Netty-NIO 基础
2024/12/27大约 45 分钟
Netty-NIO 基础
非阻塞I/O（Non-blocking I/O）/ （New I/O）
📒什么是阻塞和非阻塞
阻塞（Blocking）
阻塞操作是指在一个任务未完成之前，程序会停止执行当前线程，等待操作完成后再继续执行后续代码
特点：
等待资源或结果：程序会暂停执行，直到资源可用或操作完成
线程停滞：当前线程会被挂起，不能继续执行其他任务
常见场景：
- 文件读取：读取数据时，程序会等待操作完成后再继续
- 网络请求：等待服务器返回结果后再继续执行
- 数据库查询：等待查询结果完成后再继续
优点：逻辑简单，易于实现和调试
缺点：效率低下，特别是当线程长时间等待资源时，会浪费系统资源
示例（Python 阻塞 I/O）：
import time # 模拟阻塞操作 print("开始操作...") time.sleep(5) # 阻塞操作，等待5秒 print("操作完成！")
import java.io.BufferedReader; import java.io.FileReader; import java.io.IOException; public class BlockingExample { public static void main(String[] args) { System.out.println("开始读取文件..."); try (BufferedReader reader = new BufferedReader(new FileReader("example.txt"))) { String line; while ((line = reader.readLine()) != null) { // 阻塞操作 System.out.println("读取内容: " + line); } } catch (IOException e) { e.printStackTrace(); } System.out.println("文件读取完成！"); } }在
reader.readLine() 方法调用时，程序会等待文件的下一行内容被读取后，才继续执行非阻塞（Non-blocking）
非阻塞操作是指程序发起一个任务后，不会等待其完成，而是立即返回，并继续执行其他代码
特点：
不等待：程序不会停下来等待资源或操作完成，而是继续执行后续任务
线程持续运行：线程不会挂起，能更有效利用 CPU
常见场景：
- 异步编程：通过回调函数或事件循环处理任务完成的结果
- 多线程/多进程：一个线程等待时，其他线程仍能工作
优点：提高系统并发性，避免资源浪费
缺点：编程复杂，特别是需要管理回调、状态和错误处理时
示例（Python 非阻塞 I/O 使用
asyncio）：import asyncio async def non_blocking_task(): print("开始操作...") await asyncio.sleep(5) # 非阻塞操作 print("操作完成！") # 主程序 async def main(): await asyncio.gather(non_blocking_task(), non_blocking_task()) asyncio.run(main())
public class NonBlockingExample { public static void main(String[] args) { System.out.println("开始任务..."); Thread task = new Thread(() -> { try { System.out.println("正在执行耗时操作..."); Thread.sleep(5000); // 模拟耗时操作 System.out.println("耗时操作完成！"); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } }); task.start(); // 启动线程，非阻塞主线程 System.out.println("主线程继续执行其他任务..."); } }主线程不会等待子线程完成，而是直接继续执行
对比总结
特性 阻塞 非阻塞 线程状态 停止，等待任务完成 继续执行，任务完成时通知 效率 效率低，浪费资源 效率高，资源利用率更高 编程难度 简单，逻辑清晰 复杂，需要管理状态和回调 应用场景 简单任务或低并发 高并发任务或实时响应
1. 三大组件
1.1 Channel & Buffer
Channel 有一点类似于 Stream，它便是读写数据的双向通道。数据可从 Channel 读取入 Buffer，亦可将 Buffer 的数据写入 Channel。而之前的 Stream，要么是输入，要么是输出，Channel 相较于 Stream 来说更为底层
常见的 Channel 有
- FileChannel
- DatagramChannel
- SocketChannel
- ServerSocketChannel
buffer 则用来缓冲读写数据，常见的 buffer 有
ByteBuffer
- MappedByteBuffer
- DirectByteBuffer
- HeapByteBuffer
ShortBuffer
IntBuffer
LongBuffer
FloatBuffer
DoubleBuffer
CharBuffer
1.2 Selector
对于selector这一术语，单从字面意义来看，其含义并不易于理解。需结合服务器的设计演化历程理解
多线程版设计
⚠️ 多线程版缺点
- 内存占用高（每个线程都要占一定的内存）
- 线程上下文切换成本高
- 只适合连接数少的场景
线程池版设计
⚠️ 线程池版缺点
- 阻塞模式下，线程仅能处理一个 socket 连接（如果 socket1 不发送消息，线程就无法对 socket3 提供服务）
- 仅适合短连接场景
selector 版设计
selector 的功能在于与一个线程协同，以管理多个 channel，并捕获这些 channel 上发生的事件。这些 channel 在非阻塞模式下运作，确保线程不会因某个 channel 而陷入停滞。适用于连接数众多但流量较低的场景（low traffic）
调用selector的select()方法会阻塞，直至channel发生了读写就绪事件。一旦这些事件发生，select方法将返回这些事件，并交由相应的thread进行处理
2. ByteBuffer
有一普通文本文件 data.txt，内容为
1234567890abcd使用 FileChannel 来读取文件内容
@Slf4j
public class ChannelDemo1 {
public static void main(String[] args) {
try (RandomAccessFile file = new RandomAccessFile("helloword/data.txt", "rw")) {
FileChannel channel = file.getChannel();
ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(10);
do {
// 向 buffer 写入
int len = channel.read(buffer);
log.debug("读到字节数：{}", len);
if (len == -1) {
break;
}
// 切换 buffer 读模式
buffer.flip();
while(buffer.hasRemaining()) {
log.debug("{}", (char)buffer.get());
}
// 切换 buffer 写模式
buffer.clear();
} while (true);
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}输出
10:39:03 [DEBUG] [main] c.i.n.ChannelDemo1 - 读到字节数：10
10:39:03 [DEBUG] [main] c.i.n.ChannelDemo1 - 1
10:39:03 [DEBUG] [main] c.i.n.ChannelDemo1 - 2
10:39:03 [DEBUG] [main] c.i.n.ChannelDemo1 - 3
10:39:03 [DEBUG] [main] c.i.n.ChannelDemo1 - 4
10:39:03 [DEBUG] [main] c.i.n.ChannelDemo1 - 5
10:39:03 [DEBUG] [main] c.i.n.ChannelDemo1 - 6
10:39:03 [DEBUG] [main] c.i.n.ChannelDemo1 - 7
10:39:03 [DEBUG] [main] c.i.n.ChannelDemo1 - 8
10:39:03 [DEBUG] [main] c.i.n.ChannelDemo1 - 9
10:39:03 [DEBUG] [main] c.i.n.ChannelDemo1 - 0
10:39:03 [DEBUG] [main] c.i.n.ChannelDemo1 - 读到字节数：4
10:39:03 [DEBUG] [main] c.i.n.ChannelDemo1 - a
10:39:03 [DEBUG] [main] c.i.n.ChannelDemo1 - b
10:39:03 [DEBUG] [main] c.i.n.ChannelDemo1 - c
10:39:03 [DEBUG] [main] c.i.n.ChannelDemo1 - d
10:39:03 [DEBUG] [main] c.i.n.ChannelDemo1 - 读到字节数：-1📒 RandomAccessFile
RandomAccessFile 是 Java 提供的一种支持随机访问文件的类，可以通过文件的偏移量直接读取或写入指定位置的数据，而不需要从头到尾顺序访问适用于需要频繁定位到文件某个位置进行读写的场景，例如数据库文件、日志文件或索引文件
RandomAccessFile 的基本用法
创建
RandomAccessFile 对象RandomAccessFile raf = new RandomAccessFile("example.txt", "rw");
-
rw：以读写模式打开文件-
r：以只读模式打开文件常用方法
-
read(),readByte(),readInt() 等：从当前位置读取数据-
write(),writeByte(),writeInt() 等：从当前位置写入数据-
seek(long pos): 将文件指针移动到指定位置-
getFilePointer(): 获取当前文件指针的位置-
length(): 获取文件长度
RandomAccessFile 示例基本读写操作
import java.io.RandomAccessFile; public class RandomAccessFileExample { public static void main(String[] args) { try (RandomAccessFile raf = new RandomAccessFile("example.txt", "rw")) { // 写入数据 raf.writeUTF("Hello, RandomAccessFile!"); raf.writeInt(12345); raf.writeDouble(3.14); // 移动文件指针到文件开头 raf.seek(0); // 读取数据 System.out.println("读取UTF字符串: " + raf.readUTF()); System.out.println("读取整数: " + raf.readInt()); System.out.println("读取浮点数: " + raf.readDouble()); } catch (Exception e) { e.printStackTrace(); } } }运行结果：
读取UTF字符串: Hello, RandomAccessFile! 读取整数: 12345 读取浮点数: 3.14随机访问文件的指定位置
import java.io.RandomAccessFile; public class RandomAccessFileSeekExample { public static void main(String[] args) { try (RandomAccessFile raf = new RandomAccessFile("example.txt", "rw")) { // 写入多个整数 for (int i = 1; i <= 5; i++) { raf.writeInt(i * 10); // 写入 10, 20, 30, 40, 50 } // 定位到第三个整数（索引从0开始，第三个整数位置为 4*2 字节） raf.seek(4 * 2); // 修改第三个整数 raf.writeInt(99); // 从头读取所有整数 raf.seek(0); System.out.println("文件内容: "); while (raf.getFilePointer() < raf.length()) { System.out.println(raf.readInt()); } } catch (Exception e) { e.printStackTrace(); } } }运行结果：
文件内容: 10 20 99 40 50注意事项
覆盖写入：
RandomAccessFile 的写入操作会从当前文件指针开始，覆盖后续内容，而不会追加多线程并发：
RandomAccessFile 是线程不安全的，若需多线程访问，请添加同步锁文件模式：
-
"r" 模式下不允许写入，且会抛出IOException-
"rw" 模式允许读写，但若文件不存在，会自动创建文件文件指针：
- 默认从文件头（位置
0）开始- 使用
seek() 方法可以自由定位指针到任
2.1 ByteBuffer 正确使用姿势
- 向缓冲区写入数据，例如执行
channel.read(buffer) - 调用
flip() 切换至**读模式** - 从缓冲区读取数据，例如使用
buffer.get() - 调用
clear() 或compact() 切换至写模式 - 重复步骤 1 至 4
2.2 ByteBuffer 结构
ByteBuffer 拥有以下几个关键属性：
- 容量（capacity）
- 读写指针（position），代表当前位置，先读写后移动，初始位置为0
- 读写限制（limit）
初始
在写模式下，position 指代写入位置，limit 等同于容量。下图中展示了写入4个字节后的状态
在动作“flip”发生后，将position切换至读取位置状态，将limit切换至读取限制状态
读取 4 个字节后，状态
clear 动作发生后，状态（position = 0, limit = capacity）
compact方法，其功能在于将未读部分向前压缩，随后切换至写模式——仅清除已读数据
💡 调试工具类
public class ByteBufferUtil {
private static final char[] BYTE2CHAR = new char[256];
private static final char[] HEXDUMP_TABLE = new char[256 * 4];
private static final String[] HEXPADDING = new String[16];
private static final String[] HEXDUMP_ROWPREFIXES = new String[65536 >>> 4];
private static final String[] BYTE2HEX = new String[256];
private static final String[] BYTEPADDING = new String[16];
static {
final char[] DIGITS = "0123456789abcdef".toCharArray();
for (int i = 0; i < 256; i++) {
HEXDUMP_TABLE[i << 1] = DIGITS[i >>> 4 & 0x0F];
HEXDUMP_TABLE[(i << 1) + 1] = DIGITS[i & 0x0F];
}
int i;
// Generate the lookup table for hex dump paddings
for (i = 0; i < HEXPADDING.length; i++) {
int padding = HEXPADDING.length - i;
StringBuilder buf = new StringBuilder(padding * 3);
for (int j = 0; j < padding; j++) {
buf.append(" ");
}
HEXPADDING[i] = buf.toString();
}
// Generate the lookup table for the start-offset header in each row (up to 64KiB).
for (i = 0; i < HEXDUMP_ROWPREFIXES.length; i++) {
StringBuilder buf = new StringBuilder(12);
buf.append(NEWLINE);
buf.append(Long.toHexString(i << 4 & 0xFFFFFFFFL | 0x100000000L));
buf.setCharAt(buf.length() - 9, '|');
buf.append('|');
HEXDUMP_ROWPREFIXES[i] = buf.toString();
}
// Generate the lookup table for byte-to-hex-dump conversion
for (i = 0; i < BYTE2HEX.length; i++) {
BYTE2HEX[i] = ' ' + StringUtil.byteToHexStringPadded(i);
}
// Generate the lookup table for byte dump paddings
for (i = 0; i < BYTEPADDING.length; i++) {
int padding = BYTEPADDING.length - i;
StringBuilder buf = new StringBuilder(padding);
for (int j = 0; j < padding; j++) {
buf.append(' ');
}
BYTEPADDING[i] = buf.toString();
}
// Generate the lookup table for byte-to-char conversion
for (i = 0; i < BYTE2CHAR.length; i++) {
if (i <= 0x1f || i >= 0x7f) {
BYTE2CHAR[i] = '.';
} else {
BYTE2CHAR[i] = (char) i;
}
}
}
/**
* 打印所有内容
* @param buffer
*/
public static void debugAll(ByteBuffer buffer) {
int oldlimit = buffer.limit();
buffer.limit(buffer.capacity());
StringBuilder origin = new StringBuilder(256);
appendPrettyHexDump(origin, buffer, 0, buffer.capacity());
System.out.println("+--------+-------------------- all ------------------------+----------------+");
System.out.printf("position: [%d], limit: [%d]\n", buffer.position(), oldlimit);
System.out.println(origin);
buffer.limit(oldlimit);
}
/**
* 打印可读取内容
* @param buffer
*/
public static void debugRead(ByteBuffer buffer) {
StringBuilder builder = new StringBuilder(256);
appendPrettyHexDump(builder, buffer, buffer.position(), buffer.limit() - buffer.position());
System.out.println("+--------+-------------------- read -----------------------+----------------+");
System.out.printf("position: [%d], limit: [%d]\n", buffer.position(), buffer.limit());
System.out.println(builder);
}
private static void appendPrettyHexDump(StringBuilder dump, ByteBuffer buf, int offset, int length) {
if (isOutOfBounds(offset, length, buf.capacity())) {
throw new IndexOutOfBoundsException(
"expected: " + "0 <= offset(" + offset + ") <= offset + length(" + length
+ ") <= " + "buf.capacity(" + buf.capacity() + ')');
}
if (length == 0) {
return;
}
dump.append(
" +-------------------------------------------------+" +
NEWLINE + " | 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 a b c d e f |" +
NEWLINE + "+--------+-------------------------------------------------+----------------+");
final int startIndex = offset;
final int fullRows = length >>> 4;
final int remainder = length & 0xF;
// Dump the rows which have 16 bytes.
for (int row = 0; row < fullRows; row++) {
int rowStartIndex = (row << 4) + startIndex;
// Per-row prefix.
appendHexDumpRowPrefix(dump, row, rowStartIndex);
// Hex dump
int rowEndIndex = rowStartIndex + 16;
for (int j = rowStartIndex; j < rowEndIndex; j++) {
dump.append(BYTE2HEX[getUnsignedByte(buf, j)]);
}
dump.append(" |");
// ASCII dump
for (int j = rowStartIndex; j < rowEndIndex; j++) {
dump.append(BYTE2CHAR[getUnsignedByte(buf, j)]);
}
dump.append('|');
}
// Dump the last row which has less than 16 bytes.
if (remainder != 0) {
int rowStartIndex = (fullRows << 4) + startIndex;
appendHexDumpRowPrefix(dump, fullRows, rowStartIndex);
// Hex dump
int rowEndIndex = rowStartIndex + remainder;
for (int j = rowStartIndex; j < rowEndIndex; j++) {
dump.append(BYTE2HEX[getUnsignedByte(buf, j)]);
}
dump.append(HEXPADDING[remainder]);
dump.append(" |");
// Ascii dump
for (int j = rowStartIndex; j < rowEndIndex; j++) {
dump.append(BYTE2CHAR[getUnsignedByte(buf, j)]);
}
dump.append(BYTEPADDING[remainder]);
dump.append('|');
}
dump.append(NEWLINE +
"+--------+-------------------------------------------------+----------------+");
}
private static void appendHexDumpRowPrefix(StringBuilder dump, int row, int rowStartIndex) {
if (row < HEXDUMP_ROWPREFIXES.length) {
dump.append(HEXDUMP_ROWPREFIXES[row]);
} else {
dump.append(NEWLINE);
dump.append(Long.toHexString(rowStartIndex & 0xFFFFFFFFL | 0x100000000L));
dump.setCharAt(dump.length() - 9, '|');
dump.append('|');
}
}
public static short getUnsignedByte(ByteBuffer buffer, int index) {
return (short) (buffer.get(index) & 0xFF);
}
}2.3 ByteBuffer 常见方法
分配空间
可以使用 allocate() 方法为 ByteBuffer 分配空间，其它 buffer 类也有该方法
容量固定，不能调整，想要更大的只能重新分配
Bytebuffer buf = ByteBuffer.allocate(16);ByteBuffer.allocate(16) 的返回值是 java.nio.HeapByteBuffer 使用 java堆内存，读写效率低，受到 GC 影响
ByteBuffer.allocateDirect(16) 的返回值是 java.nio.DirectByteBuffer 使用 直接内存，读写效率高（少一次拷贝），在内存中的区域固定，分配效率低，需要释放
📒直接内存少一次拷贝的原因
ByteBuffer.allocate(16) 分配的HeapByteBuffer 使用的是 Java 堆内存。这意味着：
- 数据存储在 Java 的堆内存区域，这部分内存是由 JVM 管理的
- 当从操作系统的本地 I/O（如文件或网络）读取数据时，JVM 必须将数据从本地内存拷贝到堆内存（即 Java 堆中的
ByteBuffer）- 这就涉及一次从操作系统内存到 Java 堆内存的拷贝
ByteBuffer.allocateDirect(16) 使用直接内存
ByteBuffer.allocateDirect(16) 分配的DirectByteBuffer 使用的是 直接内存，即不通过 Java 堆内存。其特点是：
- 数据存储在 Java 堆之外的 直接内存 中（由操作系统管理）
- 当进行 I/O 操作时，直接内存区的内容与操作系统内存区域可以直接映射，不需要像堆内存那样进行两次拷贝：一次从操作系统内存到堆内存，第二次从堆内存到
ByteBuffer- 因为直接内存不经过 JVM 堆，它提高了 I/O 性能，减少了数据拷贝的开销，尤其是大数据量或频繁 I/O 操作时
向 buffer 写入数据
有两种办法
- 调用
channel的read方法 - 调用
buffer自身的put方法
int readBytes = channel.read(buf);和
buf.put((byte)127);从 buffer 读取数据
同样有两种办法
- 调用
channel的write方法 - 调用
buffer自身的get方法
int writeBytes = channel.write(buf);和
byte b = buf.get();get() 方法会让 position 读指针向后移，如果想重复读取数据
- 可以调用
rewind() 方法将 position 重新置为 0 - 或者调用
get(int i) 方法获取索引 i 的内容，它不会移动读指针
mark 和 reset
mark 是在读取时，做一个标记，即使 position 改变，只要调用 reset 就能回到 mark 的位置
buffer.mark();注意
rewind 和 flip 都会清除 mark 位置
字符串与 ByteBuffer 互转
根据你提供的代码示例，字符串与 ByteBuffer 互转的常用方法如下：
1. 字符串转换为 ByteBuffer
使用
getBytes() 方法：ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(16).put("hello".getBytes());- 该方法将字符串转换为字节数组，然后用
ByteBuffer.allocate() 分配一个缓冲区并存储字节数据
- 该方法将字符串转换为字节数组，然后用
使用
Charset.encode() 方法：ByteBuffer buffer1 = StandardCharsets.UTF_8.encode("你好"); ByteBuffer buffer2 = Charset.forName("utf-8").encode("你好");-
Charset.encode() 方法根据指定的字符集（如 UTF-8）将字符串编码成字节流并返回ByteBuffer
-
使用
ByteBuffer.wrap() 方法：ByteBuffer buffer3 = ByteBuffer.wrap("hello".getBytes());- 该方法将字节数组包装成
ByteBuffer，适用于直接从字节数组创建ByteBuffer
- 该方法将字节数组包装成
2. ByteBuffer 转换为字符串
使用
Charset.decode() 方法：CharBuffer buffer4 = StandardCharsets.UTF_8.decode(buffer1);-
Charset.decode() 方法将ByteBuffer 解码为字符缓冲区（CharBuffer），然后可以使用CharBuffer.toString() 或通过迭代获取字符数据
-
package c1;
import java.nio.ByteBuffer;
import java.nio.CharBuffer;
import java.nio.charset.Charset;
import java.nio.charset.StandardCharsets;
import static c1.ByteBufferUtil.debugAll;
/**
* @author charmingdaidai
* @project LearnNetty
* @since 2024/12/27 16:15
*/
public class TestByteBuffer1 {
public static void main(String[] args) {
ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(16).put("hello".getBytes());
ByteBuffer buffer1 = StandardCharsets.UTF_8.encode("你好");
ByteBuffer buffer2 = Charset.forName("utf-8").encode("你好");
ByteBuffer buffer3 = ByteBuffer.wrap("hello".getBytes());
debugAll(buffer);
debugAll(buffer1);
debugAll(buffer2);
debugAll(buffer3);
CharBuffer buffer4 = StandardCharsets.UTF_8.decode(buffer1);
System.out.println(buffer4.getClass());
System.out.println(buffer4.toString());
}
}输出
+--------+-------------------- all ------------------------+----------------+
position: [5], limit: [16]
+-------------------------------------------------+
| 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 a b c d e f |
+--------+-------------------------------------------------+----------------+
|00000000| 68 65 6c 6c 6f 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 |hello...........|
+--------+-------------------------------------------------+----------------+
+--------+-------------------- all ------------------------+----------------+
position: [0], limit: [6]
+-------------------------------------------------+
| 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 a b c d e f |
+--------+-------------------------------------------------+----------------+
|00000000| e4 bd a0 e5 a5 bd 00 00 00 00 00 |........... |
+--------+-------------------------------------------------+----------------+
+--------+-------------------- all ------------------------+----------------+
position: [0], limit: [6]
+-------------------------------------------------+
| 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 a b c d e f |
+--------+-------------------------------------------------+----------------+
|00000000| e4 bd a0 e5 a5 bd 00 00 00 00 00 |........... |
+--------+-------------------------------------------------+----------------+
+--------+-------------------- all ------------------------+----------------+
position: [0], limit: [5]
+-------------------------------------------------+
| 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 a b c d e f |
+--------+-------------------------------------------------+----------------+
|00000000| 68 65 6c 6c 6f |hello |
+--------+-------------------------------------------------+----------------+
class java.nio.HeapCharBuffer
你好StandardCharsets.UTF_8.encode("你好")、Charset.forName("utf-8").encode("你好")和ByteBuffer.wrap("hello".getBytes())会自动切换到读模式
⚠️ Buffer 的线程安全
Buffer 是非线程安全的
2.4 Scattering Reads
分散读取，有一个文本文件 3parts.txt
onetwothree使用如下方式读取，可以将数据填充至多个 buffer
try (RandomAccessFile file = new RandomAccessFile("helloword/3parts.txt", "rw")) {
FileChannel channel = file.getChannel();
ByteBuffer a = ByteBuffer.allocate(3);
ByteBuffer b = ByteBuffer.allocate(3);
ByteBuffer c = ByteBuffer.allocate(5);
channel.read(new ByteBuffer[]{a, b, c});
a.flip();
b.flip();
c.flip();
debug(a);
debug(b);
debug(c);
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}结果
+-------------------------------------------------+
| 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 a b c d e f |
+--------+-------------------------------------------------+----------------+
|00000000| 6f 6e 65 |one |
+--------+-------------------------------------------------+----------------+
+-------------------------------------------------+
| 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 a b c d e f |
+--------+-------------------------------------------------+----------------+
|00000000| 74 77 6f |two |
+--------+-------------------------------------------------+----------------+
+-------------------------------------------------+
| 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 a b c d e f |
+--------+-------------------------------------------------+----------------+
|00000000| 74 68 72 65 65 |three |
+--------+-------------------------------------------------+----------------+2.5 Gathering Writes
使用如下方式写入，可以将多个 buffer 的数据填充至 channel
try (RandomAccessFile file = new RandomAccessFile("helloword/3parts.txt", "rw")) {
FileChannel channel = file.getChannel();
ByteBuffer d = ByteBuffer.allocate(4);
ByteBuffer e = ByteBuffer.allocate(4);
channel.position(11);
d.put(new byte[]{'f', 'o', 'u', 'r'});
e.put(new byte[]{'f', 'i', 'v', 'e'});
d.flip();
e.flip();
debug(d);
debug(e);
channel.write(new ByteBuffer[]{d, e});
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}输出
+-------------------------------------------------+
| 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 a b c d e f |
+--------+-------------------------------------------------+----------------+
|00000000| 66 6f 75 72 |four |
+--------+-------------------------------------------------+----------------+
+-------------------------------------------------+
| 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 a b c d e f |
+--------+-------------------------------------------------+----------------+
|00000000| 66 69 76 65 |five |
+--------+-------------------------------------------------+----------------+文件内容
onetwothreefourfive2.6 练习
网络上存在多条数据被发送至服务端，数据间通过\n进行分隔。然而，由于某些原因，这些数据在接收过程中发生了重新组合。例如，原本的三条数据为：
-
Hello,world\n -
I'm zhangsan\n -
How are you?\n
它们变成了以下两个ByteBuffer（黏包：合并发送效率高；半包：发送的长度超过缓冲区大小）：
-
Hello,world\nI'm zhangsan\nHo -
w are you?\n
现在要求你编写程序，将错乱的数据恢复成原始的按 \n 分隔的数据
public static void main(String[] args) {
// 创建一个容量为32字节的ByteBuffer
ByteBuffer source = ByteBuffer.allocate(32);
// 第一次写入数据，包含两个完整的行和一个不完整的行
// "Hello,world\n" (12字节)
// "I'm zhangsan\n" (13字节)
// "Ho" (2字节)
source.put("Hello,world\nI'm zhangsan\nHo".getBytes());
// 处理已写入的数据
split(source);
// 第二次写入数据，补充完整最后一行并新增一行
// "w are you?\n" (11字节)
// "haha!\n" (6字节)
source.put("w are you?\nhaha!\n".getBytes());
// 处理新写入的数据
split(source);
}
private static void split(ByteBuffer source) {
// 切换到读模式
source.flip();
// 保存当前limit位置，方便后续恢复
int oldLimit = source.limit();
// 遍历ByteBuffer中的每个字节
for (int i = 0; i < oldLimit; i++) {
// 找到换行符
if (source.get(i) == '\n') {
System.out.println(i);
// 创建一个新的ByteBuffer，大小为当前行的长度（包括换行符）
ByteBuffer target = ByteBuffer.allocate(i + 1 - source.position());
// 临时调整limit为当前行的结束位置（换行符的下一个位置）
source.limit(i + 1);
// 将source中的这一行数据写入target
target.put(source); // 读取source中的数据并写入target
// 打印处理后的ByteBuffer内容（用于调试）
debugAll(target);
// 恢复原始limit位置，为处理下一行做准备
source.limit(oldLimit);
}
}
// 压缩ByteBuffer，将未读取的数据移动到开始位置
// 为下一次写入数据做准备
source.compact();
}自己的实现
package c1; import java.nio.ByteBuffer; import java.nio.channels.Channel; import java.nio.charset.Charset; /** * @author charmingdaidai * @project LearnNetty * @since 2025/01/20 13:56 */ public class practice_split { public static void main(String[] args) { ByteBuffer source = ByteBuffer.allocate(32); source.put("Hello,world\nI'm zhangsan\nHo".getBytes(Charset.defaultCharset())); split(source); source.put("w are you?\nhaha!\n".getBytes(Charset.defaultCharset())); split(source); } private static void split(ByteBuffer source) { source.flip(); int len = source.limit(); for (int i = 0; i < len; i++) { char c = (char)source.get(); if('\n' == c){ System.out.println(); } System.out.print(c); } source.compact(); } }改进：
package c1; import java.nio.ByteBuffer; import java.nio.charset.StandardCharsets; import java.util.ArrayList; import java.util.List; public class PracticeSplit { public static void main(String[] args) { ByteBuffer source = ByteBuffer.allocate(64); // 模拟黏包和半包数据 source.put("Hello,world\nI'm zhangsan\nHo".getBytes(StandardCharsets.UTF_8)); List<String> messages = split(source); messages.forEach(System.out::println); source.put("w are you?\nhaha!\ntest".getBytes(StandardCharsets.UTF_8)); messages = split(source); messages.forEach(System.out::println); } private static List<String> split(ByteBuffer source) { source.flip(); // 切换到读模式 List<String> messages = new ArrayList<>(); StringBuilder currentMessage = new StringBuilder(); while (source.hasRemaining()) { byte b = source.get(); if (b == '\n') { // 遇到换行符，将当前消息添加到列表中 messages.add(currentMessage.toString()); currentMessage.setLength(0); // 清空当前消息 } else { // 将字节转换为字符并添加到当前消息中 currentMessage.append((char) b); } } // 处理未完成的消息（没有以 \n 结尾的部分） if (currentMessage.length() > 0) { // 将未处理的数据移回缓冲区开头 source.position(source.limit() - currentMessage.length()); } source.compact(); // 切换到写模式，保留未处理的数据 return messages; } }
3. 文件编程
3.1 FileChannel
⚠️ FileChannel 工作模式
FileChannel 只能工作在阻塞模式下
获取
不能直接打开 FileChannel，必须通过 FileInputStream、FileOutputStream 或者 RandomAccessFile 来获取 FileChannel，它们都有 getChannel 方法
- 通过 FileInputStream 获取的 channel 只能读
- 通过 FileOutputStream 获取的 channel 只能写
- 通过 RandomAccessFile 是否能读写根据构造 RandomAccessFile 时的读写模式决定
读取
会从 channel 读取数据填充 ByteBuffer，返回值表示读到了多少字节，-1 表示到达了文件的末尾
int readBytes = channel.read(buffer);写入
写入的正确姿势如下， SocketChannel
ByteBuffer buffer = ...;
buffer.put(...); // 存入数据
buffer.flip(); // 切换读模式
while(buffer.hasRemaining()) {
channel.write(buffer);
}在 while 中调用 channel.write 是因为 write 方法并不能保证一次将 buffer 中的内容全部写入 channel
关闭
channel 必须关闭，不过调用了 FileInputStream、FileOutputStream 或者 RandomAccessFile 的 close 方法会间接地调用 channel 的 close 方法
位置
获取当前位置
long pos = channel.position();设置当前位置
long newPos = ...;
channel.position(newPos);设置当前位置时，如果设置为文件的末尾
- 这时读取会返回 -1
- 这时写入，会追加内容，但要注意如果 position 超过了文件末尾，再写入时在新内容和原末尾之间会有空洞（00）
大小
使用 size 方法获取文件的大小
强制写入
操作系统出于性能的考虑，会将数据缓存，不是立刻写入磁盘。可以调用 force(true) 方法将文件内容和元数据（文件的权限等信息）立刻写入磁盘
3.2 两个 Channel 传输数据
String FROM = "helloword/data.txt";
String TO = "helloword/to.txt";
long start = System.nanoTime();
try (FileChannel from = new FileInputStream(FROM).getChannel();
FileChannel to = new FileOutputStream(TO).getChannel();
) {
from.transferTo(0, from.size(), to);
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
long end = System.nanoTime();
System.out.println("transferTo 用时：" + (end - start) / 1000_000.0);输出
transferTo 用时：8.2011超过 2g 大小的文件传输
public class TestFileChannelTransferTo {
public static void main(String[] args) {
try (
FileChannel from = new FileInputStream("data.txt").getChannel();
FileChannel to = new FileOutputStream("to.txt").getChannel();
) {
// 效率高，底层会利用操作系统的零拷贝进行优化
long size = from.size();
// left 变量代表还剩余多少字节
for (long left = size; left > 0; ) {
System.out.println("position:" + (size - left) + " left:" + left);
left -= from.transferTo((size - left), left, to);
}
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}实际传输一个超大文件
position:0 left:7769948160
position:2147483647 left:5622464513
position:4294967294 left:3474980866
position:6442450941 left:13274972193.3 Path
jdk7 引入了 Path 和 Paths 类
- Path 用来表示文件路径
- Paths 是工具类，用来获取 Path 实例
Path source = Paths.get("1.txt"); // 相对路径 使用 user.dir 环境变量来定位 1.txt
Path source = Paths.get("d:\\1.txt"); // 绝对路径 代表了 d:\1.txt
Path source = Paths.get("d:/1.txt"); // 绝对路径 同样代表了 d:\1.txt
Path projects = Paths.get("d:\\data", "projects"); // 代表了 d:\data\projects.代表了当前路径..代表了上一级路径
例如目录结构如下
d:
|- data
|- projects
|- a
|- b代码
Path path = Paths.get("d:\\data\\projects\\a\\..\\b");
System.out.println(path);
System.out.println(path.normalize()); // 正常化路径会输出
d:\data\projects\a\..\b
d:\data\projects\b3.4 Files
检查文件是否存在
Path path = Paths.get("helloword/data.txt");
System.out.println(Files.exists(path));创建一级目录
Path path = Paths.get("helloword/d1");
Files.createDirectory(path);- 如果目录已存在，会抛异常
FileAlreadyExistsException - 不能一次创建多级目录，否则会抛异常
NoSuchFileException
创建多级目录用
Path path = Paths.get("helloword/d1/d2");
Files.createDirectories(path);拷贝文件
Path source = Paths.get("helloword/data.txt");
Path target = Paths.get("helloword/target.txt");
Files.copy(source, target);- 如果文件已存在，会抛异常
FileAlreadyExistsException
如果希望用 source 覆盖掉 target，需要用 StandardCopyOption 来控制
Files.copy(source, target, StandardCopyOption.REPLACE_EXISTING);移动文件
Path source = Paths.get("helloword/data.txt");
Path target = Paths.get("helloword/data.txt");
Files.move(source, target, StandardCopyOption.ATOMIC_MOVE);-
StandardCopyOption.ATOMIC_MOVE 保证文件移动的原子性
删除文件
Path target = Paths.get("helloword/target.txt");
Files.delete(target);- 如果文件不存在，会抛异常
NoSuchFileException
删除目录
Path target = Paths.get("helloword/d1");
Files.delete(target);- 如果目录还有内容，会抛异常
DirectoryNotEmptyException
遍历目录文件
public static void main(String[] args) throws IOException {
Path path = Paths.get("C:\\Program Files\\Java\\jdk1.8.0_91");
AtomicInteger dirCount = new AtomicInteger();
AtomicInteger fileCount = new AtomicInteger();
Files.walkFileTree(path, new SimpleFileVisitor<Path>(){
@Override
public FileVisitResult preVisitDirectory(Path dir, BasicFileAttributes attrs)
throws IOException {
System.out.println(dir);
dirCount.incrementAndGet();
return super.preVisitDirectory(dir, attrs);
}
@Override
public FileVisitResult visitFile(Path file, BasicFileAttributes attrs)
throws IOException {
System.out.println(file);
fileCount.incrementAndGet();
return super.visitFile(file, attrs);
}
});
System.out.println(dirCount); // 133
System.out.println(fileCount); // 1479
}统计 jar 的数目
Path path = Paths.get("C:\\Program Files\\Java\\jdk1.8.0_91");
AtomicInteger fileCount = new AtomicInteger();
Files.walkFileTree(path, new SimpleFileVisitor<Path>(){
@Override
public FileVisitResult visitFile(Path file, BasicFileAttributes attrs)
throws IOException {
if (file.toFile().getName().endsWith(".jar")) {
fileCount.incrementAndGet();
}
return super.visitFile(file, attrs);
}
});
System.out.println(fileCount); // 724删除多级目录
Path path = Paths.get("d:\\a");
Files.walkFileTree(path, new SimpleFileVisitor<Path>(){
@Override
public FileVisitResult visitFile(Path file, BasicFileAttributes attrs)
throws IOException {
Files.delete(file);
return super.visitFile(file, attrs);
}
@Override
public FileVisitResult postVisitDirectory(Path dir, IOException exc)
throws IOException {
Files.delete(dir);
return super.postVisitDirectory(dir, exc);
}
});⚠️ 删除很危险
删除是危险操作，确保要递归删除的文件夹没有重要内容
拷贝多级目录
long start = System.currentTimeMillis();
String source = "D:\\Snipaste-1.16.2-x64";
String target = "D:\\Snipaste-1.16.2-x64aaa";
Files.walk(Paths.get(source)).forEach(path -> {
try {
String targetName = path.toString().replace(source, target);
// 是目录
if (Files.isDirectory(path)) {
Files.createDirectory(Paths.get(targetName));
}
// 是普通文件
else if (Files.isRegularFile(path)) {
Files.copy(path, Paths.get(targetName));
}
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
});
long end = System.currentTimeMillis();
System.out.println(end - start);📒Files.walkFileTree
Files.walkFileTree 是 Java NIO（New I/O）中的一个静态方法，用于递归地遍历目录及其子目录，执行指定的操作方法签名：
public static T walkFileTree(Path start, FileVisitOption... options) throws IOException参数说明：
-
start：起始路径，表示从哪个目录开始遍历-
options：可选参数，指定遍历的选项，如是否跟踪符号链接等常见的使用场景：
- 遍历目录并执行文件处理操作（如打印文件名、计算文件大小等）
- 在文件遍历过程中执行删除、复制等操作
- 处理目录中的符号链接等特殊情况
FileVisitor 接口：
FileVisitor 是一个接口，提供了处理文件和目录的四个方法：
-
preVisitDirectory：在访问目录前调用-
visitFile：访问文件时调用-
visitFileFailed：访问文件失败时调用-
postVisitDirectory：在访问目录后调用使用示例：
public class WalkFileTreeExample { public static void main(String[] args) { Path startPath = Paths.get("C:/example"); // 指定要遍历的起始路径 try { Files.walkFileTree(startPath, new SimpleFileVisitor<Path>() { // 访问目录前 @Override public FileVisitResult preVisitDirectory(Path dir, BasicFileAttributes attrs) throws IOException { System.out.println("即将访问目录: " + dir); return FileVisitResult.CONTINUE; // 继续遍历 } // 访问文件时 @Override public FileVisitResult visitFile(Path file, BasicFileAttributes attrs) throws IOException { System.out.println("访问文件: " + file); return FileVisitResult.CONTINUE; // 继续遍历 } // 访问文件失败时 @Override public FileVisitResult visitFileFailed(Path file, IOException exc) throws IOException { System.out.println("无法访问文件: " + file); return FileVisitResult.CONTINUE; } // 访问目录后 @Override public FileVisitResult postVisitDirectory(Path dir, IOException exc) throws IOException { System.out.println("已访问目录: " + dir); return FileVisitResult.CONTINUE; // 继续遍历 } }); } catch (IOException e) { e.printStackTrace(); } } }代码解释：
-
SimpleFileVisitor<Path> ：这是FileVisitor 的一个实现，提供了默认实现。你可以重写其中的方法来定义在访问文件或目录时执行的操作-
preVisitDirectory：在访问目录之前调用，可以在这里做一些准备工作-
visitFile：在访问文件时调用，处理文件的逻辑写在这里-
postVisitDirectory：在访问目录之后调用，通常可以在这里做一些清理工作返回值：
-
FileVisitResult.CONTINUE：继续遍历-
FileVisitResult.SKIP_SUBTREE：跳过当前目录及其子目录-
FileVisitResult.SKIP_SIBLINGS：跳过当前目录中的所有兄弟目录-
FileVisitResult.TERMINATE：立即终止遍历常见的选项（
FileVisitOption ）：
FOLLOW_LINKS：允许遍历符号链接。如果不设置此选项，符号链接会被跳过示例：跟踪符号链接
如果要遍历符号链接指向的文件或目录，可以传递FileVisitOption.FOLLOW_LINKS 选项：Files.walkFileTree(startPath, EnumSet.of(FileVisitOption.FOLLOW_LINKS), Integer.MAX_VALUE, new SimpleFileVisitor<Path>() { // 方法实现同上 });
4. 网络编程
4.1 非阻塞 vs 阻塞
阻塞
- 阻塞模式下，相关方法都会导致线程暂停
-
ServerSocketChannel.accept 会在没有连接建立时让线程暂停 -
SocketChannel.read 会在没有数据可读时让线程暂停 - 阻塞的表现其实就是线程暂停了，暂停期间不会占用 cpu，但线程相当于闲置
-
- 单线程下，阻塞方法之间相互影响，几乎不能正常工作，需要多线程支持
- 但多线程下，有新的问题，体现在以下方面
- 32 位 jvm 一个线程 320k，64 位 jvm 一个线程 1024k，如果连接数过多，必然导致 OOM，并且线程太多，反而会因为频繁上下文切换导致性能降低
- 可以采用线程池技术来减少线程数和线程上下文切换，但治标不治本，如果有很多连接建立，但长时间 inactive，会阻塞线程池中所有线程，因此不适合长连接，只适合短连接
服务器端
// 使用 nio 来理解阻塞模式, 单线程
// 0. ByteBuffer
ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(16);
// 1. 创建了服务器
ServerSocketChannel ssc = ServerSocketChannel.open();
// 2. 绑定监听端口
ssc.bind(new InetSocketAddress(8080));
// 3. 连接集合
List<SocketChannel> channels = new ArrayList<>();
while (true) {
// 4. accept 建立与客户端连接， SocketChannel 用来与客户端之间通信
log.debug("connecting...");
SocketChannel sc = ssc.accept(); // 阻塞方法，线程停止运行
log.debug("connected... {}", sc);
channels.add(sc);
for (SocketChannel channel : channels) {
// 5. 接收客户端发送的数据
log.debug("before read... {}", channel);
channel.read(buffer); // 阻塞方法，线程停止运行
buffer.flip();
debugRead(buffer);
buffer.clear();
log.debug("after read...{}", channel);
}
}客户端
SocketChannel sc = SocketChannel.open();
sc.connect(new InetSocketAddress("localhost", 8080));
System.out.println("waiting...");非阻塞
- 非阻塞模式下，相关方法都不会让线程暂停
-
ServerSocketChannel.accept 在没有连接建立时，会返回 null，继续运行 -
SocketChannel.read 在没有数据可读时，会返回 0，但线程不必阻塞，可以去执行其它 SocketChannel 的 read 或是去执行 ServerSocketChannel.accept - 写数据时，线程只是等待数据写入 Channel 即可，无需等 Channel 通过网络把数据发送出去
-
- 但非阻塞模式下，即使没有连接建立和可读数据，线程仍然在不断运行，白白浪费了 cpu
- 数据复制过程中，线程实际还是阻塞的（AIO 改进的地方）
服务器端，客户端代码不变
// 使用 nio 来理解非阻塞模式, 单线程
// 0. ByteBuffer
ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(16);
// 1. 创建了服务器
ServerSocketChannel ssc = ServerSocketChannel.open();
ssc.configureBlocking(false); // 非阻塞模式
// 2. 绑定监听端口
ssc.bind(new InetSocketAddress(8080));
// 3. 连接集合
List<SocketChannel> channels = new ArrayList<>();
while (true) {
// 4. accept 建立与客户端连接， SocketChannel 用来与客户端之间通信
SocketChannel sc = ssc.accept(); // 非阻塞，线程还会继续运行，如果没有连接建立，但sc是null
if (sc != null) {
log.debug("connected... {}", sc);
sc.configureBlocking(false); // 非阻塞模式
channels.add(sc);
}
for (SocketChannel channel : channels) {
// 5. 接收客户端发送的数据
int read = channel.read(buffer);// 非阻塞，线程仍然会继续运行，如果没有读到数据，read 返回 0
if (read > 0) {
buffer.flip();
debugRead(buffer);
buffer.clear();
log.debug("after read...{}", channel);
}
}
}多路复用
单线程可以配合 Selector 完成对多个 Channel 可读写事件的监控，这称之为多路复用
- 多路复用仅针对网络 IO，普通文件 IO 没法利用多路复用
- 如果不用 Selector 的非阻塞模式，线程大部分时间都在做无用功，而 Selector 能够保证
- 有可连接事件时才去连接
- 有可读事件才去读取
- 有可写事件才去写入
- 限于网络传输能力，Channel 未必时时可写，一旦 Channel 可写，会触发 Selector 的可写事件
4.2 Selector
好处
- 一个线程配合 selector 就可以监控多个 channel 的事件，事件发生线程才去处理。避免非阻塞模式下所做无用功
- 让这个线程能够被充分利用
- 节约了线程的数量
- 减少了线程上下文切换
创建
Selector selector = Selector.open();绑定 Channel 事件
也称之为注册事件，绑定的事件 selector 才会关心
channel.configureBlocking(false);
SelectionKey key = channel.register(selector, 绑定事件);- channel 必须工作在非阻塞模式
- FileChannel 没有非阻塞模式，因此不能配合 selector 一起使用
- 绑定的事件类型可以有
- connect - 客户端连接成功时触发
- accept - 服务器端成功接受连接时触发
- read - 数据可读入时触发，有因为接收能力弱，数据暂不能读入的情况
- write - 数据可写出时触发，有因为发送能力弱，数据暂不能写出的情况
监听 Channel 事件
可以通过下面三种方法来监听是否有事件发生，方法的返回值代表有多少 channel 发生了事件
方法1，阻塞直到绑定事件发生
int count = selector.select();方法2，阻塞直到绑定事件发生，或是超时（时间单位为 ms）
int count = selector.select(long timeout);方法3，不会阻塞，也就是不管有没有事件，立刻返回，自己根据返回值检查是否有事件
int count = selector.selectNow();💡 select 何时不阻塞
- 事件发生时
- 客户端发起连接请求，会触发 accept 事件
- 客户端发送数据过来，客户端正常、异常关闭时，都会触发 read 事件，另外如果发送的数据大于 buffer 缓冲区，会触发多次读取事件
- channel 可写，会触发 write 事件
- 在 linux 下 nio bug 发生时
- 调用 selector.wakeup()
- 调用 selector.close()
- selector 所在线程 interrupt
4.3 处理 accept 事件
客户端代码为
public class Client {
public static void main(String[] args) {
try (Socket socket = new Socket("localhost", 8080)) {
System.out.println(socket);
socket.getOutputStream().write("world".getBytes());
System.in.read();
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}服务器端代码为
@Slf4j
public class ChannelDemo6 {
public static void main(String[] args) {
try (ServerSocketChannel channel = ServerSocketChannel.open()) {
channel.bind(new InetSocketAddress(8080));
System.out.println(channel);
Selector selector = Selector.open();
channel.configureBlocking(false);
channel.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT);
while (true) {
int count = selector.select();
// int count = selector.selectNow();
log.debug("select count: {}", count);
// if(count <= 0) {
// continue;
// }
// 获取所有事件
Set<SelectionKey> keys = selector.selectedKeys();
// 遍历所有事件，逐一处理
Iterator<SelectionKey> iter = keys.iterator();
while (iter.hasNext()) {
SelectionKey key = iter.next();
// 判断事件类型
if (key.isAcceptable()) {
ServerSocketChannel c = (ServerSocketChannel) key.channel();
// 必须处理
SocketChannel sc = c.accept();
log.debug("{}", sc);
}
// 处理完毕，必须将事件移除
iter.remove();
}
}
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}💡 事件发生后能否不处理
事件发生后，要么处理，要么取消（cancel），不能什么都不做，否则下次该事件仍会触发，这是因为 nio 底层使用的是水平触发
4.4 处理 read 事件
@Slf4j
public class ChannelDemo6 {
public static void main(String[] args) {
try (ServerSocketChannel channel = ServerSocketChannel.open()) {
channel.bind(new InetSocketAddress(8080));
System.out.println(channel);
Selector selector = Selector.open();
channel.configureBlocking(false);
channel.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT);
while (true) {
int count = selector.select();
// int count = selector.selectNow();
log.debug("select count: {}", count);
// if(count <= 0) {
// continue;
// }
// 获取所有事件
Set<SelectionKey> keys = selector.selectedKeys();
// 遍历所有事件，逐一处理
Iterator<SelectionKey> iter = keys.iterator();
while (iter.hasNext()) {
SelectionKey key = iter.next();
// 判断事件类型
if (key.isAcceptable()) {
ServerSocketChannel c = (ServerSocketChannel) key.channel();
// 必须处理
SocketChannel sc = c.accept();
sc.configureBlocking(false);
sc.register(selector, SelectionKey.OP_READ);
log.debug("连接已建立: {}", sc);
} else if (key.isReadable()) {
SocketChannel sc = (SocketChannel) key.channel();
ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(128);
int read = sc.read(buffer);
if(read == -1) {
key.cancel();
sc.close();
} else {
buffer.flip();
debug(buffer);
}
}
// 处理完毕，必须将事件移除
iter.remove();
}
}
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}开启两个客户端，修改一下发送文字，输出
sun.nio.ch.ServerSocketChannelImpl[/0:0:0:0:0:0:0:0:8080]
21:16:39 [DEBUG] [main] c.i.n.ChannelDemo6 - select count: 1
21:16:39 [DEBUG] [main] c.i.n.ChannelDemo6 - 连接已建立: java.nio.channels.SocketChannel[connected local=/127.0.0.1:8080 remote=/127.0.0.1:60367]
21:16:39 [DEBUG] [main] c.i.n.ChannelDemo6 - select count: 1
+-------------------------------------------------+
| 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 a b c d e f |
+--------+-------------------------------------------------+----------------+
|00000000| 68 65 6c 6c 6f |hello |
+--------+-------------------------------------------------+----------------+
21:16:59 [DEBUG] [main] c.i.n.ChannelDemo6 - select count: 1
21:16:59 [DEBUG] [main] c.i.n.ChannelDemo6 - 连接已建立: java.nio.channels.SocketChannel[connected local=/127.0.0.1:8080 remote=/127.0.0.1:60378]
21:16:59 [DEBUG] [main] c.i.n.ChannelDemo6 - select count: 1
+-------------------------------------------------+
| 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 a b c d e f |
+--------+-------------------------------------------------+----------------+
|00000000| 77 6f 72 6c 64 |world |
+--------+-------------------------------------------------+----------------+💡 为何要 iter.remove()
因为 select 在事件发生后，就会将相关的 key 放入 selectedKeys 集合，但不会在处理完后从 selectedKeys 集合中移除，需要自己编码删除。例如
- 第一次触发了 ssckey 上的 accept 事件，没有移除 ssckey
- 第二次触发了 sckey 上的 read 事件，但这时 selectedKeys 中还有上次的 ssckey ，在处理时因为没有真正的 serverSocket 连上了，就会导致空指针异常
💡 cancel 的作用
cancel 会取消注册在 selector 上的 channel，并从 keys 集合中删除 key 后续不会再监听事件
⚠️ 不处理边界的问题
思考注释中两个问题，以 bio 为例，其实 nio 道理是一样的
public class Server {
public static void main(String[] args) throws IOException {
ServerSocket ss=new ServerSocket(9000);
while (true) {
Socket s = ss.accept();
InputStream in = s.getInputStream();
// 这里这么写，有没有问题
byte[] arr = new byte[4];
while(true) {
int read = in.read(arr);
// 这里这么写，有没有问题
if(read == -1) {
break;
}
System.out.println(new String(arr, 0, read));
}
}
}
}客户端
public class Client {
public static void main(String[] args) throws IOException {
Socket max = new Socket("localhost", 9000);
OutputStream out = max.getOutputStream();
out.write("hello".getBytes());
out.write("world".getBytes());
out.write("你好".getBytes());
max.close();
}
}输出
hell
owor
ld�
�好为什么？
处理消息的边界
- 一种思路是固定消息长度，数据包大小一样，服务器按预定长度读取，缺点是浪费带宽
- 另一种思路是按分隔符拆分，缺点是效率低
- TLV 格式，即
Type 类型、Length 长度、Value 数据，类型和长度已知的情况下，就可以方便获取消息大小，分配合适的 buffer，缺点是 buffer 需要提前分配，如果内容过大，则影响 server 吞吐量- Http 1.1 是 TLV 格式（T：类型，L：长度，V：值）
- Http 2.0 是 LTV 格式（L代表长度，前面固定长度给定一个数，表示后面的数据有多长）
服务器端
private static void split(ByteBuffer source) {
source.flip();
for (int i = 0; i < source.limit(); i++) {
// 找到一条完整消息
if (source.get(i) == '\n') {
int length = i + 1 - source.position();
// 把这条完整消息存入新的 ByteBuffer
ByteBuffer target = ByteBuffer.allocate(length);
// 从 source 读，向 target 写
for (int j = 0; j < length; j++) {
target.put(source.get());
}
debugAll(target);
}
}
source.compact(); // 0123456789abcdef position 16 limit 16
}
public static void main(String[] args) throws IOException {
// 1. 创建 selector, 管理多个 channel
Selector selector = Selector.open();
ServerSocketChannel ssc = ServerSocketChannel.open();
ssc.configureBlocking(false);
// 2. 建立 selector 和 channel 的联系（注册）
// SelectionKey 就是将来事件发生后，通过它可以知道事件和哪个channel的事件
SelectionKey sscKey = ssc.register(selector, 0, null);
// key 只关注 accept 事件
sscKey.interestOps(SelectionKey.OP_ACCEPT);
log.debug("sscKey:{}", sscKey);
ssc.bind(new InetSocketAddress(8080));
while (true) {
// 3. select 方法, 没有事件发生，线程阻塞，有事件，线程才会恢复运行
// select 在事件未处理时，它不会阻塞, 事件发生后要么处理，要么取消，不能置之不理
selector.select();
// 4. 处理事件, selectedKeys 内部包含了所有发生的事件
Iterator<SelectionKey> iter = selector.selectedKeys().iterator(); // accept, read
while (iter.hasNext()) {
SelectionKey key = iter.next();
// 处理key 时，要从 selectedKeys 集合中删除，否则下次处理就会有问题
iter.remove();
log.debug("key: {}", key);
// 5. 区分事件类型
if (key.isAcceptable()) { // 如果是 accept
ServerSocketChannel channel = (ServerSocketChannel) key.channel();
SocketChannel sc = channel.accept();
sc.configureBlocking(false);
ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(16); // attachment
// 将一个 byteBuffer 作为附件关联到 selectionKey 上
SelectionKey scKey = sc.register(selector, 0, buffer);
scKey.interestOps(SelectionKey.OP_READ);
log.debug("{}", sc);
log.debug("scKey:{}", scKey);
} else if (key.isReadable()) { // 如果是 read
try {
SocketChannel channel = (SocketChannel) key.channel(); // 拿到触发事件的channel
// 获取 selectionKey 上关联的附件
ByteBuffer buffer = (ByteBuffer) key.attachment();
int read = channel.read(buffer); // 如果是正常断开，read 的方法的返回值是 -1
if(read == -1) {
key.cancel();
} else {
split(buffer);
// 需要扩容
if (buffer.position() == buffer.limit()) {
ByteBuffer newBuffer = ByteBuffer.allocate(buffer.capacity() * 2);
buffer.flip(); // 切换到读模式
newBuffer.put(buffer); // 将旧buffer的内容拷贝到新buffer，0123456789abcdef3333\n
key.attach(newBuffer); // 将新buffer关联到SelectionKey上
}
}
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
key.cancel(); // 因为客户端断开了,因此需要将 key 取消（从 selector 的 keys 集合中真正删除 key）
}
}
}
}
}客户端
SocketChannel sc = SocketChannel.open();
sc.connect(new InetSocketAddress("localhost", 8080));
SocketAddress address = sc.getLocalAddress();
// sc.write(Charset.defaultCharset().encode("hello\nworld\n"));
sc.write(Charset.defaultCharset().encode("0123\n456789abcdef"));
sc.write(Charset.defaultCharset().encode("0123456789abcdef3333\n"));
System.in.read();ByteBuffer 大小分配
- 每个 channel 都需要记录可能被切分的消息，因为 ByteBuffer 不能被多个 channel 共同使用，因此需要为每个 channel 维护一个独立的 ByteBuffer
- ByteBuffer 不能太大，比如一个 ByteBuffer 1Mb 的话，要支持百万连接就要 1Tb 内存，因此需要设计大小可变的 ByteBuffer
- 一种思路是首先分配一个较小的 buffer，例如 4k，如果发现数据不够，再分配 8k 的 buffer，将 4k buffer 内容拷贝至 8k buffer，优点是消息连续容易处理，缺点是数据拷贝耗费性能，参考实现 http://tutorials.jenkov.com/java-performance/resizable-array.html
- 另一种思路是用多个数组组成 buffer，一个数组不够，把多出来的内容写入新的数组，与前面的区别是消息存储不连续解析复杂，优点是避免了拷贝引起的性能损耗
4.5 处理 write 事件
一次无法写完例子
- 非阻塞模式下，无法保证把 buffer 中所有数据都写入 channel，因此需要追踪 write 方法的返回值（代表实际写入字节数）
- 用 selector 监听所有 channel 的可写事件，每个 channel 都需要一个 key 来跟踪 buffer，但这样又会导致占用内存过多，就有两阶段策略
- 当消息处理器第一次写入消息时，才将 channel 注册到 selector 上
- selector 检查 channel 上的可写事件，如果所有的数据写完了，就取消 channel 的注册
- 如果不取消，会每次可写均会触发 write 事件
public class WriteServer {
public static void main(String[] args) throws IOException {
ServerSocketChannel ssc = ServerSocketChannel.open();
ssc.configureBlocking(false);
ssc.bind(new InetSocketAddress(8080));
Selector selector = Selector.open();
ssc.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT);
while(true) {
selector.select();
Iterator<SelectionKey> iter = selector.selectedKeys().iterator();
while (iter.hasNext()) {
SelectionKey key = iter.next();
iter.remove();
if (key.isAcceptable()) {
SocketChannel sc = ssc.accept();
sc.configureBlocking(false);
SelectionKey sckey = sc.register(selector, SelectionKey.OP_READ);
// 1. 向客户端发送内容
StringBuilder sb = new StringBuilder();
for (int i = 0; i < 3000000; i++) {
sb.append("a");
}
ByteBuffer buffer = Charset.defaultCharset().encode(sb.toString());
int write = sc.write(buffer);
// 3. write 表示实际写了多少字节
System.out.println("实际写入字节:" + write);
// 4. 如果有剩余未读字节，才需要关注写事件
if (buffer.hasRemaining()) {
// read 1 write 4
// 在原有关注事件的基础上，多关注 写事件
sckey.interestOps(sckey.interestOps() + SelectionKey.OP_WRITE);
// 把 buffer 作为附件加入 sckey
sckey.attach(buffer);
}
} else if (key.isWritable()) {
ByteBuffer buffer = (ByteBuffer) key.attachment();
SocketChannel sc = (SocketChannel) key.channel();
int write = sc.write(buffer);
System.out.println("实际写入字节:" + write);
if (!buffer.hasRemaining()) { // 写完了
key.interestOps(key.interestOps() - SelectionKey.OP_WRITE);
key.attach(null);
}
}
}
}
}
}客户端
public class WriteClient {
public static void main(String[] args) throws IOException {
Selector selector = Selector.open();
SocketChannel sc = SocketChannel.open();
sc.configureBlocking(false);
sc.register(selector, SelectionKey.OP_CONNECT | SelectionKey.OP_READ);
sc.connect(new InetSocketAddress("localhost", 8080));
int count = 0;
while (true) {
selector.select();
Iterator<SelectionKey> iter = selector.selectedKeys().iterator();
while (iter.hasNext()) {
SelectionKey key = iter.next();
iter.remove();
if (key.isConnectable()) {
System.out.println(sc.finishConnect());
} else if (key.isReadable()) {
ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024 * 1024);
count += sc.read(buffer);
buffer.clear();
System.out.println(count);
}
}
}
}
}💡 write 为何要取消
只要向 channel 发送数据时，socket 缓冲可写，这个事件会频繁触发，因此应当只在 socket 缓冲区写不下时再关注可写事件，数据写完之后再取消关注
4.6 更进一步
💡 利用多线程优化 ❗️❗️❗️
现在都是多核 cpu，设计时要充分考虑别让 cpu 的力量被白白浪费
前面的代码只有一个选择器，没有充分利用多核 cpu，如何改进呢？
分两组选择器
- 单线程配一个选择器，专门处理 accept 事件
- 创建 cpu 核心数的线程，每个线程配一个选择器，轮流处理 read 事件
public class ChannelDemo7 {
public static void main(String[] args) throws IOException {
new BossEventLoop().register();
}
@Slf4j
static class BossEventLoop implements Runnable {
private Selector boss;
private WorkerEventLoop[] workers;
private volatile boolean start = false;
AtomicInteger index = new AtomicInteger();
public void register() throws IOException {
if (!start) {
ServerSocketChannel ssc = ServerSocketChannel.open();
ssc.bind(new InetSocketAddress(8080));
ssc.configureBlocking(false);
boss = Selector.open();
SelectionKey ssckey = ssc.register(boss, 0, null);
ssckey.interestOps(SelectionKey.OP_ACCEPT);
workers = initEventLoops();
new Thread(this, "boss").start();
log.debug("boss start...");
start = true;
}
}
public WorkerEventLoop[] initEventLoops() {
// EventLoop[] eventLoops = new EventLoop[Runtime.getRuntime().availableProcessors()];
WorkerEventLoop[] workerEventLoops = new WorkerEventLoop[2];
for (int i = 0; i < workerEventLoops.length; i++) {
workerEventLoops[i] = new WorkerEventLoop(i);
}
return workerEventLoops;
}
@Override
public void run() {
while (true) {
try {
boss.select();
Iterator<SelectionKey> iter = boss.selectedKeys().iterator();
while (iter.hasNext()) {
SelectionKey key = iter.next();
iter.remove();
if (key.isAcceptable()) {
ServerSocketChannel c = (ServerSocketChannel) key.channel();
SocketChannel sc = c.accept();
sc.configureBlocking(false);
log.debug("{} connected", sc.getRemoteAddress());
workers[index.getAndIncrement() % workers.length].register(sc);
}
}
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
}
@Slf4j
static class WorkerEventLoop implements Runnable {
private Selector worker;
private volatile boolean start = false;
private int index;
private final ConcurrentLinkedQueue<Runnable> tasks = new ConcurrentLinkedQueue<>();
public WorkerEventLoop(int index) {
this.index = index;
}
public void register(SocketChannel sc) throws IOException {
if (!start) {
worker = Selector.open();
new Thread(this, "worker-" + index).start();
start = true;
}
tasks.add(() -> {
try {
SelectionKey sckey = sc.register(worker, 0, null);
sckey.interestOps(SelectionKey.OP_READ);
worker.selectNow();
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
});
worker.wakeup();
}
@Override
public void run() {
while (true) {
try {
worker.select();
Runnable task = tasks.poll();
if (task != null) {
task.run();
}
Set<SelectionKey> keys = worker.selectedKeys();
Iterator<SelectionKey> iter = keys.iterator();
while (iter.hasNext()) {
SelectionKey key = iter.next();
if (key.isReadable()) {
SocketChannel sc = (SocketChannel) key.channel();
ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(128);
try {
int read = sc.read(buffer);
if (read == -1) {
key.cancel();
sc.close();
} else {
buffer.flip();
log.debug("{} message:", sc.getRemoteAddress());
debugAll(buffer);
}
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
key.cancel();
sc.close();
}
}
iter.remove();
}
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
}
}💡 如何拿到 cpu 个数
-
Runtime.getRuntime().availableProcessors() 如果工作在 docker 容器下，因为容器不是物理隔离的，会拿到物理 cpu 个数，而不是容器申请时的个数- 这个问题直到 jdk 10 才修复，使用 jvm 参数
UseContainerSupport 配置， 默认开启
4.7 UDP
- UDP 为无连接协议，客户端发送数据时，不会关注服务器是否处于开启状态
- 服务器端的
receive 方法会将接收到的数据存储于字节缓冲区中；然而，若数据报文超出缓冲区容量，超出的部分数据将被无声地舍弃
首先启动服务器端
public class UdpServer {
public static void main(String[] args) {
try (DatagramChannel channel = DatagramChannel.open()) {
channel.socket().bind(new InetSocketAddress(9999));
System.out.println("waiting...");
ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(32);
channel.receive(buffer);
buffer.flip();
debug(buffer);
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}输出
waiting...运行客户端
public class UdpClient {
public static void main(String[] args) {
try (DatagramChannel channel = DatagramChannel.open()) {
ByteBuffer buffer = StandardCharsets.UTF_8.encode("hello");
InetSocketAddress address = new InetSocketAddress("localhost", 9999);
channel.send(buffer, address);
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
}
}接下来服务器端输出
+-------------------------------------------------+
| 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 a b c d e f |
+--------+-------------------------------------------------+----------------+
|00000000| 68 65 6c 6c 6f |hello |
+--------+-------------------------------------------------+----------------+5. NIO vs BIO
5.1 stream vs channel
- stream 不会自动缓冲数据，channel 会利用系统提供的发送缓冲区、接收缓冲区（更为底层）
- stream 仅支持阻塞 API，channel 同时支持阻塞、非阻塞 API，网络 channel 可配合 selector 实现多路复用
- 二者均为全双工，即读写可以同时进行
5.2 IO 模型
网络I/O模型分类
- 同步阻塞、同步非阻塞、同步多路复用、异步非阻塞（无此情况）
- 同步：线程自行获取结果（单线程）
- 异步：线程不自行获取结果，而是由其他线程传递结果（至少两个线程）
当执行一次 channel.read 或 stream.read 调用后，会切换至操作系统内核态以完成实际的数据读取。读取过程分为两个阶段，分别为：
- 等待数据阶段
- 复制数据阶段
阻塞 IO
非阻塞 IO
多路复用
信号驱动
异步 IO
阻塞 IO vs 多路复用
🔖 参考
UNIX 网络编程 - 卷 I
5.3 零拷贝
传统 IO 问题
传统的 IO 将一个文件通过 socket 写出
File f = new File("helloword/data.txt");
RandomAccessFile file = new RandomAccessFile(file, "r");
byte[] buf = new byte[(int)f.length()];
file.read(buf);
Socket socket = new Socket(host, port);
socket.getOutputStream().write(buf);内部工作流程是这样的：
Java 本身不具备 IO 读写能力，因此 read 方法调用后，需从 Java 程序的用户态切换至内核态，调用操作系统的读能力，将数据读入内核缓冲区。在此期间，用户线程会阻塞，操作系统通过 DMA（Direct Memory Access）实现文件读操作，且不使用 CPU
DMA 也可理解为一种硬件单元，用于解放 CPU 完成文件 IO
从内核态切换回用户态，数据从内核缓冲区读入用户缓冲区（即 byte[] buf），此过程中 CPU 会参与数据拷贝，DMA 无法被利用
调用 write 方法时，数据从用户缓冲区（byte[] buf）写入 socket 缓冲区，CPU 会参与这一数据拷贝过程
接下来，需向网卡写入数据，Java 同样不具备这一能力，因此需再次从用户态切换至内核态，调用操作系统的写能力，使用 DMA 将 socket 缓冲区的数据写入网卡，CPU 不会参与此过程
中间环节较多，Java 的 IO 实际上并非物理设备级别的读写，而是缓存数据的复制，底层的真正读写操作由操作系统完成
- 用户态与内核态的切换共发生 3 次，这一操作较为重量级
- 数据总共进行了 4 次拷贝
NIO 优化
通过 DirectByteBuffer
- ByteBuffer.allocate(10) HeapByteBuffer 使用的还是 java 内存
- ByteBuffer.allocateDirect(10) DirectByteBuffer 使用的是操作系统内存
大部分步骤与优化前相同，唯有一点：java 可以使用 DirectByteBuffer 将堆外内存映射到 jvm 内存中来直接访问使用
这块内存不受 jvm 垃圾回收的影响，因此内存地址固定，有助于 IO 读写
java 中的 DirectByteBuffer 对象仅维护了此内存的虚引用，内存回收分成两步
- DirectByteBuffer 对象被垃圾回收，将虚引用加入引用队列
- 通过专门线程访问引用队列，根据虚引用释放堆外内存
减少了一次数据拷贝，用户态与内核态的切换次数没有减少
进一步优化（底层采用了 linux 2.1 后提供的 sendFile 方法），java 中对应着两个 channel 调用 transferTo/transferFrom 方法拷贝数据
- java 调用 transferTo 方法后，要从 java 程序的用户态切换至内核态，使用 DMA 将数据读入内核缓冲区，不会使用 cpu
- 数据从内核缓冲区传输到 socket 缓冲区，cpu 会参与拷贝
- 最后使用 DMA 将 socket 缓冲区的数据写入网卡，不会使用 cpu
可以看到
- 只发生了一次用户态与内核态的切换
- 数据拷贝了 3 次
进一步优化（linux 2.4）
- java 调用 transferTo 方法后，要从 java 程序的用户态切换至内核态，使用 DMA 将数据读入内核缓冲区，不会使用 cpu
- 只会将一些 offset 和 length 信息拷入 socket 缓冲区，几乎无消耗
- 使用 DMA 将 内核缓冲区的数据写入网卡，不会使用 cpu
整个过程仅只发生了一次用户态与内核态的切换，数据拷贝了 2 次。所谓的【零拷贝】，并不是真正无拷贝，而是在不会拷贝重复数据到 jvm 内存中，零拷贝的优点有
- 更少的用户态与内核态的切换
- 不利用 cpu 计算，减少 cpu 缓存伪共享
- 零拷贝适合小文件传输
5.3 AIO
AIO 用来解决数据复制阶段的阻塞问题
- 同步意味着，在进行读写操作时，线程需要等待结果，还是相当于闲置
- 异步意味着，在进行读写操作时，线程不必等待结果，而是将来由操作系统来通过回调方式由另外的线程来获得结果
异步模型需要底层操作系统（Kernel）提供支持
- Windows 系统通过 IOCP 实现了真正的异步 IO
- Linux 系统异步 IO 在 2.6 版本引入，但其底层实现还是用多路复用模拟了异步 IO，性能没有优势
文件 AIO
AsynchronousFileChannel
@Slf4j
public class AioDemo1 {
public static void main(String[] args) throws IOException {
try{
AsynchronousFileChannel s =
AsynchronousFileChannel.open(
Paths.get("1.txt"), StandardOpenOption.READ);
ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(2);
log.debug("begin...");
s.read(buffer, 0, null, new CompletionHandler<Integer, ByteBuffer>() {
@Override
public void completed(Integer result, ByteBuffer attachment) {
log.debug("read completed...{}", result);
buffer.flip();
debug(buffer);
}
@Override
public void failed(Throwable exc, ByteBuffer attachment) {
log.debug("read failed...");
}
});
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
log.debug("do other things...");
System.in.read();
}
}输出
13:44:56 [DEBUG] [main] c.i.aio.AioDemo1 - begin...
13:44:56 [DEBUG] [main] c.i.aio.AioDemo1 - do other things...
13:44:56 [DEBUG] [Thread-5] c.i.aio.AioDemo1 - read completed...2
+-------------------------------------------------+
| 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 a b c d e f |
+--------+-------------------------------------------------+----------------+
|00000000| 61 0d |a. |
+--------+-------------------------------------------------+----------------+可以看到
- 响应文件读取成功的是另一个线程 Thread-5
- 主线程并没有 IO 操作阻塞
💡 守护线程
默认文件 AIO 使用的线程都是守护线程，所以最后要执行 System.in.read() 以避免守护线程意外结束
网络 AIO
import java.io.IOException;
import java.net.InetSocketAddress;
import java.nio.ByteBuffer;
import java.nio.channels.AsynchronousServerSocketChannel;
import java.nio.channels.AsynchronousSocketChannel;
import java.nio.channels.CompletionHandler;
import java.nio.charset.Charset;
public class AioServer {
public static void main(String[] args) throws IOException {
// 1. 创建异步服务端通道
AsynchronousServerSocketChannel ssc = AsynchronousServerSocketChannel.open();
// 2. 绑定到指定端口，开始监听客户端连接
ssc.bind(new InetSocketAddress(8080));
// 3. 接受客户端连接，使用 AcceptHandler 处理连接事件
ssc.accept(null, new AcceptHandler(ssc));
// 4. 阻塞主线程，防止程序退出
System.in.read();
}
/**
* 工具方法：关闭通道
* @param sc 需要关闭的客户端通道
*/
private static void closeChannel(AsynchronousSocketChannel sc) {
try {
System.out.printf("[%s] %s close\n", Thread.currentThread().getName(), sc.getRemoteAddress());
sc.close();
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
/**
* 处理读事件的回调类
*/
private static class ReadHandler implements CompletionHandler<Integer, ByteBuffer> {
private final AsynchronousSocketChannel sc;
public ReadHandler(AsynchronousSocketChannel sc) {
this.sc = sc;
}
@Override
public void completed(Integer result, ByteBuffer attachment) {
try {
// 如果读取结果为 -1，表示客户端已关闭连接
if (result == -1) {
closeChannel(sc);
return;
}
// 读取成功：将缓冲区切换为读模式
System.out.printf("[%s] %s read\n", Thread.currentThread().getName(), sc.getRemoteAddress());
attachment.flip();
// 打印读取到的数据
System.out.println(Charset.defaultCharset().decode(attachment));
// 清空缓冲区，为下一次读取做准备
attachment.clear();
// 再次调用 read 方法，等待下一次客户端发送数据
sc.read(attachment, attachment, this);
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
@Override
public void failed(Throwable exc, ByteBuffer attachment) {
// 读取失败：关闭通道并打印错误
closeChannel(sc);
exc.printStackTrace();
}
}
/**
* 处理写事件的回调类
*/
private static class WriteHandler implements CompletionHandler<Integer, ByteBuffer> {
private final AsynchronousSocketChannel sc;
public WriteHandler(AsynchronousSocketChannel sc) {
this.sc = sc;
}
@Override
public void completed(Integer result, ByteBuffer attachment) {
// 检查缓冲区是否还有未发送的数据
if (attachment.hasRemaining()) {
// 如果有剩余数据，继续写出
sc.write(attachment, attachment, this);
}
}
@Override
public void failed(Throwable exc, ByteBuffer attachment) {
// 写入失败：关闭通道并打印错误
exc.printStackTrace();
closeChannel(sc);
}
}
/**
* 处理客户端连接事件的回调类
*/
private static class AcceptHandler implements CompletionHandler<AsynchronousSocketChannel, Object> {
private final AsynchronousServerSocketChannel ssc;
public AcceptHandler(AsynchronousServerSocketChannel ssc) {
this.ssc = ssc;
}
@Override
public void completed(AsynchronousSocketChannel sc, Object attachment) {
try {
// 打印客户端连接信息
System.out.printf("[%s] %s connected\n", Thread.currentThread().getName(), sc.getRemoteAddress());
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
// 分配缓冲区用于读取客户端数据
ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(16);
// 设置读事件回调，开始读取客户端数据
sc.read(buffer, buffer, new ReadHandler(sc));
// 设置写事件回调，向客户端发送初始消息
sc.write(Charset.defaultCharset().encode("server hello!"), ByteBuffer.allocate(16), new WriteHandler(sc));
// 继续接受下一个客户端连接
ssc.accept(null, this);
}
@Override
public void failed(Throwable exc, Object attachment) {
// 处理接受连接失败的情况
exc.printStackTrace();
}
}
}