Netty学习（4）：NIO网络编程
概述
在 Netty学习（3）中，我们已经学习了 Buffer 和 Channel 的概念， 接下来就让我们通过实现一个 NIO 的多人聊天服务器来深入理解 NIO 的第 3个组件：Selector。
目的
在本文中，我们将通过实现一个网络聊天室程序，来掌握 Selector 的概念以及如何使用 NIO 来完成网络编程。
需求
- 服务器端
- 可以检测用户上线、离线，并告知其他用户；
- 将一个客户端的消息转发给其他在线客户端。
- 客户端：
- 可以发送消息给其他所有在线用户；
- 通过转发，接受到其他用户的消息。
实现逻辑图
代码实现
Server
设置通用属性
public class NioNetworkServer {
private Logger logger = LoggerFactory.getLogger(NioNetworkServer.class);
ServerSocketChannel serverSocketChannel;
Selector selector;
InetSocketAddress inetSocketAddress;
public NioNetworkServer() {
try {
// 生成一个 ServerSocketChannel 和 Selector，并将 ServerSocketChannel 绑定到指定端口
serverSocketChannel = ServerSocketChannel.open();
selector = Selector.open();
inetSocketAddress = new InetSocketAddress(6666);
serverSocketChannel.socket().bind(inetSocketAddress);
serverSocketChannel.configureBlocking(false);
// 将 serverSocketChannel(一开始的服务器Channel) 注册到指定selector上
// 后面给每一个连接生成的 SocketChannel，就是通过 ServerSocketChannel 来生成的
serverSocketChannel.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT);
} catch (IOException e) {
logger.error("建立Server失败，失败原因：{0}", e);
}
}
}
设置一些属性，并在构造函数里设置这些属性的值
监听方法
public void listen() {
try {
while (true) {
// 没有事件发生，就干其他事
if (selector.select(3000) == 0) {
continue;
}
// 得到有事件发生的事件集合，然后在后面可以通过其反向获取channel
Set<SelectionKey> selectionKeys = selector.selectedKeys();
Iterator<SelectionKey> iterator = selectionKeys.iterator();
while (iterator.hasNext()) {
SelectionKey selectionKey = iterator.next();
// 事件：有新的连接
if (selectionKey.isAcceptable()) {
whenAccept();
}
// 事件：读从客户端获取的数据
if (selectionKey.isReadable()) {
readData(selectionKey);
}
iterator.remove();
}
}
} catch (IOException e) {
logger.error("读写错误：{0}", e);
} finally {
}
}
连接请求
private void whenAccept() throws IOException {
// 因为此时已经有连接事件进入了，因此虽然 accept() 是阻塞的，但是在这里会直接返回
SocketChannel socketChannel = serverSocketChannel.accept();
logger.info("connect success,socketChannel : " + socketChannel.toString());
socketChannel.configureBlocking(false);
socketChannel.register(selector, SelectionKey.OP_READ, ByteBuffer.allocate(1024));
//将某人上线的消息进行显示
logger.info(socketChannel.getRemoteAddress() + "上线");
}
读写数据
private void readData(SelectionKey selectionKey) throws IOException {
SocketChannel socketChannel = (SocketChannel) selectionKey.channel();
ByteBuffer byteBuffer = ByteBuffer.allocate(1024);
try {
socketChannel.read(byteBuffer);
String message = new String(byteBuffer.array());
logger.info("{}{}{}", LocalDateTime.now().format(DateTimeFormatter.ofPattern("yyyy-MM-dd HH:mm:ss")), "\n\t\t", message);
// 向其他的客户端转发消息
sendInfoToOtherClients(socketChannel, message);
} catch (Exception e) {
// 在捕获到异常后，就是有客户端发送了断开连接的请求
logger.info("{},离线了。。。", socketChannel.getRemoteAddress());
sendInfoToOtherClients(socketChannel, socketChannel.getRemoteAddress() + " 离线了。。。");
// 将关闭连接的 channel 关闭
socketChannel.close();
// 将该键移除出 set
selectionKey.cancel();
}
}
在这里，我们根据 selectionKey 来反向获取到 channel，通过 channel 将数据读入到 buffer 中，从而读进内存。
接着，将该消息转发给其他客户端。
private void sendInfoToOtherClients(SocketChannel socketChannel, String message) throws IOException {
for (SelectionKey key : selector.keys()) {
SelectableChannel sourceChannel = key.channel();
if (sourceChannel instanceof SocketChannel && sourceChannel != socketChannel) {
SocketChannel targetChannel = (SocketChannel) sourceChannel;
// 根据转发过来的字节长度，直接生成目标大小的 Buffer，然后将数据写入到客户端的 channel 中
ByteBuffer targetByteBuffer = ByteBuffer.wrap(message.getBytes());
targetChannel.write(targetByteBuffer);
}
}
}
最后，在 main 函数中启动即可。
public static void main(String[] args) {
NioNetworkServer nioNetworkServer = new NioNetworkServer();
nioNetworkServer.listen();
}
Client
设置通用属性
public class NioNetworkChatClient {
private Logger logger = LoggerFactory.getLogger(NioNetworkChatClient.class);
private Selector selector;
private SocketChannel socketChannel;
private String username;
public NioNetworkChatClient() {
try {
selector = Selector.open();
InetSocketAddress inetSocketAddress = new InetSocketAddress("localhost", 6666);
socketChannel = SocketChannel.open(inetSocketAddress);
socketChannel.configureBlocking(false);
socketChannel.register(selector, SelectionKey.OP_READ);
username = socketChannel.getLocalAddress().toString().substring(1);
} catch (Exception e) {
logger.error("构建客户端错误，错误原因：{0}", e);
}
}
}
客户端的构建方法和 Server 基本一致，不同的是，Server 构建的是 ServerSocketChannel，Client 构建的是 SocketChannel，此外 Client 一开始注册的是
SelectionKey.OP_READ事件。其他基本相似。
读取数据
/**
* 1. 获取selector上发生的事件
* 2. 如果是读事件，则将数据通过 Channel 和 Buffer 进行操作
* 3. 处理完成后，将该key从待处理keys中删除
*/
public void readInfo() {
try {
int readChannel = selector.select();
if (readChannel > 0) {
Set<SelectionKey> selectionKeys = selector.selectedKeys();
Iterator<SelectionKey> iterator = selectionKeys.iterator();
while (iterator.hasNext()) {
SelectionKey selectionKey = iterator.next();
if (selectionKey.isReadable()) {
SocketChannel handingSocketChannel = (SocketChannel) selectionKey.channel();
ByteBuffer byteBuffer = ByteBuffer.allocate(1024);
int read = handingSocketChannel.read(byteBuffer);
if (read > 0) {
String message = new String(byteBuffer.array());
logger.info("{},{},{}", LocalDateTime.now().format(DateTimeFormatter.ofPattern("yyyy-MM-dd HH:mm:ss")), "\n\t\t", message);
} else {
logger.info("client closed");
// 将关闭连接的 channel 关闭
handingSocketChannel.close();
// 将该键移除出 set
selectionKey.cancel();
}
}
}
iterator.remove();
} else {
logger.info("当前没有 channel 可供使用！");
}
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
发送数据
public void sendInfo(String info) {
info = username + " : " + info;
try {
logger.info("{},{},{}", LocalDateTime.now().format(DateTimeFormatter.ofPattern("yyyy-MM-dd HH:mm:ss")), "\n\t\t", info);
socketChannel.write(ByteBuffer.wrap(info.getBytes()));
} catch (IOException e) {
logger.error("发送数据错误，错误原因：{0}", e);
}
}
发送数据就很简单了，将数据简单封装一下，直接写入到 socketChannel 即可。
启动
/**
* 1. 启动一个线程来定时读取 Server 可能发送的数据，如果没有，就休眠，等待下次读取
* 2. 启动一个获取控制台输出来进行数据的发送
*
* @param args
*/
public static void main(String[] args) {
NioNetworkChatClient nioNetworkChatClient = new NioNetworkChatClient();
// 线程资源必须通过线程池提供，不允许在应用中自行显式创建线程,但跟前面一样，这里因为不是重点，就先这样用着
new Thread() {
@Override
public void run() {
while (true) {
nioNetworkChatClient.readInfo();
try {
sleep(3000);
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
}.start();
Scanner scanner = new Scanner(System.in);
while (scanner.hasNextLine()) {
String message = scanner.nextLine();
nioNetworkChatClient.sendInfo(message);
}
}
演示结果
后面的结果就不在多演示了，跟这里的相似，这样，我们就完成了一个聊天室的程序，所有人可以在里面进行交流。
总结
本文我们通过一个聊天室的程序，来演示了 Selector，Channel，Buffer 结合使用的效果，通过这 3者，我们实现了一个 NIO 的网络编程程序。
但在编写这个程序的时候，相信朋友们也发现了，其异常的繁琐，中间涉及到 Buffer 的构建，Selector 的 API 使用等等。因此，在日后的使用过程中，我们就要用到 Netty 来实现现在的工作，从而减少开发的工作量了。
ps：讲了那么多，终于要到 Netty 了，不过良好的基础是学习的关键，如果不懂 Java 的 IO 模型以及 NIO 的实现方式和局限性，也不会很好的理解学习 Netty。
本文中代码已上传到 GitHub 上，地址为 https://github.com/wb1069003157/nettyPre-research ，欢迎大家来一起讨论，一起进步。
文章在公众号「iceWang」第一手更新，有兴趣的朋友可以关注公众号，第一时间看到笔者分享的各项知识点，谢谢！笔芯！
