bytes);  
  107.                 buffer.clear();  
  108.             }  
  109.             bytes = baos.toByteArray();  
  110.             Object obj = SerializableUtil.toObject(bytes);  
  111.             myRequestObject = (MyRequestObject)obj;  
  112.         } finally {  
  113.             try {  
  114.                 baos.close();  
  115.             } catch(Exception ex) {}  
  116.         }  
  117.         return myRequestObject;  
  118.     }  
  119.   
  120.     private static void sendData(SocketChannel socketChannel, MyResponseObject myResponseObject) throws IOException {  
  121.         byte[] bytes = SerializableUtil.toBytes(myResponseObject);  
  122.         ByteBuffer buffer = ByteBuffer.wrap(bytes);  
  123.         socketChannel.write(buffer);  
  124.     }  
  125. }  

下面是Client的代码，代码比较简单就是启动了100个线程来访问Server

[java] view plain copy
  1. package com.googlecode.garbagecan.test.socket.nio;  
  2.   
  3. import java.io.ByteArrayOutputStream;  
  4. import java.io.IOException;  
  5. import java.net.InetSocketAddress;  
  6. import java.net.SocketAddress;  
  7. import java.nio.ByteBuffer;  
  8. import java.nio.channels.SocketChannel;  
  9. import java.util.logging.Level;  
  10. import java.util.logging.Logger;  
  11.   
  12. import com.googlecode.garbagecan.test.socket.SerializableUtil;  
  13.   
  14. public class MyClient3 {  
  15.   
  16.     private final static Logger logger = Logger.getLogger(MyClient3.class.getName());  
  17.       
  18.     public static void main(String[] args) throws Exception {  
  19.         for (int i = 0; i < 100; i++) {  
  20.             final int idx = i;  
  21.             new Thread(new MyRunnable(idx)).start();  
  22.         }  
  23.     }  
  24.       
  25.     private static final class MyRunnable implements Runnable {  
  26.           
  27.         private final int idx;  
  28.   
  29.         private MyRunnable(int idx) {  
  30.             this.idx = idx;  
  31.         }  
  32.   
  33.         public void run() {  
  34.             SocketChannel socketChannel = null;  
  35.             try {  
  36.                 socketChannel = SocketChannel.open();  
  37.                 SocketAddress socketAddress = new InetSocketAddress("localhost", 10000);  
  38.                 socketChannel.connect(socketAddress);  
  39.   
  40.                 MyRequestObject myRequestObject = new MyRequestObject("request_" + idx, "request_" + idx);  
  41.                 logger.log(Level.INFO, myRequestObject.toString());  
  42.                 sendData(socketChannel, myRequestObject);  
  43.                   
  44.                 MyResponseObject myResponseObject = receiveData(socketChannel);  
  45.                 logger.log(Level.INFO, myResponseObject.toString());  
  46.             } catch (Exception ex) {  
  47.                 logger.log(Level.SEVERE, null, ex);  
  48.             } finally {  
  49.                 try {  
  50.                     socketChannel.close();  
  51.                 } catch(Exception ex) {}  
  52.             }  
  53.         }  
  54.   
  55.         private void sendData(SocketChannel socketChannel, MyRequestObject myRequestObject) throws IOException {  
  56.             byte[] bytes = SerializableUtil.toBytes(myRequestObject);  
  57.             ByteBuffer buffer = ByteBuffer.wrap(bytes);  
  58.             socketChannel.write(buffer);  
  59.             socketChannel.socket().shutdownOutput();  
  60.         }  
  61.   
  62.         private MyResponseObject receiveData(SocketChannel socketChannel) throws IOException {  
  63.             MyResponseObject myResponseObject = null;  
  64.             ByteArrayOutputStream baos = new ByteArrayOutputStream();  
  65.               
  66.             try {  
  67.                 ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocateDirect(1024);  
  68.                 byte[] bytes;  
  69.                 int count = 0;  
  70.                 while ((count = socketChannel.read(buffer)) >= 0) {  
  71.                     buffer.flip();  
  72.                     bytes = new byte[count];  
  73.                     buffer.get(bytes);  
  74.                     baos.write(bytes);  
  75.                     buffer.clear();  
  76.                 }  
  77.                 bytes = baos.toByteArray();  
  78.                 Object obj = SerializableUtil.toObject(bytes);  
  79.                 myResponseObject = (MyResponseObject) obj;  
  80.                 socketChannel.socket().shutdownInput();  
  81.             } finally {  
  82.                 try {  
  83.                     baos.close();  
  84.                 } catch(Exception ex) {}  
  85.             }  
  86.             return myResponseObject;  
  87.         }  
  88.     }  
  89. }  


最后测试上面的代码，首先运行Server类，然后运行Client类，就可以分别在Server端和Client端控制台看到发送或接收到的MyRequestObject或MyResponseObject对象了。

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