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nio与netty编程（一）

nio 编程 Netty

2023-06-13 09:13:58 时间

文章目录
一多线程编程
线程安全
产生原因
解决线程安全问题
synchronized 同步代码块
synchronized 同步代码块
线程间通信
两个线程交替运行
生产者消费者
二 bio编程
三 nio编程
文件IO
往本地文件中写数据
从本地文件中读数据
复制文件
网络IO
nio网路通信demo
多人网络聊天
AIO
IO 对比总结

一多线程编程

线程是比进程更小的能独立运行的基本单位，它是进程的一部分，一个进程可以拥有多个线程，但至少要有一个线程，即主执行线程(Java 的 main 方法)。我们既可以编写单线程应用，也可以编写多线程应用。一个进程中的多个线程可以并发(同时)执行，在一些执行时间长、需要等待的任务上（例如：文件读写和网络传输等），多线程就比较有用了。怎么理解多线程呢？来两个例子：

进程就是一个工厂，一个线程就是工厂中的一条生产线，一个工厂至少有一条生产线，只有一条生产线就是单线程应用，拥有多条生产线就是多线程应用。多条生产线可以同时运行。
我们使用迅雷可以同时下载多个视频，迅雷就是进程，多个下载任务就是线程，这几个线程可以同时运行去下载视频。

多线程可以共享内存、充分利用 CPU，通过提高资源(内存和 CPU)使用率从而提高程序的执行效率。CPU 使用抢占式调度模式在多个线程间进行着随机的高速的切换。对于 CPU的一个核而言，某个时刻，只能执行一个线程，而 CPU 在多个线程间的切换速度相对我们的感觉要快很多，看上去就像是多个线程或任务在同时运行。 Java 天生就支持多线程并提供了两种编程方式，一个是继承 Thread 类，一个是实现Runnable 接口

线程安全

产生原因

多个线程操作的是同一个共享资源，但是线程之间是彼此独立、互相隔绝的，因此就会出现数据（共享资源）不能同步更新的情况，这就是线程安全问题

package com.xiepanpan.thread.safe;

/**
 * @author: xiepanpan
 * @Date: 2020/8/3
 * @Description: 销售窗口  有线程安全问题
 */
public class SaleWindow implements Runnable{

    private int id = 10;

    /**
     * 卖10张火车票
     */
    public void run() {

        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            if (id>0) {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"卖了编号为"+id+"的火车票");

                id--;
                try {
                    Thread.sleep(500);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }
    }
}

package com.xiepanpan.thread.safe;

/**
 * @author: xiepanpan
 * @Date: 2020/8/3
 * @Description:  两个线程随机售票 出现线程安全问题
 */
public class TestSaleWindow {

    public static void main(String[] args) {
        SaleWindow saleWindow = new SaleWindow();
        Runnable target;
        Thread t1 = new Thread(saleWindow);
        Thread t2 = new Thread(saleWindow);

        t1.setName("窗口A");
        t2.setName("窗口B");

        t1.start();
        t2.start();
    }
}

解决线程安全问题

Java 中提供了一个同步机制(锁)来解决线程安全问题，即让操作共享数据的代码在某一时间段，只被一个线程执行(锁住)，在执行过程中，其他线程不可以参与进来，这样共享数据就能同步了。简单来说，就是给某些代码加把锁。锁是什么？又从哪儿来呢？锁的专业名称叫监视器 monitor，其实 Java 为每个对象都自动内置了一个锁（监视器 monitor），当某个线程执行到某代码块时就会自动得到这个对象的锁，那么其他线程就无法执行该代码块了，一直要等到之前那个线程停止(释放锁)。需要特别注意的是：多个线程必须使用同一把锁（对象）。 Java 的同步机制提供了两种实现方式：

同步代码块：即给代码块上锁，变成同步代码块
同步方法：即给方法上锁，变成同步方法

synchronized 同步代码块

package com.xiepanpan.thread.safe;

/**
 * @author: xiepanpan
 * @Date: 2020/8/3
 * @Description: 销售窗口 同步代码块
 */
public class SaleWindow1 implements Runnable{

    private int id = 10;

    /**
     * 卖10张火车票
     */
    public void run() {

        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            synchronized (this) {
                if (id>0) {
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"卖了编号为"+id+"的火车票");

                    id--;
                    try {
                        Thread.sleep(500);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
            }

        }
    }
}

package com.xiepanpan.thread.safe;

/**
 * @author: xiepanpan
 * @Date: 2020/8/3
 * @Description:  两个线程随机售票 使用同步代码块解决线程安全问题
 */
public class TestSaleWindow1 {

    public static void main(String[] args) {
        SaleWindow1 saleWindow1 = new SaleWindow1();
        Runnable target;
        Thread t1 = new Thread(saleWindow1);
        Thread t2 = new Thread(saleWindow1);

        t1.setName("窗口A");
        t2.setName("窗口B");

        t1.start();
        t2.start();
    }
}

synchronized 同步代码块

package com.xiepanpan.thread.safe;

/**
 * @author: xiepanpan
 * @Date: 2020/8/3
 * @Description: 销售窗口 使用同步方法 默认使用this作为锁
 */
public class SaleWindow2 implements Runnable{

    private int id = 10;

    /**
     * 卖10张火车票
     */
    public void run() {

        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            saleOne();

        }
    }

    private synchronized void saleOne() {
        if (id>0) {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"卖了编号为"+id+"的火车票");

            id--;
            try {
                Thread.sleep(500);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
}

package com.xiepanpan.thread.safe;

/**
 * @author: xiepanpan
 * @Date: 2020/8/3
 * @Description:  两个线程随机售票 使用同步方法解决线程安全问题
 */
public class TestSaleWindow2 {

    public static void main(String[] args) {
        SaleWindow2 saleWindow2 = new SaleWindow2();
        Runnable target;
        Thread t1 = new Thread(saleWindow2);
        Thread t2 = new Thread(saleWindow2);

        t1.setName("窗口A");
        t2.setName("窗口B");

        t1.start();
        t2.start();
    }
}

通过查看源码，我们发现 StringBuffer 和 Vector 类中的大部分方法都是同步方法，所以证明这两个类在使用时是保证线程安全的；而StringBuilder和ArrayList类中的方法都是普通方法，没有使用 synchronized 关键字进行修饰，所以证明这两个类在使用时不保证线程安全。线程安全和性能之间不可兼得，保证线程安全就会损失性能，保证性能就不能满足线程安全。

线程间通信

多个线程并发执行时, 在默认情况下 CPU 是随机性的在线程之间进行切换的，但是有时候我们希望它们能有规律的执行, 那么，多线程之间就需要一些协调通信来改变或控制 CPU的随机性。Java 提供了等待唤醒机制来解决这个问题，具体来说就是多个线程依靠一个同步锁，然后借助于 wait()和 notify()方法就可以实现线程间的协调通信。同步锁相当于中间人的作用，多个线程必须用同一个同步锁(认识同一个中间人)，只有同一个锁上的被等待的线程，才可以被持有该锁的另一个线程唤醒，使用不同锁的线程之间不能相互唤醒，也就无法协调通信。

Java 在 Object 类中提供了一些方法可以用来实现线程间的协调通信，我们一起来了解一下：

public final void wait(); 让当前线程释放锁
public final native void wait(long timeout); 让当前线程释放锁，并等待 xx 毫秒
public final native void notify(); 唤醒持有同一锁的某个线程
public final native void notifyAll(); 唤醒持有同一锁的所有线程

需要注意的是：在调用 wait 和 notify 方法时，当前线程必须已经持有锁，然后才可以调用，否则将会抛出 IllegalMonitorStateException 异常。接下来咱们通过两个案例来演示一下具体如何编程实现线程间通信。

两个线程交替运行

两个线程交替输出信息

为了保证两个线程使用的一定是同一个锁，我们创建一个对象作为静态属性放到一个类中，这个对象就用来充当锁

package com.xiepanpan.thread.communication.num;

/**
 * @author: xiepanpan
 * @Date: 2020/8/3
 * @Description:  锁对象
 */
public class MyLock {

    public static Object object = new Object();
}

该线程输出十次 1，使用 MyLock.o 作为锁，每输出一个 1 就唤醒另一个线程，然后自己休眠并释放锁。

package com.xiepanpan.thread.communication.num;



/**
 * @author: xiepanpan
 * @Date: 2020/8/3
 * @Description:  输出数字1的线程
 */
public class ThreadForNumOne extends Thread{

    public void run() {
        for (int i = 0; i < 10; i++) {

            synchronized (MyLock.object) {
                System.out.println(1);
                MyLock.object.notify();
                try {
                    MyLock.object.wait();
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }
    }
}

package com.xiepanpan.thread.communication.num;


/**
 * @author: xiepanpan
 * @Date: 2020/8/3
 * @Description:  输出数字2的线程
 */
public class ThreadForNumTwo extends Thread{

    public void run() {
        for (int i = 0; i < 10; i++) {

            synchronized (MyLock.object) {
                System.out.println(2);
                MyLock.object.notify();
                try {
                    MyLock.object.wait();
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }
    }
}

该线程输出十次 2，也使用 MyLock.o 作为锁，每输出一个 2 就唤醒另一个线程，然后自己休眠并释放锁。

package com.xiepanpan.thread.communication.num;

/**
 * @author: xiepanpan
 * @Date: 2020/8/3
 * @Description:  测试两个线程交替执行
 */
public class TestThreadForNum {

    public static void main(String[] args) {
        new ThreadForNumOne().start();
        new ThreadForNumTwo().start();
    }
}

生产者消费者

生产者是一堆线程，消费者是另一堆线程，内存缓冲区可以使用 List 集合存储数据。该模式的关键之处是如何处理多线程之间的协调通信，内存缓冲区为空的时候，消费者必须等待，而内存缓冲区满的时候，生产者必须等待，其他时候可以是个动态平衡。

这里实现一个生产者一个消费者

定义一个静态集合作为内存缓冲区用来存储数据，同时这个集合也可以作为锁去被多个线程使用。

package com.xiepanpan.thread.communication.producerconsumer;

import java.util.ArrayList;

/**
 * @author: xiepanpan
 * @Date: 2020/8/3
 * @Description: 篮子
 */
public class Basket {

    public static ArrayList<String> basket = new ArrayList<String>();
}

生产者不断的往集合（筐）里放水果，当筐满了就停，同时释放锁。

package com.xiepanpan.thread.communication.producerconsumer;

/**
 * @author: xiepanpan
 * @Date: 2020/8/3
 * @Description:  农民类 相当于生产者
 */
public class Farmer extends Thread{

    public void run() {
        while (true) {
            synchronized (Basket.basket) {
                //篮子满了就不要放了 让农夫休息一哈
                if(Basket.basket.size()==10) {
                    try {
                        Basket.basket.wait();
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }

                //往篮子里放水果
                Basket.basket.add("apple");
                System.out.println("农夫放了一个水果，目前篮子里有"+Basket.basket.size()+"个水果");

                //唤醒小孩继续吃
                Basket.basket.notify();

            }

            //模拟控制速度
            try {
                Thread.sleep(50);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
}

消费者不断的从集合（筐）里拿水果吃，当筐空了就停，同时释放锁。

package com.xiepanpan.thread.communication.producerconsumer;

import java.util.Random;

/**
 * @author: xiepanpan
 * @Date: 2020/8/3
 * @Description: 孩子类 相当于消费者
 */
public class Child extends Thread{

    @Override
    public void run() {
        while (true) {
            synchronized (Basket.basket) {

                //篮子里没有水果 让小孩休息一哈
                if (Basket.basket.size()==0 ) {
                    try {
                        Basket.basket.wait();
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }

                //小孩吃水果
                Basket.basket.remove("apple");
                System.out.println("小孩吃了一个水果 目前篮子里有"+Basket.basket.size()+"个水果");

                //唤醒农夫继续放水果
                Basket.basket.notify();
            }

            try {
                Random random = new Random();
                Thread.sleep(random.nextInt(3000));
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
}

package com.xiepanpan.thread.communication.producerconsumer;

/**
 * @author: xiepanpan
 * @Date: 2020/8/3
 * @Description:  测试模拟生产者消费者模式 生产者消费者一对一
 */
public class Test {

    public static void main(String[] args) {
        new Farmer().start();
        new Child().start();
    }

}

二 bio编程

BIO 有的称之为 basic(基本) IO,有的称之为 block(阻塞) IO，主要应用于文件 IO 和网络 IO，这里不再说文件 IO, 大家对此都非常熟悉，本次课程主要讲解网络 IO。在 JDK1.4 之前，我们建立网络连接的时候只能采用 BIO，需要先在服务端启动一个ServerSocket，然后在客户端启动 Socket 来对服务端进行通信，默认情况下服务端需要对每个请求建立一个线程等待请求，而客户端发送请求后，先咨询服务端是否有线程响应，如果没有则会一直等待或者遭到拒绝，如果有的话，客户端线程会等待请求结束后才继续执行，这就是阻塞式 IO。

服务器端程序，绑定端口号 9999，accept 方法用来监听客户端连接，如果没有客户端连接，就一直等待，程序会阻塞到这里。

package com.xiepanpan.bio;

import java.io.IOException;
import java.io.InputStream;
import java.io.OutputStream;
import java.net.ServerSocket;
import java.net.Socket;

/**
 * @author: xiepanpan
 * @Date: 2020/8/3
 * @Description: bio 服务端程序  先启动
 */
public class TCPServer {

    public static void main(String[] args) throws IOException {

        // 创建ServerSocket 对象
        ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(9999);

        while (true) {
            //监听客户端
            System.out.println("启动服务端。。");
            //①这里阻塞
            Socket socket = serverSocket.accept();
            System.out.println("已连接客户端");
            //从连接中取出输入流的接收消息
            //②阻塞
            InputStream inputStream = socket.getInputStream();
            byte[] bytes = new byte[10];
            inputStream.read(bytes);
            String clientIp = serverSocket.getInetAddress().getHostAddress();

            System.out.println(clientIp+"说："+new String(bytes).trim());

            //从连接中取出输出流并回复
            OutputStream outputStream = socket.getOutputStream();
            outputStream.write("收到".getBytes());
            //关闭
            socket.close();

        }
    }



}

客户端程序，通过 9999 端口连接服务器端，getInputStream 方法用来等待服务器端返回数据，如果没有返回，就一直等待，程序会阻塞到这里。

package com.xiepanpan.bio;

import java.io.IOException;
import java.io.InputStream;
import java.io.OutputStream;
import java.net.Socket;
import java.util.Scanner;

/**
 * @author: xiepanpan
 * @Date: 2020/8/3
 * @Description: bio 客户端程序
 */
public class TCPClient {

    public static void main(String[] args) throws IOException {
        while(true) {

            //创建socket对象
            Socket socket = new Socket("127.0.0.1",9999);

            //从连接中取出输出流并发送消息
            OutputStream outputStream = socket.getOutputStream();
            System.out.println("请输入：");
            Scanner scanner = new Scanner(System.in);
            String msg = scanner.nextLine();
            outputStream.write(msg.getBytes());

            //从连接中取出输入流并接收回话
            //①阻塞
            InputStream inputStream = socket.getInputStream();
            byte[] bytes= new byte[20];
            inputStream.read(bytes);
            System.out.println("长安说："+new String(bytes).trim());
        }
    }
}

三 nio编程

java.nio 全称 java non-blocking IO，是指 JDK 提供的新 API。从 JDK1.4 开始，Java 提供了一系列改进的输入/输出的新特性，被统称为 NIO(即 New IO)。新增了许多用于处理输入输出的类，这些类都被放在 java.nio 包及子包下，并且对原 java.io 包中的很多类进行改写，新增了满足 NIO 的功能。

NIO 和 BIO 有着相同的目的和作用，但是它们的实现方式完全不同，BIO 以流的方式处理数据,而 NIO 以块的方式处理数据,块 I/O 的效率比流 I/O 高很多。另外，NIO 是非阻塞式的，这一点跟 BIO 也很不相同，使用它可以提供非阻塞式的高伸缩性网络。

NIO 主要有三大核心部分：Channel(通道)，Buffer(缓冲区), Selector(选择器)。

传统的 BIO基于字节流和字符流进行操作，而 NIO 基于 Channel(通道)和 Buffer(缓冲区)进行操作，数据总是从通道读取到缓冲区中，或者从缓冲区写入到通道中。Selector(选择区)用于监听多个通道的事件（比如：连接请求，数据到达等），因此使用单个线程就可以监听多个客户端通道。

文件IO

缓冲区（Buffer）：实际上是一个容器，是一个特殊的数组，缓冲区对象内置了一些机制，能够跟踪和记录缓冲区的状态变化情况。Channel 提供从文件、网络读取数据的渠道，但是读取或写入的数据都必须经由 Buffer，如下图所示：

在 NIO 中，Buffer 是一个顶层父类，它是一个抽象类，常用的 Buffer 子类有：

ByteBuffer，存储字节数据到缓冲区
ShortBuffer，存储字符串数据到缓冲区
CharBuffer，存储字符数据到缓冲区
IntBuffer，存储整数数据到缓冲区
LongBuffer，存储长整型数据到缓冲区
DoubleBuffer，存储小数到缓冲区
FloatBuffer，存储小数到缓冲区

对于 Java 中的基本数据类型，都有一个 Buffer 类型与之相对应，最常用的自然是ByteBuffer 类（二进制数据），该类的主要方法如下所示：

public abstract ByteBuffer put(byte[] b); 存储字节数据到缓冲区
public abstract byte[] get(); 从缓冲区获得字节数据
public final byte[] array(); 把缓冲区数据转换成字节数组
public static ByteBuffer allocate(int capacity); 设置缓冲区的初始容量
public static ByteBuffer wrap(byte[] array); 把一个现成的数组放到缓冲区中使用
public final Buffer flip(); 翻转缓冲区，重置位置到初始位置

通道（Channel）：类似于 BIO 中的 stream，例如 FileInputStream 对象，用来建立到目标（文件，网络套接字，硬件设备等）的一个连接，但是需要注意：BIO 中的 stream 是单向的，例如 FileInputStream 对象只能进行读取数据的操作，而 NIO 中的通道(Channel)是双向的，既可以用来进行读操作，也可以用来进行写操作。

常用的 Channel 类有：FileChannel、DatagramChannel、ServerSocketChannel 和 SocketChannel。FileChannel 用于文件的数据读写，DatagramChannel 用于 UDP 的数据读写，ServerSocketChannel 和 SocketChannel 用于 TCP 的数据读写。

往本地文件中写数据

/**
 * 往本地文件中写数据
 */
@Test
public void test1() throws IOException {
    //1. 创建文件输出流
    File file;
    FileOutputStream fileOutputStream = new FileOutputStream("test.txt");
    //2. 从流中得到一个通道
    FileChannel channel = fileOutputStream.getChannel();
    //3. 提供一个缓冲区
    ByteBuffer byteBuffer = ByteBuffer.allocate(1024);
    //4. 往缓冲区中存入数据
    String string = "hello,nio";
    byteBuffer.put(string.getBytes());
    //5. 翻转缓冲区
    byteBuffer.flip();
    //6. 把缓冲区写到通道中
    channel.write(byteBuffer);
    //7. 关闭流
    fileOutputStream.close();
}

NIO 中的通道是从输出流对象里通过 getChannel 方法获取到的，该通道是双向的，既可以读，又可以写。在往通道里写数据之前，必须通过 put 方法把数据存到 ByteBuffer 中，然后通过通道的 write 方法写数据。在 write 之前，需要调用 flip 方法翻转缓冲区，把内部重置到初始位置，这样在接下来写数据时才能把所有数据写到通道里。

从本地文件中读数据

/**
 * 从本地文件中读取数据
 * @throws FileNotFoundException
 */
@Test
public void test2() throws IOException {
    //1. 创建输入流
    File file = new File("test.txt");
    FileInputStream fileInputStream = new FileInputStream(file);
    //2. 得到一个通道
    FileChannel channel = fileInputStream.getChannel();
    //3. 准备一个缓冲区
    ByteBuffer byteBuffer = ByteBuffer.allocate((int) file.length());
    //4. 从通道里读取数据并保存到缓冲区中
    channel.read(byteBuffer);
    System.out.println(new String(byteBuffer.array()));
    //5. 关闭
    fileInputStream.close();
}

上述代码从输入流中获得一个通道，然后提供 ByteBuffer 缓冲区，该缓冲区的初始容量和文件的大小一样，最后通过通道的 read 方法把数据读取出来并存储到了 ByteBuffer 中。

复制文件

/**
 * 使用NIO实现文件复制
 * @throws IOException
 */
@Test
public void test3() throws IOException {
    //1. 创建两个流
    FileInputStream fileInputStream = new FileInputStream("test.txt");
    FileOutputStream fileOutputStream = new FileOutputStream("D:\\test.txt");

    //2. 得到两个通道
    FileChannel sourceFileChannel = fileInputStream.getChannel();
    FileChannel destFileChannel = fileOutputStream.getChannel();

    //3. 复制
    destFileChannel.transferFrom(sourceFileChannel,0,sourceFileChannel.size());

    //4. 关闭
    fileInputStream.close();
    fileOutputStream.close();
}

通过 BIO 复制一个视频文件：

	@Test
    public void test3() throws Exception{
        FileInputStream fis=new FileInputStream("C:\\Users\\zdx\\Desktop\\oracle.mov");
        FileOutputStream fos=new FileOutputStream("d:\\oracle.mov");
        byte[] b=new byte[1024];
        while (true) {
            int res=fis.read(b);
            if(res==-1){
                break;
            }
            fos.write(b,0,res);
        }
        fis.close();
        fos.close();
    }

上述代码分别通过输入流和输出流实现了文件的复制，这是通过传统的 BIO 实现的

通过 NIO 复制相同的视频文件，代码如下所示：

	@Test
    public void test4() throws Exception{
        FileInputStream fis=new FileInputStream("C:\\Users\\zdx\\Desktop\\oracle.mov");
        FileOutputStream fos=new FileOutputStream("d:\\oracle.mov");
        FileChannel sourceCh = fis.getChannel();
        FileChannel destCh = fos.getChannel();
        destCh.transferFrom(sourceCh, 0, sourceCh.size());
        sourceCh.close();
        destCh.close();
    }

上述代码分别从两个流中得到两个通道，sourceCh 负责读数据，destCh 负责写数据，然后直接调用 transferFrom 方法一步到位实现了文件复制。

网络IO

文件 IO 时用到的 FileChannel 并不支持非阻塞操作，学习 NIO 主要就是进行网络 IO，Java NIO 中的网络通道是非阻塞 IO 的实现，基于事件驱动，非常适用于服务器需要维持大量连接，但是数据交换量不大的情况，例如一些即时通信的服务等等… 在 Java 中编写 Socket 服务器，通常有以下几种模式：

一个客户端连接用一个线程，优点：程序编写简单；缺点：如果连接非常多，分配的线程也会非常多，服务器可能会因为资源耗尽而崩溃。
把每一个客户端连接交给一个拥有固定数量线程的连接池，优点：程序编写相对简单，可以处理大量的连接。确定：线程的开销非常大，连接如果非常多，排队现象会比较严重。
使用 Java 的 NIO，用非阻塞的 IO 方式处理。这种模式可以用一个线程，处理大量的客户端连接。

Selector(选择器)，能够检测多个注册的通道上是否有事件发生，如果有事件发生，便获取事件然后针对每个事件进行相应的处理。这样就可以只用一个单线程去管理多个通道，也就是管理多个连接。这样使得只有在连接真正有读写事件发生时，才会调用函数来进行读写，就大大地减少了系统开销，并且不必为每个连接都创建一个线程，不用去维护多个线程，并且避免了多线程之间的上下文切换导致的开销。

该类的常用方法如下所示：

public static Selector open()，得到一个选择器对象
public int select(long timeout)，监控所有注册的通道，当其中有 IO 操作可以进行时，将对应的 SelectionKey 加入到内部集合中并返回，参数用来设置超时时间
public Set<SelectionKey> selectedKeys()，从内部集合中得到所有的 SelectionKey

SelectionKey，代表了 Selector 和网络通道的注册关系,一共四种：

int OP_ACCEPT：有新的网络连接可以 accept，值为 16
int OP_CONNECT：代表连接已经建立，值为 8
int OP_READ 和 int OP_WRITE：代表了读、写操作，值为 1 和 4

该类的常用方法如下所示：

public abstract Selector selector()，得到与之关联的 Selector 对象
public abstract SelectableChannel channel()，得到与之关联的通道
public final Object attachment()，得到与之关联的共享数据
public abstract SelectionKey interestOps(int ops)，设置或改变监听事件
public final boolean isAcceptable()，是否可以 accept
public final boolean isReadable()，是否可以读
public final boolean isWritable()，是否可以写

ServerSocketChannel，用来在服务器端监听新的客户端 Socket 连接，常用方法如下所示：

public static ServerSocketChannel open()，得到一个 ServerSocketChannel 通道
public final ServerSocketChannel bind(SocketAddress local)，设置服务器端端口号
public final SelectableChannel configureBlocking(boolean block)，设置阻塞或非阻塞模式，取值 false 表示采用非阻塞模式
public SocketChannel accept()，接受一个连接，返回代表这个连接的通道对象
public final SelectionKey register(Selector sel, int ops)，注册一个选择器并设置监听事件

SocketChannel，网络 IO 通道，具体负责进行读写操作。NIO 总是把缓冲区的数据写入通道，或者把通道里的数据读到缓冲区。常用方法如下所示：

public static SocketChannel open()，得到一个 SocketChannel 通道
public final SelectableChannel configureBlocking(boolean block)，设置阻塞或非阻塞模式，取值 false 表示采用非阻塞模式
public boolean connect(SocketAddress remote)，连接服务器
public boolean finishConnect()，如果上面的方法连接失败，接下来就要通过该方法完成连接操作
public int write(ByteBuffer src)，往通道里写数据
public int read(ByteBuffer dst)，从通道里读数据
public final SelectionKey register(Selector sel, int ops, Object att)，注册一个选择器并设置监听事件，最后一个参数可以设置共享数据
public final void close()，关闭通道

nio网路通信demo

package com.xiepanpan.nio.socket;

import java.io.IOException;
import java.net.InetSocketAddress;
import java.nio.ByteBuffer;
import java.nio.channels.*;
import java.util.Iterator;

/**
 * @author: xiepanpan
 * @Date: 2020/8/4
 * @Description: nio实现网络通信 服务端
 */
public class NIOServer {

    public static void main(String[] args) throws IOException {
        //1、 得到一个ServerSocketChannel  老大
        ServerSocketChannel serverSocketChannel = ServerSocketChannel.open();
        //2、 得到一个Selector对象 间谍
        Selector selector = Selector.open();
        //3. 绑定端口
        serverSocketChannel.bind(new InetSocketAddress(9999));
        //4、设置非阻塞模式
        serverSocketChannel.configureBlocking(false);
        //5. 把ServerSocketChannel对象注册给Selector对象
        serverSocketChannel.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT);
        //6. 干活
        while (true) {
            //监控客户端
            if (selector.select(2000)==0) {
                System.out.println("server: 没有客户端搭理我 我干别的事");
                continue;
            }
            //得到SelectionKey 判断通道里的事件
            Iterator<SelectionKey> iterator = selector.selectedKeys().iterator();
            while (iterator.hasNext()) {
                SelectionKey selectionKey = iterator.next();
                if (selectionKey.isAcceptable()){
                    //客户端连接请求事件
                    System.out.println("OP_ACCEPT");
                    SocketChannel socketChannel = serverSocketChannel.accept();
                    socketChannel.configureBlocking(false);
                    socketChannel.register(selector,SelectionKey.OP_READ,ByteBuffer.allocate(1024));
                }

                //读取客户端数据事件
                if (selectionKey.isReadable()) {
                    SocketChannel channel = (SocketChannel) selectionKey.channel();
                    ByteBuffer byteBuffer = (ByteBuffer) selectionKey.attachment();
                    channel.read(byteBuffer);
                    System.out.println("客户端发来数据："+new String(byteBuffer.array()));
                }

                //手动从集合中移除当前key 防止重复处理
                iterator.remove();
            }
        }
    }
}

package com.xiepanpan.nio.socket;

import java.io.IOException;
import java.net.InetSocketAddress;
import java.nio.ByteBuffer;
import java.nio.channels.SocketChannel;

/**
 * @author: xiepanpan
 * @Date: 2020/8/4
 * @Description:  nio实现网络通信  客户端
 */
public class NIOClient {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        //1. 得到一个网络通道
        SocketChannel socketChannel = SocketChannel.open();
        //2. 设置非阻塞方式
        socketChannel.configureBlocking(false);
        //3、 提供服务端的ip地址和端口号
        String host;
        InetSocketAddress inetSocketAddress = new InetSocketAddress("127.0.0.1", 9999);
        //4. 连接服务器端
        if (!socketChannel.connect(inetSocketAddress)) {
            while (!socketChannel.finishConnect()) {
                System.out.println("Client:连接服务器的同时 我还可以干别的事情");
            }
        }
        //5. 得到一个缓冲区并存入数据
        String msg = "hello server";
        ByteBuffer wrap = ByteBuffer.wrap(msg.getBytes());
        //6、发送数据
        socketChannel.write(wrap);
        System.in.read();
    }
}

多人网络聊天

聊天程序的服务器端，可以接受客户端发来的数据，并能把数据广播给所有客户端

package com.xiepanpan.nio.chat;

import java.io.IOException;
import java.net.InetSocketAddress;
import java.nio.ByteBuffer;
import java.nio.channels.*;
import java.text.SimpleDateFormat;
import java.util.Date;
import java.util.Iterator;

/**
 * @author: xiepanpan
 * @Date: 2020/8/5
 * @Description:  nio实现多人聊天 服务端
 */
public class ChatServer {

    //监听通道 （老大）
    private  ServerSocketChannel serverSocketChannel;

    //选择器对象 （间谍）
    private Selector selector;

    private static final int PORT =9999;

    public ChatServer() throws IOException {
        //得到监听通道
        serverSocketChannel = ServerSocketChannel.open();

        selector = Selector.open();

        serverSocketChannel.bind(new InetSocketAddress(PORT));

        serverSocketChannel.configureBlocking(false);

        //将选择器绑定到监听通道并监听accept事件
        serverSocketChannel.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT);

        printInfo("chat server is ready...");
    }

    public static void main(String[] args) throws IOException {
        new ChatServer().start();
    }

    /**
     * 往控制台打印消息
     * @param string
     */
    private void printInfo(String string) {
        SimpleDateFormat simpleDateFormat = new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd HH:mm:ss");
        System.out.println("["+simpleDateFormat.format(new Date())+"]"+ string);
    }



    private void start() throws IOException {
        while (true) {
            if (selector.select(2000) == 0) {
                System.out.println("server： 没有客户端找我 我就干别的事情");
                continue;
            }

            Iterator<SelectionKey> iterator = selector.selectedKeys().iterator();
            while (iterator.hasNext()) {
                SelectionKey selectionKey = iterator.next();
                if (selectionKey.isAcceptable()) {
                    SocketChannel socketChannel = serverSocketChannel.accept();
                    socketChannel.configureBlocking(false);
                    socketChannel.register(selector,SelectionKey.OP_READ);
                    System.out.println(socketChannel.getRemoteAddress().toString().substring(1)+"上线了。。。");
                }

                //读数据
                if (selectionKey.isReadable()) {
                    readMsg(selectionKey);
                }

                //
                iterator.remove();
            }
        }
    }

    private void readMsg(SelectionKey selectionKey) throws IOException {
        SocketChannel socketChannel = (SocketChannel) selectionKey.channel();
        ByteBuffer byteBuffer = ByteBuffer.allocate(1024);
        int count = socketChannel.read(byteBuffer);
        if (count>0) {
            String msg = new String(byteBuffer.array());
            printInfo(msg);

            //广播消息
            broadCast(socketChannel,msg);
        }
    }

    /**
     * 向所有客户端发送广播
     * @param socketChannel
     * @param msg
     */
    private void broadCast(SocketChannel socketChannel, String msg) throws IOException {
        System.out.println("服务器发送了广播");
        for (SelectionKey selectionKey:selector.keys()) {
            Channel targetChannel = selectionKey.channel();
            //是socketChannel 但不是自身  消息不广播给自己
            if (targetChannel instanceof SocketChannel && targetChannel!=socketChannel) {
                SocketChannel destChannel = (SocketChannel) targetChannel;
                ByteBuffer byteBuffer = ByteBuffer.wrap(msg.getBytes());
                destChannel.write(byteBuffer);
            }
        }
    }
}

聊天程序的客户端，可以向服务器端发送数据，并能接收服务器广播的数据。

package com.xiepanpan.nio.chat;

import java.io.IOException;
import java.net.InetSocketAddress;
import java.nio.ByteBuffer;
import java.nio.channels.SocketChannel;

/**
 * @author: xiepanpan
 * @Date: 2020/8/5
 * @Description:  nio实现多人聊天 客户端
 */
public class ChatClient {

    //服务器地址
    private final String HOST = "127.0.0.1";
    private int PORT =9999;
    //网络通道
    private SocketChannel socketChannel;
    //用户名
    private String username;

    public ChatClient() throws IOException {
        socketChannel = SocketChannel.open();
        socketChannel.configureBlocking(false);
        InetSocketAddress inetSocketAddress = new InetSocketAddress(HOST, PORT);
        if (!socketChannel.connect(inetSocketAddress)) {
            while (!socketChannel.finishConnect()) {
                System.out.println("Client：连接服务器端的同时 我还可以干别的事情");
            }
        }

        username = socketChannel.getLocalAddress().toString().substring(1);

        System.out.println("=======client"+username+" is ready========");
    }

    /**
     * 向服务端发送数据
     * @param msg
     */
    public void sendMsg(String msg) throws IOException {

        //发送 bye表示聊天结束
        if (msg.equalsIgnoreCase("bye")) {
            socketChannel.close();
            return;
        }

        msg = username+"说："+msg;
        ByteBuffer byteBuffer = ByteBuffer.wrap(msg.getBytes());
        socketChannel.write(byteBuffer);

    }

    /**
     * 从服务器端接收数据
     */
    public void receiveMsg() throws IOException {
        ByteBuffer byteBuffer = ByteBuffer.allocate(1024);
        int size = socketChannel.read(byteBuffer);
        if (size>0) {
            String msg = new String(byteBuffer.array());
            System.out.println(msg.trim());
        }
    }
}

package com.xiepanpan.nio.chat;

import java.io.IOException;
import java.util.Scanner;

/**
 * @author: xiepanpan
 * @Date: 2020/8/5
 * @Description:  多人聊天测试类
 */
public class TestChat {

    public static void main(String[] args) throws IOException {
        final ChatClient chatClient = new ChatClient();

        new Thread(){
            @Override
            public void run() {
                while (true) {
                    try {
                        chatClient.receiveMsg();
                        Thread.sleep(2000);
                    } catch (Exception e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
            }
        }.start();

        Scanner scanner = new Scanner(System.in);
        while (scanner.hasNextLine()) {
            String msg = scanner.nextLine();
            chatClient.sendMsg(msg);
        }
    }


}

配置这里可以启动多个客户端

AIO

JDK 7 引入了 Asynchronous I/O，即 AIO。在进行 I/O 编程中，常用到两种模式：Reactor和 Proactor。Java 的 NIO 就是 Reactor，当有事件触发时，服务器端得到通知，进行相应的处理。 AIO 即 NIO2.0，叫做异步不阻塞的 IO。AIO 引入异步通道的概念，采用了 Proactor 模式，简化了程序编写，一个有效的请求才启动一个线程，它的特点是先由操作系统完成后才通知服务端程序启动线程去处理，一般适用于连接数较多且连接时间较长的应用。

IO 对比总结

IO 的方式通常分为几种：同步阻塞的 BIO、同步非阻塞的 NIO、异步非阻塞的 AIO。

BIO 方式适用于连接数目比较小且固定的架构，这种方式对服务器资源要求比较高，并发局限于应用中，JDK1.4 以前的唯一选择，但程序直观简单易理解。
NIO 方式适用于连接数目多且连接比较短（轻操作）的架构，比如聊天服务器，并发局限于应用中，编程比较复杂，JDK1.4 开始支持。
AIO 方式使用于连接数目多且连接比较长（重操作）的架构，比如相册服务器，充分调用 OS 参与并发操作，编程比较复杂，JDK7 开始支持。

举个例子再理解一下：

同步阻塞：你到饭馆点餐，然后在那等着，啥都干不了，饭馆没做好，你就必须等着！
同步非阻塞：你在饭馆点完餐，就去玩儿了。不过玩一会儿，就回饭馆问一声：好了没啊！
异步非阻塞：饭馆打电话说，我们知道您的位置，一会给你送过来，安心玩儿就可以了，类似于现在的外卖。

对比总结	BIO	NIO	AIO
IO方式	同步阻塞	同步非阻塞（多路复用）	异步非阻塞
API使用难度	简单	复杂	复杂
可靠性	差	好	好
吞吐量	低	高	高

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