五、JAVA NIO（三种SocketChannel）

五、JAVA NIO（三种SocketChannel）

​​NIO 目录​​

文章目录

​​五、JAVA NIO（三种SocketChannel）​​

​​1、ServerSocketChannel​​

​​1.1、打开 ServerSocketChannel​​​​1.2、关闭 ServerSocketChannel​​​​1.3、监听新的连接​​​​1.4、阻塞模式​​​​1.4、非阻塞模式​​

​​2、SocketChannel​​

​​2.1、SocketChannel 介绍​​​​2.2、SocketChannel 特征：​​​​2.3、SocketChannel 的使用​​

​​3、DatagramChannel​​

​​3.1、打开 DatagramChannel​​​​3.2、接收数据​​​​3.3、发送数据​​​​3.4、连接​​​​3.5、DatagramChannel 示例​​

五、JAVA NIO（三种SocketChannel）

1、新的 socket 通道类可以运行非阻塞模式并且是可选择的，可以激活大程序（如网络服务器和中间件组件）巨大的可伸缩性和灵活性。本节中我们会看到，再也没有为每个 socket 连接使用一个线程的必要了，也避免了管理大量线程所需的上下文交换开销。借助新的 NIO 类，一个或几个线程就可以管理成百上千的活动 socket 连接了并且只有很少甚至可能没有性能损失。

2、SocketChannel 就是 NIO 对于非阻塞 socket 操作的支持的组件，其在 socket 上封装了一层，主要是支持了非阻塞的读写。同时改进了传统的单向流 API，Channel同时支持读写。

3、所有的 socket 通道类(​​DatagramChannel​​​、​​SocketChannel​​​ 和 ​​ServerSocketChannel​​​)都继承了位于​​java.nio.channels.spi​​​ 包中的 ​​AbstractSelectableChannel​​。这意味着我们可以用一个 Selector 对象来执行socket 通道的就绪选择（readiness selection）。

请注意：​​DatagramChannel​​​ 和​​SocketChannel​​​ 实现了定义读和写功能的接口，而​​ServerSocketChannel ​​​没有实现。​​ServerSocketChannel​​​ 负责监听传入的连接和创建新的​​SocketChannel​​ 对象 ，它本身从不传输数据。

4、在我们具体讨论每一种 socket 通道前，应该了解 socket 和 socket 通道之间的关系。

通道是一个连接 I/O 服务导管并提供与该服务交互的方法。就某个 socket 而言，它不会再次实现与之对应的 socket 通道类中的 socket 协议 API，而 java.net 中已经存在的 socket 通道都可以被大多数协议操作重复使用。全部 socket 通道类（DatagramChannel、SocketChannel 和ServerSocketChannel）在被实例化时都会创建一个对等 socket 对象。这些是我们所熟悉的来自 java.net 的类（Socket、ServerSocket 和 DatagramSocket），它们已经被更新以识别通道。对等 socket 可以通过调用​​socket()​​方法从一个通道上获取。此外，这三个 java.net 类现在都有 getChannel() 方法。socket 不能被重复使用，channel可以被重复使用。

5、要把一个socket 通道置于非阻塞模式，我们要依靠所有 socket 通道类的公有超级类：​​SelectableChannel​​。就绪选择（readiness selection）是一种可以用来查询通道的机制，该查询可以判断通道是否准备好执行一个目标操作，如读或写。非阻塞 I/O 和可选择性是紧密相连的，那也正是管理阻塞模式的 API 代码要在 SelectableChannel超级类中定义的原因。设置或重新设置一个通道的阻塞模式是很简单的，只要调用​​configureBlocking()​​方法即可，传递参数值为 true 则设为阻塞模式，参数值为 false值设为非阻塞模式 。可以通过调用 ​​isBlocking()​​方法来判断某个 socket 通道当前处于哪种模式。

AbstractSelectableChannel.java 中实现的 configureBlocking()方法如下：

非阻塞 socket 通常被认为是服务端使用的，因为它们使同时管理很多 socket 通道变得更容易。但是，在客户端使用一个或几个非阻塞模式的 socket 通道也是有益处的，例如，借助非阻塞 socket 通道，GUI 程序可以专注于用户请求并且同时维护与一个或多个服务器的会话。在很多程序上，非阻塞模式都是有用的。

偶尔地，我们也会需要防止 socket 通道的阻塞模式被更改。API 中有一个​​blockingLock()​​方法，该方法会返回一个非透明的对象引用。返回的对象是通道实现修改阻塞模式时内部使用的。只有拥有此对象的锁的线程才能更改通道的阻塞模式。

下面分别介绍这 3 个通道。

1、ServerSocketChannel

ServerSocketChannel 是一个基于通道的 socket 监听器 (本身不传数据，而是一个监听器)。

它同我们所熟悉的java.net.ServerSocket 执行相同的任务，不过它增加了通道语义，因此能够在非阻塞模式下运行。

由于 ServerSocketChannel 没有 bind()方法，因此有必要取出对等的 socket 并使用它来绑定到一个端口以开始监听连接。我们也是使用对等 ServerSocket 的 API 来根据需要设置其他的 socket 选项。

同 java.net.ServerSocket 一样，ServerSocketChannel 也有 accept()方法—监听客户端请求。一旦创建了一个 ServerSocketChannel 并用对等 socket 绑定了它，然后您就可以在其中一个上调用 accept()。如果您选择在 ServerSocket 上调用 accept( )方法，那么它会同任何其他的 ServerSocket 表现一样的行为：总是阻塞并返回一个 java.net.Socket 对象。

换句话说：

ServerSocketChannel 的 accept()方法会返回 SocketChannel 类型对象，SocketChannel 可以在非阻塞模式下运行。其它 Socket 的 accept()方法会阻塞返回一个 Socket 对象。如果ServerSocketChannel 以非阻塞模式被调用，当没有传入连接在等待时，ServerSocketChannel.accept( )会立即返回 null。正是这种检查连接而不阻塞的能力实现了可伸缩性并降低了复杂性。可选择性也因此得到实现。我们可以使用一个选择器实例来注册 ServerSocketChannel 对象以实现新连接到达时自动通知的功能

ServerSocketChannel 的 accept() 方法会返回 SocketChannel 类型对象，SocketChannel 可以在非阻塞模式下运行。

以下代码演示了如何使用一个非阻塞的 accept( )方法：

package com.wlw.nio.channel;import java.net.InetSocketAddress;import java.nio.ByteBuffer;import java.nio.channels.ServerSocketChannel;import java.nio.channels.SocketChannel;/** * ServerSocketChannel的演示 */public class ServerSocketChannelDemo1 { public static final String GREETING = "Hello java nio.\r\n"; public static void main(String[] argv) throws Exception { // 端口号 int port = 8888; // Buffer ByteBuffer buffer = ByteBuffer.wrap(GREETING.getBytes()); // 创建ServerSocketChannel ServerSocketChannel ssc = ServerSocketChannel.open(); // 绑定端口号 ssc.socket().bind(new InetSocketAddress(port)); // 设为非阻塞模式 ssc.configureBlocking(false); while (true) { System.out.println("Waiting for connections"); // 监听客户端请求 SocketChannel socketChannel = ssc.accept(); // 如果没链接 if (socketChannel == null) { System.out.println("null"); Thread.sleep(2000); } else { System.out.println("Incoming connection from: " + socketChannel.socket().getRemoteSocketAddress()); // 让buffer中的指针指向0 buffer.rewind(); socketChannel.write(buffer); socketChannel.close(); } } }}

1.1、打开 ServerSocketChannel

通过调用 ServerSocketChannel.open() 方法来打开 ServerSocketChannel.

ServerSocketChannel serverSocketChannel = ServerSocketChannel.open();

1.2、关闭 ServerSocketChannel

通过调用 ServerSocketChannel.close() 方法来关闭 ServerSocketChannel.

serverSocketChannel.close();

1.3、监听新的连接

通过 ​​ServerSocketChannel.accept() ​​方法监听新进的连接。当 accept()方法返回时候,它返回一个包含新进来的连接的 SocketChannel。因此, accept()方法会一直阻塞到有新连接到达。

通常不会仅仅只监听一个连接,在 while 循环中调用 accept()方法。如下面的例子：

while(true){ System.out.println("Waiting for connections") SocketChannel sc = ssc.accept();}

1.4、阻塞模式

如果是阻塞的，就会在 SocketChannel sc = ssc.accept(); 这里阻塞住进程。

1.4、非阻塞模式

ServerSocketChannel 可以设置成非阻塞模式。在非阻塞模式下，accept() 方法会立刻返回，如果还没有新进来的连接,返回的将是 null。 因此，需要检查返回的SocketChannel 是否是 null.如：

2、SocketChannel

2.1、SocketChannel 介绍

Java NIO 中的 SocketChannel 是一个连接到 TCP 网络套接字的通道。操作面向Buffer缓冲区。

A selectable channel for stream-oriented connecting sockets.

以上是 Java docs 中对于 SocketChannel 的描述：SocketChannel 是一种面向流连接sockets 套接字的可选择通道。从这里可以看出：

SocketChannel 是用来连接 Socket 套接字SocketChannel 主要用途用来处理网络 I/O 的通道SocketChannel 是基于 TCP 连接传输SocketChannel 实现了可选择通道，可以被多路复用的

2.2、SocketChannel 特征：

1、对于已经存在的 socket 不能创建 SocketChannel

2、SocketChannel 中提供的 open 接口创建的 Channel 并没有进行网络级联，需要使用 connect 接口接到指定地址

3、未进行连接的 SocketChannle 执行 I/O 操作时，会抛出NotYetConnectedException

4、SocketChannel 支持两种 I/O 模式：阻塞式和非阻塞式

5、SocketChannel 支持异步关闭。如果 SocketChannel 在一个线程上 read 阻塞，另一个线程对该 SocketChannel 调用 shutdownInput，则读阻塞的线程将返回-1 表示没有读取任何数据；如果 SocketChannel 在一个线程上 write 阻塞，另一个线程对该SocketChannel 调用 shutdownWrite，则写阻塞的线程将抛出AsynchronousCloseException

6、SocketChannel 支持设定参数

SO_SNDBUF 套接字发送缓冲区大小SO_RCVBUF 套接字接收缓冲区大小SO_KEEPALIVE 保活连接O_REUSEADDR 复用地址SO_LINGER 有数据传输时延缓关闭 Channel (只有在非阻塞模式下有用)TCP_NODELAY 禁用 Nagle 算法

2.3、SocketChannel 的使用

（1）创建 SocketChannel 方式一：

SocketChannel socketChannel = SocketChannel.open(new InetSocketAddress("baidu.com", 80));

方式二：

SocketChannel socketChanne2 = SocketChannel.open();socketChanne2.connect(new InetSocketAddress("baidu.com", 80));

直接使用有参 open api 或者使用无参 open api，但是在无参 open 只是创建了一个SocketChannel 对象，并没有进行实质的 tcp 连接。

（2）连接校验

socketChannel.isOpen(); // 测试 SocketChannel 是否为 open 状态socketChannel.isConnected(); //测试 SocketChannel 是否已经被连接socketChannel.isConnectionPending(); //测试 SocketChannel 是否正在进行连接socketChannel.finishConnect(); //校验正在进行套接字连接的 SocketChannel是否已经完成连接

（3）阻塞和非阻塞两种模式 前面提到 SocketChannel 支持阻塞和非阻塞两种模式：

socketChannel.configureBlocking(true);// 阻塞模式socketChannel.configureBlocking(false);// 非阻塞模式

通过以上方法设置 SocketChannel 的读写模式。false 表示非阻塞，true 表示阻塞。

（4）读写

SocketChannel socketChannel = SocketChannel.open(new InetSocketAddress("baidu.com", 80));ByteBuffer byteBuffer = ByteBuffer.allocate(16);// 读取数据到buffer中socketChannel.read(byteBuffer);socketChannel.close();System.out.println("read over");

以上为阻塞式读，当执行到 read 处，线程将阻塞，控制台将无法打印 read over

SocketChannel socketChannel = SocketChannel.open(new InetSocketAddress("baidu.com", 80));// 非阻塞模式socketChannel.configureBlocking(false);ByteBuffer byteBuffer = ByteBuffer.allocate(16);socketChannel.read(byteBuffer);socketChannel.close();System.out.println("read over");

以上为非阻塞读，控制台将打印 read over 读写都是面向缓冲区，这个读写方式与前文中的 FileChannel 相同。

（5）设置和获取参数

socketChannel.setOption(StandardSocketOptions.SO_KEEPALIVE, Boolean.TRUE).setOption(StandardSocketOptions.TCP_NODELAY, Boolean.TRUE);

通过 setOptions 方法可以设置 socket 套接字的相关参数

socketChannel.getOption(StandardSocketOptions.SO_KEEPALIVE);socketChannel.getOption(StandardSocketOptions.SO_RCVBUF);

可以通过 getOption 获取相关参数的值。如默认的接收缓冲区大小是 8192byte。

SocketChannel 还支持多路复用，但是多路复用在后续内容中会介绍到。

3、DatagramChannel

正如 SocketChannel 对应 Socket，ServerSocketChannel 对应 ServerSocket，每一个 DatagramChannel 对象也有一个关联的 DatagramSocket 对象。

正如SocketChannel 模拟连接导向的流协议（如 TCP/IP），DatagramChannel 则模拟包导向的无连接协议（如 UDP/IP）。DatagramChannel 是无连接的，每个数据报（datagram）都是一个自包含的实体，拥有它自己的目的地址及不依赖其他数据报的数据负载。

与面向流的socket 不同，DatagramChannel 可以发送单独的数据报给不同的目的地址。同样，DatagramChannel 对象也可以接收来自任意地址的数据包。每个到达的数据报都含有关于它来自何处的信息（源地址）

3.1、打开 DatagramChannel

DatagramChannel datagramChannel = DatagramChannel.open();datagramChannel.socket().bind(new InetSocketAddress(10086));

此例子是打开 10086 端口接收 UDP 数据包

3.2、接收数据

通过 receive()接收 UDP 包

DatagramChannel datagramChannel = DatagramChannel.open();datagramChannel.socket().bind(new InetSocketAddress(10086));ByteBuffer receiveBuffer = ByteBuffer.allocate(64);receiveBuffer.clear();// 接收数据SocketAddress receiveAddr = datagramChannel.receive(receiveBuffer);

SocketAddress 可以获得发包的 ip、端口等信息，用 toString 查看，格式如下：/127.0.0.1:57126

3.3、发送数据

通过 send() 向指定地址发送 UDP 包

DatagramChannel datagramChannel = DatagramChannel.open();ByteBuffer sendBuffer = ByteBuffer.wrap("client send".getBytes());datagramChannel.send(sendBuffer, new InetSocketAddress("127.0.0.1", 10086));

3.4、连接

UDP 不存在真正意义上的连接，这里的连接是向特定服务地址用 read 和 write 接收发送数据包。

read是接收

write是发送

client.connect(new InetSocketAddress("127.0.0.1",10086));int readSize= client.read(sendBuffer);server.write(sendBuffer);

read()和 write()只有在 connect()后才能使用，不然会抛NotYetConnectedException 异常。

用 read()接收时，如果没有接收到包，会抛PortUnreachableException 异常。

3.5、DatagramChannel 示例

客户端发送，服务端接收的例子

package com.wlw.nio.channel;import org.junit.Test;import java.io.IOException;import java.net.InetSocketAddress;import java.net.SocketAddress;import java.nio.ByteBuffer;import java.nio.channels.DatagramChannel;import java.nio.charset.Charset;/** * DatagramChannel的演示 */public class DatagramChannelDemo1 { /** * 发包的 datagram * * @throws IOException * @throws InterruptedException */ @Test public void sendDatagram() throws IOException, InterruptedException { DatagramChannel sendChannel = DatagramChannel.open(); InetSocketAddress sendAddress= new InetSocketAddress("127.0.0.1", 9999); while (true) { ByteBuffer buffer = ByteBuffer.wrap("发包".getBytes("UTF-8")); // 向指定地址发数据 sendChannel.send(buffer, sendAddress); System.out.println("发包端-发包"); Thread.sleep(1000); } } /** * 收包端 * * @throws IOException */ @Test public void receive() throws IOException { // 打开DatagramChannel DatagramChannel receiveChannel= DatagramChannel.open(); // 地址 InetSocketAddress receiveAddress= new InetSocketAddress(9999); // 绑定 receiveChannel.bind(receiveAddress); // 创建buffer ByteBuffer receiveBuffer= ByteBuffer.allocate(512); while (true) { receiveBuffer.clear(); // 接收数据，将数据写入buffer中 SocketAddress sendAddress= receiveChannel.receive(receiveBuffer); // buffer 读写模式转换 receiveBuffer.flip(); System.out.print(sendAddress.toString() + " "); System.out.println(Charset.forName("UTF-8").decode(receiveBuffer)); } } /** * 只接收和发送 9999 的数据包 （连接操作 read、write） * * @throws IOException */ @Test public void testConect1() throws IOException { // 打开DatagramChannel DatagramChannel connChannel= DatagramChannel.open(); // DatagramChannel与端口9998 进行绑定 connChannel.bind(new InetSocketAddress(9998)); // DatagramChannel连接到9999端口， connChannel.connect(new InetSocketAddress("127.0.0.1",9999)); // 向端口9999发送数据 connChannel.write(ByteBuffer.wrap("发包".getBytes("UTF-8"))); ByteBuffer readBuffer= ByteBuffer.allocate(512); while (true) { try { readBuffer.clear(); // 从端口9999接收数据，把数据写到buffer中 connChannel.read(readBuffer); // 转换buffer的读写模式 readBuffer.flip(); System.out.println(Charset.forName("UTF-8").decode(readBuffer)); }catch(Exception e) { } } }}

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