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在介绍NIO之前，有必要了解传统的I/O操作的方式。以网络应用为例，传统方式需要监听一个ServerSocket，接受请求的连接为其提供服务（服务通常包括了处理请求并发送响应）图一是服务器的生命周期图，其中标有粗黑线条的部分表明会发生I/O阻塞。
//可以分析创建服务器的每个具体步骤。首先创建ServerSocket ServerSocket server=new ServerSocket（10000）； //然后接受新的连接请求 Socket newConnection=server.accept（）； //对于accept方法的调用将造成阻塞，直到ServerSocket接受到一个连接请求为止。一旦连接请求被接受，服务器可以读客户socket中的请求。 InputStream in = newConnection.getInputStream(); InputStreamReader reader = new InputStreamReader(in); BufferedReader buffer = new BufferedReader(reader); Request request = new Request(); while(!request.isComplete()) { String line = buffer.readLine(); request.addLine(line);
这样的操作有两个问题，首先BufferedReader类的readLine（）方法在其缓冲区未满时会造成线程阻塞，只有一定数据填满了缓冲区或者客户关闭了套接字，方法才会返回。其次，它回产生大量的垃圾，BufferedReader创建了缓冲区来从客户套接字读入数据，但是同样创建了一些字符串存储这些数据。虽然BufferedReader内部提供了StringBuffer处理这一问题，但是所有的String很快变成了垃圾需要回收。
同样的问题在发送响应代码中也存在
Response response = request.generateResponse(); OutputStream out = newConnection.getOutputStream(); InputStream in = response.getInputStream()； int ch； while(-1 != (ch = in.read())) { out.write(ch); }
newConnection.close();
类似的，读写操作被阻塞而且向流中一次写入一个字符会造成效率低下，所以应该使用缓冲区，但是一旦使用缓冲，流又会产生更多的垃圾。
传统的解决方法
通常在Java中处理阻塞I/O要用到线程（大量的线程）。一般是实现一个线程池用来处理请求，如图二
图二
线程使得服务器可以处理多个连接，但是它们也同样引发了许多问题。每个线程拥有自己的栈空间并且占用一些CPU时间，耗费很大，而且很多时间是浪费在阻塞的I/O操作上，没有有效的利用CPU。
传统的I/O不断的浪费对象资源（通常是String）。新I/O通过使用Buffer读写数据避免了资源浪费。Buffer对象是线性的，有序的数据集合，它根据其类别只包含唯一的数据类型。
java.nio.Buffer //类描述 java.nio.ByteBuffer //包含字节类型。 可以从ReadableByteChannel中读在 WritableByteChannel中写 java.nio.MappedByteBuffer // 包含字节类型，直接在内存某一区域映射 java.nio.CharBuffer //包含字符类型，不能写入通道 java.nio.DoubleBuffer //包含double类型，不能写入通道 java.nio.FloatBuffer //包含float类型 java.nio.IntBuffer //包含int类型 java.nio.LongBuffer //包含long类型 java.nio.ShortBuffer //包含short类型
可以通过调用allocate(int capacity)方法或者allocateDirect(int capacity)方法分配一个Buffer。特别的，你可以创建MappedBytesBuffer通过调用FileChannel.map(int mode,long position,int size)。直接（direct）buffer在内存中分配一段连续的块并使用本地访问方法读写数据。非直接(nondirect)buffer通过使用Java中的数组访问代码读写数据。有时候必须使用非直接缓冲例如使用任何的wrap方法（如ByteBuffer.wrap(byte[])）在Java数组基础上创建buffer。
向ByteBuffer中存放数据涉及到两个问题：字节的顺序和字符转换。ByteBuffer内部通过ByteOrder类处理了字节顺序问题，但是并没有处理字符转换。事实上，ByteBuffer没有提供方法读写String。
Java.nio.charset.Charset处理了字符转换问题。它通过构造CharsetEncoder和CharsetDecoder将字符序列转换成字节和逆转换。
你可能注意到现有的java.io类中没有一个能够读写Buffer类型，所以NIO中提供了Channel类来读写Buffer。通道可以认为是一种连接，可以是到特定设备，程序或者是网络的连接。通道的类等级结构图如下
图三
图中ReadableByteChannel和WritableByteChannel分别用于读写。
GatheringByteChannel可以从使用一次将多个Buffer中的数据写入通道，相反的，ScatteringByteChannel则可以一次将数据从通道读入多个Buffer中。你还可以设置通道使其为阻塞或非阻塞I/O操作服务。
为了使通道能够同传统I/O类相容，Channel类提供了静态方法创建Stream或Reader
在过去的阻塞I/O中，我们一般知道什么时候可以向stream中读或写，因为方法调用直到stream准备好时返回。但是使用非阻塞通道，我们需要一些方法来知道什么时候通道准备好了。在NIO包中，设计Selector就是为了这个目的。SelectableChannel可以注册特定的事件，而不是在事件发生时通知应用，通道跟踪事件。然后，当应用调用Selector上的任意一个selection方法时，它查看注册了的通道看是否有任何感兴趣的事件发生。图四是selector和两个已注册的通道的例子
并不是所有的通道都支持所有的操作。SelectionKey类定义了所有可能的操作位，将要用两次。首先，当应用调用SelectableChannel.register(Selector sel,int op)方法注册通道时，它将所需操作作为第二个参数传递到方法中。然后，一旦SelectionKey被选中了，SelectionKey的readyOps()方法返回所有通道支持操作的数位的和。SelectableChannel的validOps方法返回每个通道允许的操作。注册通道不支持的操作将引发IllegalArgumentException异常。下表列出了SelectableChannel子类所支持的操作。
IllegalArgumentException异常。下表列出了SelectableChannel子类所支持的操作。
ServerSocketChannel OP_ACCEPT
SocketChannel OP_CONNECT, OP_READ, OP_WRITE
DatagramChannel OP_READ, OP_WRITE
Pipe.SourceChannel OP_READ
Pipe.SinkChannel OP_WRITE
这个例子非常简单，类SocketChannelReader使用SocketChannel来下载特定网页的HTML内容。
import java.nio.ByteBuffer; import java.nio.channels.SocketChannel; import java.nio.charset.Charset; import java.net.InetSocketAddress; import java.io.IOException; public class SocketChannelReader { private Charset charset = Charset.forName("UTF-8");// 创建UTF-8字符集 private SocketChannel channel; public void getHTMLContent() { try { connect(); sendRequest(); readResponse(); } catch (IOException e) { System.err.println(e.toString()); } finally { if (channel != null) { try { channel.close(); } catch (IOException e) { } } } } private void connect() throws IOException {// 连接到CSDN InetSocketAddress socketAddress = new InetSocketAddress( "www.csdn.net", 80); channel = SocketChannel.open(socketAddress); // 使用工厂方法open创建一个channel并将它连接到指定地址上 // 相当与SocketChannel.open().connect(socketAddress);调用 } private void sendRequest() throws IOException { channel.write(charset.encode("GET " + "/document" + "\r\n\r\n"));// 发送GET请求到CSDN的文档中心 // 使用channel.write方法，它需要CharByte类型的参数，使用 // Charset.encode(String)方法转换字符串。 } private void readResponse() throws IOException {// 读取应答 ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024);// 创建1024字节的缓冲 while (channel.read(buffer) != -1) { buffer.flip();// flip方法在读缓冲区字节操作之前调用。 System.out.println(charset.decode(buffer)); // 使用Charset.decode方法将字节转换为字符串 buffer.clear();// 清空缓冲 } } public static void main(String[] args) { try { new SocketChannelReader().getHTMLContent(); } catch (Exception e) { e.printStackTrace(); } } }
服务器代码
package mjorcen.nio.test; import java.nio.ByteBuffer; import java.nio.IntBuffer; import java.nio.channels.ServerSocketChannel; import java.nio.channels.SocketChannel; import java.net.InetSocketAddress; import java.io.IOException; /** * SumServer.java * * * Created: Thu Nov 06 11:41:52 2003 * * @author starchu1981 * @version 1.0 */ public class SumServer { private ByteBuffer _buffer = ByteBuffer.allocate(8); private IntBuffer _intBuffer = _buffer.asIntBuffer(); private SocketChannel _clientChannel = null; private ServerSocketChannel _serverChannel = null; public void start() { try { openChannel(); waitForConnection(); } catch (IOException e) { System.err.println(e.toString()); } } private void openChannel() throws IOException { _serverChannel = ServerSocketChannel.open(); _serverChannel.socket().bind(new InetSocketAddress(10000)); System.out.println("服务器通道已经打开"); } private void waitForConnection() throws IOException { while (true) { _clientChannel = _serverChannel.accept(); if (_clientChannel != null) { System.out.println("新的连接加入"); processRequest(); _clientChannel.close(); } } } private void processRequest() throws IOException { _buffer.clear(); _clientChannel.read(_buffer); int result = _intBuffer.get(0) + _intBuffer.get(1); _buffer.flip(); _buffer.clear(); _intBuffer.put(0, result); _clientChannel.write(_buffer); } public static void main(String[] args) { new SumServer().start(); } } // SumServer
客户代码
package mjorcen.nio.test; import java.nio.ByteBuffer; import java.nio.IntBuffer; import java.nio.channels.SocketChannel; import java.net.InetSocketAddress; import java.io.IOException; /** * SumClient.java * * * Created: Thu Nov 06 11:26:06 2003 * * @author starchu1981 * @version 1.0 */ public class SumClient { private ByteBuffer _buffer = ByteBuffer.allocate(8); private IntBuffer _intBuffer; private SocketChannel _channel; public SumClient() { _intBuffer = _buffer.asIntBuffer(); } // SumClient constructor public int getSum(int first, int second) { int result = 0; try { _channel = connect(); sendSumRequest(first, second); result = receiveResponse(); } catch (IOException e) { System.err.println(e.toString()); } finally { if (_channel != null) { try { _channel.close(); } catch (IOException e) { } } } return result; } private SocketChannel connect() throws IOException { InetSocketAddress socketAddress = new InetSocketAddress("localhost", 10000); return SocketChannel.open(socketAddress); } private void sendSumRequest(int first, int second) throws IOException { _buffer.clear(); _intBuffer.put(0, first); _intBuffer.put(1, second); _channel.write(_buffer); System.out.println("发送加法请求 " + first + "+" + second); } private int receiveResponse() throws IOException { _buffer.clear(); _channel.read(_buffer); return _intBuffer.get(0); } public static void main(String[] args) { SumClient sumClient = new SumClient(); System.out.println("加法结果为 :" + sumClient.getSum(100, 324)); } } // SumClient
3． 非阻塞的加法服务器
首先在openChannel方法中加入语句
_serverChannel.configureBlocking(false);//设置成为非阻塞模式
重写WaitForConnection方法的代码如下，使用非阻塞方式 (这里我稍微改了下,不知道对不对, 原来博主的跑不了,)
private void waitForConnection() throws IOException { Selector acceptSelector = SelectorProvider.provider().openSelector(); /* * 在服务器套接字上注册selector并设置为接受accept方法的通知。 * 这就告诉Selector，套接字想要在accept操作发生时被放在ready表 上，因此，允许多元非阻塞I/O发生。 */ SelectionKey acceptKey = _serverChannel.register(acceptSelector, SelectionKey.OP_ACCEPT); int keysAdded = 0; /* select方法在任何上面注册了的操作发生时返回 */ while ((keysAdded = acceptSelector.select()) > 0) { // 某客户已经准备好可以进行I/O操作了，获取其ready键集合 Set readyKeys = acceptSelector.selectedKeys(); Iterator i = readyKeys.iterator(); // 遍历ready键集合，并处理加法请求 while (i.hasNext()) { SelectionKey sk = (SelectionKey) i.next(); i.remove(); ServerSocketChannel nextReady = (ServerSocketChannel) sk .channel(); // 接受加法请求并处理它 _clientChannel = nextReady.accept().socket().getChannel(); processRequest(); _clientChannel.close(); } } }
服务端整体改完之后代码:
package mjorcen.nio.test; import java.io.IOException; import java.net.InetSocketAddress; import java.net.Socket; import java.nio.ByteBuffer; import java.nio.IntBuffer; import java.nio.channels.SelectableChannel; import java.nio.channels.SelectionKey; import java.nio.channels.Selector; import java.nio.channels.ServerSocketChannel; import java.nio.channels.SocketChannel; import java.nio.channels.spi.SelectorProvider; import java.util.Iterator; import java.util.Set; /** * SumServer.java * * * Created: Thu Nov 06 11:41:52 2003 * * @author starchu1981 * @version 1.0 */ public class SumServer { private ByteBuffer _buffer = ByteBuffer.allocate(8); private IntBuffer _intBuffer = _buffer.asIntBuffer(); private SocketChannel _clientChannel = null; private ServerSocketChannel _serverChannel = null; public void start() { try { openChannel(); waitForConnection(); } catch (IOException e) { System.err.println(e.toString()); } } private void openChannel() throws IOException { _serverChannel = ServerSocketChannel.open(); _serverChannel.socket().bind(new InetSocketAddress(10000)); _serverChannel.configureBlocking(false);// 设置成为非阻塞模式 System.out.println("服务器通道已经打开"); } private void waitForConnection() throws IOException { Selector acceptSelector = SelectorProvider.provider().openSelector(); /* * 在服务器套接字上注册selector并设置为接受accept方法的通知。 * 这就告诉Selector，套接字想要在accept操作发生时被放在ready表 上，因此，允许多元非阻塞I/O发生。 */ SelectionKey acceptKey = _serverChannel.register(acceptSelector, SelectionKey.OP_ACCEPT); int keysAdded = 0; /* select方法在任何上面注册了的操作发生时返回 */ while ((keysAdded = acceptSelector.select()) > 0) { // 某客户已经准备好可以进行I/O操作了，获取其ready键集合 Set readyKeys = acceptSelector.selectedKeys(); Iterator i = readyKeys.iterator(); // 遍历ready键集合，并处理加法请求 while (i.hasNext()) { SelectionKey sk = (SelectionKey) i.next(); i.remove(); ServerSocketChannel nextReady = (ServerSocketChannel) sk .channel(); // 接受加法请求并处理它 _clientChannel = nextReady.accept().socket().getChannel(); processRequest(); _clientChannel.close(); } } } private void processRequest() throws IOException { _buffer.clear(); _clientChannel.read(_buffer); int result = _intBuffer.get(0) + _intBuffer.get(1); _buffer.flip(); _buffer.clear(); _intBuffer.put(0, result); _clientChannel.write(_buffer); } public static void main(String[] args) { new SumServer().start(); } } // SumServer
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