用Java.nio.* 进行网络编程

前言

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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