今日内容
- 网络编程三要素
- IP
- 端口号
- 协议
- TCP通信------->掌握
- 模拟两台电脑相互之间互发信息(聊天)
- 模拟文件上传
- 模拟B/S结构软件的服务器
- NIO------>难点\理解
- Buffer缓冲数组
- Channel通道
- Selector选择器
- NIO2(AIO)------>难点\理解
- 异步非阻塞
第一章 网络编程入门
1.1 软件结构
- C/S结构 :全称为Client/Server结构,是指客户端和服务器结构。常见程序有QQ、迅雷等软件。
- 特点: 客户端和服务器是分开的,需要下载客户端,对网络要求相对低,减少服务器压力,相对稳定, 开发和维护成本高
B/S结构 :全称为Browser/Server结构,是指浏览器和服务器结构。常见浏览器有谷歌、火狐等。
特点:没有客户端,只有服务器,不需要下载客户端,直接通过浏览器访问, 对网络要求相对高 ,服务器压力很大,相对不稳定,开发和维护成本低
两种架构各有优势,但是无论哪种架构,都离不开网络的支持。网络编程,就是在一定的协议下,编写代码实现两台计算机在网络中进行通信的程序。
1.2 网络编程三要素
协议
网络通信协议:通信协议是计算机必须遵守的规则,只有遵守这些规则,计算机之间才能进行通信。这就好比在道路中行驶的汽车一定要遵守交通规则一样,协议中对数据的传输格式、传输速率、传输步骤等做了统一规定,通信双方必须同时遵守,最终完成数据交换。
java.net
包中提供了两种常见的网络协议的支持:
- TCP:传输控制协议 (Transmission Control Protocol)。TCP协议是面向连接的通信协议,即传输数据之前,在发送端和接收端建立逻辑连接,然后再传输数据,它提供了两台计算机之间可靠无差错的数据传输。
- TCP协议特点: 面向连接,传输数据安全,传输速度慢
- 例如: 村长发现张三家的牛丢了
- TCP协议: 村长一定要找到张三,面对面的告诉他他家的牛丢了 打电话: 电话一定要接通,并且是张三接的
- 连接三次握手:TCP协议中,在发送数据的准备阶段,客户端与服务器之间的三次交互,以保证连接的可靠。
- 第一次握手,客户端向服务器端发出连接请求,等待服务器确认。 你愁啥?
- 第二次握手,服务器端向客户端回送一个响应,通知客户端收到了连接请求。我愁你咋地?
- 第三次握手,客户端再次向服务器端发送确认信息,确认连接。整个交互过程如下图所示。你再愁试试
- 连接三次握手:TCP协议中,在发送数据的准备阶段,客户端与服务器之间的三次交互,以保证连接的可靠。
完成三次握手,连接建立后,客户端和服务器就可以开始进行数据传输了。由于这种面向连接的特性,TCP协议可以保证传输数据的安全,所以应用十分广泛,例如下载文件、浏览网页等。
- UDP:用户数据报协议(User Datagram Protocol)。UDP协议是一个面向无连接的协议。传输数据时,不需要建立连接,不管对方端服务是否启动,直接将数据、数据源和目的地都封装在数据包中,直接发送。每个数据包的大小限制在64k以内。它是不可靠协议,因为无连接,所以传输速度快,但是容易丢失数据。日常应用中,例如视频会议、QQ聊天等。
- UDP特点: 面向无连接,传输数据不安全,传输速度快
- 例如: 村长发现张三家的牛丢了
- UDP协议: 村长在村里的广播站广播一下张三家的牛丢了,信息丢失,信息发布速度快
IP地址
- IP地址:指互联网协议地址(Internet Protocol Address),俗称IP。IP地址用来给一个网络中的计算机设备做唯一的编号。相当于每个人的身份证号码。
**IP地址分类 **
-
IPv4:是一个32位的二进制数,通常被分为4个字节,表示成
a.b.c.d
的形式,例如192.168.65.100
。其中a、b、c、d都是0~255之间的十进制整数,那么最多可以表示42亿个。 -
IPv6:由于互联网的蓬勃发展,IP地址的需求量愈来愈大,但是网络地址资源有限,使得IP的分配越发紧张。有资料显示,全球IPv4地址在2011年2月分配完毕。
为了扩大地址空间,拟通过IPv6重新定义地址空间,采用128位地址长度,每16个字节一组,分成8组十六进制数,表示成
ABCD:EF01:2345:6789:ABCD:EF01:2345:6789
,号称可以为全世界的每一粒沙子编上一个网址,这样就解决了网络地址资源数量不够的问题。
常用命令
- 查看本机IP地址,在控制台输入:
ipconfig
- 检查网络是否连通,在控制台输入:
ping 空格 IP地址
ping 220.181.57.216
ping www.baidu.com
特殊的IP地址
- 本机IP地址:
127.0.0.1
、localhost
。
端口号
网络的通信,本质上是两个进程(应用程序)的通信。每台计算机都有很多的进程,那么在网络通信时,如何区分这些进程呢?
如果说IP地址可以唯一标识网络中的设备,那么端口号就可以唯一标识设备中的进程(应用程序)了。
- 端口号:用两个字节表示的整数,它的取值范围是065535**。其中,01023之间的端口号用于一些知名的网络服务和应用,普通的应用程序需要使用1024以上的端口号。如果端口号被另外一个服务或应用所占用,会导致当前程序启动失败。**
利用协议
+IP地址
+端口号
三元组合,就可以标识网络中的进程了,那么进程间的通信就可以利用这个标识与其它进程进行交互。
域名
- 域名----->绑定了ip地址
- 域名是唯一的
1.3 InetAddress类
InetAddress类的概述
- 一个该类的对象就代表一个IP地址对象。
InetAddress类的方法
-
static InetAddress getLocalHost() 获得本地主机IP地址对象
-
static InetAddress getByName(String host) 根据IP地址字符串或主机名获得对应的IP地址对象
-
String getHostName();获得主机名
-
String getHostAddress();获得IP地址字符串
/** * Created by PengZhiLin on 2021/8/13 9:57 */ public class Test { public static void main(String[] args) throws Exception { //* static InetAddress getLocalHost() 获得本地主机IP地址对象 //* static InetAddress getByName(String host) 根据IP地址字符串或主机名获得对应的IP地址对象 // 获得本机的ip地址对象 InetAddress ip1 = InetAddress.getLocalHost(); System.out.println("ip1:" + ip1);// DESKTOP-F810C9C/192.168.30.98 InetAddress ip2 = InetAddress.getByName("DESKTOP-F810C9C"); System.out.println("ip2:" + ip2);// DESKTOP-F810C9C/192.168.30.98 //* String getHostName();获得主机名 //* String getHostAddress();获得IP地址字符串 System.out.println("主机名:"+ip1.getHostName()); System.out.println("ip地址:"+ip1.getHostAddress()); System.out.println(InetAddress.getLocalHost().getHostAddress()); System.out.println("192.168.30.98"); System.out.println("127.0.0.1"); } }
第二章 TCP通信程序
2.1 TCP
TCP通信的流程
- TCP协议是面向连接的通信协议,即在传输数据前先在发送端和接收器端建立逻辑连接,然后再传输数据。它提供了两台计算机之间可靠无差错的数据传输。TCP通信过程如下图所示:
TCP协议相关的类
- Socket : 一个该类的对象就代表一个客户端程序。
Socket(String host, int port)
根据ip地址字符串和端口号创建客户端Socket对象
* 注意事项:只要执行该方法,就会立即连接指定的服务器程序,如果连接不成功,则会抛出异常。
如果连接成功,则表示三次握手通过。OutputStream getOutputStream();
获得字节输出流对象InputStream getInputStream();
获得字节输入流对象void close();
关闭Socket, 会自动关闭相关的流- 补充:关闭通过socket获得的流,会关闭socket,关闭socket,同时也会关闭通过socket获得的流
- ServerSocket : 一个该类的对象就代表一个服务器端程序。
ServerSocket(int port);
根据指定的端口号开启服务器。Socket accept();
等待客户端连接并获得与客户端关联的Socket对象 如果没有客户端连接,该方法会一直阻塞void close();
关闭ServerSocket
2.2 TCP通信案例1
需求
- 客户端向服务器发送字符串数据
分析
客户端:
1.创建Socket对象,指定要连接的服务器的ip地址和端口号
2.通过Socket对象获得字节输出流对象
3.使用字节输出流写字符串数据到连接通道中
4.释放资源
服务器:
1.创建ServerSocket对象,指定服务器的端口号
2.调用accpet()方法,接收客户端请求,建立连接,返回Socket对象
3.通过返回的Socket对象获得字节输入流
4.读数据
5.释放资源
实现
-
客户端代码实现
/** * Created by PengZhiLin on 2021/8/13 10:16 */ public class Client { public static void main(String[] args) throws Exception{ //1.创建Socket对象,指定要连接的服务器的ip地址和端口号 Socket socket = new Socket("127.0.0.1",6666); //2.通过Socket对象获得字节输出流对象 OutputStream os = socket.getOutputStream(); //3.使用字节输出流写字符串数据到连接通道中 os.write("服务器你好,今晚约吗?".getBytes()); //4.释放资源 socket.close(); } }
-
服务端代码实现
/** * Created by PengZhiLin on 2021/8/13 10:16 */ public class Server { public static void main(String[] args) throws Exception{ //1.创建ServerSocket对象,指定服务器的端口号 ServerSocket ss = new ServerSocket(6666); //2.调用accpet()方法,接收客户端请求,建立连接,返回Socket对象 Socket socket = ss.accept(); //3.通过返回的Socket对象获得字节输入流 InputStream is = socket.getInputStream(); //4.读数据 byte[] bys = new byte[1024]; int len = is.read(bys); System.out.println("服务器接收到的信息:"+new String(bys,0,len)); //5.释放资源 socket.close(); ss.close(); } }
2.3 TCP通信案例2
需求
- 客户端向服务器发送字符串数据,服务器回写字符串数据给客户端(模拟聊天)
分析
客户端:
1.创建Socket对象,指定要连接的服务器的ip地址和端口号
2.通过Socket对象获得字节输出流对象
3.使用字节输出流写字符串数据到连接通道中
4.通过Socket对象获得字节输入流对象
5.读服务器回写的数据
6.释放资源
服务器:
1.创建ServerSocket对象,指定服务器的端口号
2.调用accpet()方法,接收客户端请求,建立连接,返回Socket对象
3.通过返回的Socket对象获得字节输入流
4.读数据
5.通过返回的Socket对象获得字节输出流
6.使用字节输出流写字符串数据到连接通道中
7.释放资源
实现
- TCP客户端代码
/**
* Created by PengZhiLin on 2021/8/13 10:16
*/
public class Client {
public static void main(String[] args) throws Exception{
//1.创建Socket对象,指定要连接的服务器的ip地址和端口号
Socket socket = new Socket("127.0.0.1",6666);
//2.通过Socket对象获得字节输出流对象
OutputStream os = socket.getOutputStream();
//3.使用字节输出流写字符串数据到连接通道中
os.write("服务器你好,今晚约吗?".getBytes());
//4.通过Socket对象获得字节输入流对象
InputStream is = socket.getInputStream();
//5.读服务器回写的数据
byte[] bys = new byte[1024];
int len = is.read(bys);
System.out.println("客户端接收到的信息:"+new String(bys,0,len));
//6.释放资源
socket.close();
}
}
- 服务端代码实现
/**
* Created by PengZhiLin on 2021/8/13 10:16
*/
public class Server {
public static void main(String[] args) throws Exception{
//1.创建ServerSocket对象,指定服务器的端口号
ServerSocket ss = new ServerSocket(6666);
//2.调用accpet()方法,接收客户端请求,建立连接,返回Socket对象
Socket socket = ss.accept();
//3.通过返回的Socket对象获得字节输入流
InputStream is = socket.getInputStream();
//4.读数据
byte[] bys = new byte[1024];
int len = is.read(bys);
System.out.println("服务器接收到的信息:"+new String(bys,0,len));
//5.通过返回的Socket对象获得字节输出流
OutputStream os = socket.getOutputStream();
//6.使用字节输出流写字符串数据到连接通道中
os.write("客户端你好,今晚小树林见!".getBytes());
//7.释放资源
socket.close();
ss.close();
}
}
2.4 扩展模拟循环聊天
-
服务器
/** * Created by PengZhiLin on 2021/8/13 10:16 */ public class Server { public static void main(String[] args) throws Exception{ //1.创建ServerSocket对象,指定服务器的端口号 ServerSocket ss = new ServerSocket(6666); //2.调用accpet()方法,接收客户端请求,建立连接,返回Socket对象 Socket socket = ss.accept(); // 循环 while (true) { //3.通过返回的Socket对象获得字节输入流 InputStream is = socket.getInputStream(); //4.读数据 byte[] bys = new byte[1024]; int len = is.read(bys); System.out.println("服务器接收到的信息:" + new String(bys, 0, len)); //5.通过返回的Socket对象获得字节输出流 OutputStream os = socket.getOutputStream(); //6.使用字节输出流写字符串数据到连接通道中 Scanner sc = new Scanner(System.in); System.out.println("请输入您要对客户端说的话:"); String msg = sc.next(); os.write(msg.getBytes()); //7.释放资源 //socket.close(); //ss.close(); } } }
-
客户端
/** * Created by PengZhiLin on 2021/8/13 10:16 */ public class Client { public static void main(String[] args) throws Exception{ //1.创建Socket对象,指定要连接的服务器的ip地址和端口号 Socket socket = new Socket("127.0.0.1",6666); // 循环 while (true) { //2.通过Socket对象获得字节输出流对象 OutputStream os = socket.getOutputStream(); //3.使用字节输出流写字符串数据到连接通道中 Scanner sc = new Scanner(System.in); System.out.println("请输入您要对服务器说的话:"); String msg = sc.next(); os.write(msg.getBytes()); //4.通过Socket对象获得字节输入流对象 InputStream is = socket.getInputStream(); //5.读服务器回写的数据 byte[] bys = new byte[1024]; int len = is.read(bys); System.out.println("客户端接收到的信息:"+new String(bys,0,len)); //6.释放资源 //socket.close(); } } }
第三章 综合案例
3.1 文件上传案例
需求
- 使用TCP协议, 通过客户端向服务器上传一个文件
分析
客户端:
1.创建Socket对象,指定要连接的服务器的ip地址和端口号
2.创建字节输入流对象,关联要上传的文件路径
3.通过Socket对象获得字节输出流对象
4.定义一个byte数组,用来存储读取到的字节数据
5.定义一个int变量,用来存储读取到的字节个数
6.循环读
7.写数据
8.释放资源
服务器:
1.创建ServerSocket对象,指定服务器的端口号
2.调用accept方法,接收请求建立连接,返回Socket对象
3.通过返回的Socket对象获得字节输入流对象
4.创建字节输出流对象,关联目的地文件路径
5.定义一个byte数组,用来存储读取到的字节数据
5.定义一个int变量,用来存储读取到的字节个数
6.循环读
7.写数据
8.释放资源
实现
文件上传
-
服务器
/** * Created by PengZhiLin on 2021/8/13 10:51 */ public class Server { public static void main(String[] args) throws Exception { //服务器: //1.创建ServerSocket对象,指定服务器的端口号 ServerSocket ss = new ServerSocket(7777); //2.调用accept方法,接收请求建立连接,返回Socket对象 Socket socket = ss.accept(); //3.通过返回的Socket对象获得字节输入流对象 InputStream is = socket.getInputStream(); //4.创建字节输出流对象,关联目的地文件路径 FileOutputStream fos = new FileOutputStream("day12\\bbb\\mm2.jpg"); //5.定义一个byte数组,用来存储读取到的字节数据 byte[] bys = new byte[8192]; //5.定义一个int变量,用来存储读取到的字节个数 int len; //6.循环读 while ((len = is.read(bys)) != -1) { //7.写数据 fos.write(bys,0,len); } //8.释放资源 fos.close(); socket.close(); ss.close(); } }
-
客户端
/** * Created by PengZhiLin on 2021/8/13 10:51 */ public class Client { public static void main(String[] args) throws Exception{ //客户端: //1.创建Socket对象,指定要连接的服务器的ip地址和端口号 Socket socket = new Socket("127.0.0.1",7777); //2.创建字节输入流对象,关联要上传的文件路径 FileInputStream fis = new FileInputStream("day12\\aaa\\mm.jpg"); //3.通过Socket对象获得字节输出流对象 OutputStream os = socket.getOutputStream(); //4.定义一个byte数组,用来存储读取到的字节数据 byte[] bys = new byte[8192]; //5.定义一个int变量,用来存储读取到的字节个数 int len; //6.循环读 while ((len = fis.read(bys)) != -1) { //7.写数据 os.write(bys,0,len); } //8.释放资源 fis.close(); socket.close(); } }
文件上传成功后服务器回写字符串数据
-
服务器
/** * Created by PengZhiLin on 2021/8/13 10:51 */ public class Server { public static void main(String[] args) throws Exception { //服务器: //1.创建ServerSocket对象,指定服务器的端口号 ServerSocket ss = new ServerSocket(7777); //2.调用accept方法,接收请求建立连接,返回Socket对象 Socket socket = ss.accept(); //3.通过返回的Socket对象获得字节输入流对象 InputStream is = socket.getInputStream(); //4.创建字节输出流对象,关联目的地文件路径 FileOutputStream fos = new FileOutputStream("day12\\bbb\\mm4.jpg"); //5.定义一个byte数组,用来存储读取到的字节数据 byte[] bys = new byte[8192]; //5.定义一个int变量,用来存储读取到的字节个数 int len; System.out.println("服务器1"); //6.循环读 // 循环读客户端写过来的数据 while ((len = is.read(bys)) != -1) {// 卡 //7.写数据 fos.write(bys,0,len); } System.out.println("服务器2"); //8.通过Socket获得字节输出流对象 OutputStream os = socket.getOutputStream(); //9.回写上传成功信息给客户端 os.write("文件上传成功!".getBytes()); //10.释放资源 fos.close(); socket.close(); ss.close(); } }
-
客户端
/** * Created by PengZhiLin on 2021/8/13 10:51 */ public class Client { public static void main(String[] args) throws Exception{ //客户端: //1.创建Socket对象,指定要连接的服务器的ip地址和端口号 Socket socket = new Socket("127.0.0.1",7777); //2.创建字节输入流对象,关联要上传的文件路径 FileInputStream fis = new FileInputStream("day12\\aaa\\mm.jpg"); //3.通过Socket对象获得字节输出流对象 OutputStream os = socket.getOutputStream(); //4.定义一个byte数组,用来存储读取到的字节数据 byte[] bys = new byte[8192]; //5.定义一个int变量,用来存储读取到的字节个数 int len; //6.循环读 while ((len = fis.read(bys)) != -1) { //7.写数据 os.write(bys,0,len); } // 问题原因:客户端不再写数据过来了,而服务器不知道,所以服务器一直在等待读客户端写过来的数据 // 解决办法: 客户端要告诉服务器,客户端不再写数据过来了 // 禁止客户端写数据的功能 socket.shutdownOutput(); System.out.println("客户端1"); //8.通过Socket获得字节输入流对象 InputStream is = socket.getInputStream(); //9.读服务器回写的信息 int len2 = is.read(bys);// 卡 System.out.println("服务器回写的信息是:"+new String(bys,0,len2)); //10.释放资源 fis.close(); socket.close(); } }
优化文件上传案例
-
需要优化的问题
- 文件名----->目前是固定名称,改成自动生成名称
- 服务器只能接收客户端上传一次文件---->改成服务器循环接收
- 效率问题---->目前是单线程会影响效率,改成多线程
- 张三先连接服务器,需要上传一个2GB的文件
- 李四后连接服务器,需要上传一个2KB的文件
- 单线程: 李四一定要等张三上传完毕才可以上传,所以李四需要等待的时间很长
- 多线程: 张三,和李四就可以抢着执行,李四就有可能先执行完毕,就不需要等待
-
优化实现
/** * Created by PengZhiLin on 2021/8/13 10:51 */ public class Server { public static void main(String[] args) throws Exception { //服务器: //1.创建ServerSocket对象,指定服务器的端口号 ServerSocket ss = new ServerSocket(7777); // 循环 while (true) { //2.调用accept方法,接收请求建立连接,返回Socket对象 Socket socket = ss.accept(); // 开启线程,实现上传任务 new Thread(new Runnable() { @Override public void run() { try{ //3.通过返回的Socket对象获得字节输入流对象 InputStream is = socket.getInputStream(); //4.创建字节输出流对象,关联目的地文件路径 FileOutputStream fos = new FileOutputStream("day12\\bbb\\" + System.currentTimeMillis() + ".jpg"); //5.定义一个byte数组,用来存储读取到的字节数据 byte[] bys = new byte[8192]; //5.定义一个int变量,用来存储读取到的字节个数 int len; System.out.println("服务器1"); //6.循环读 // 循环读客户端写过来的数据 while ((len = is.read(bys)) != -1) {// 卡 //7.写数据 fos.write(bys, 0, len); } System.out.println("服务器2"); //8.通过Socket获得字节输出流对象 OutputStream os = socket.getOutputStream(); //9.回写上传成功信息给客户端 os.write("文件上传成功!".getBytes()); //10.释放资源 fos.close(); socket.close(); //ss.close(); }catch (Exception e){ e.printStackTrace(); } } }).start(); } } }
3.2 模拟B\S服务器 扩展
需求
- 模拟网站服务器,使用浏览器访问自己编写的服务端程序,查看网页效果。
分析
-
准备页面数据,web文件夹。
-
我们模拟服务器端,ServerSocket类监听端口,使用浏览器访问,查看网页效果
-
注意:
// 1.浏览器工作原理是遇到图片会开启一个线程进行单独的访问,因此在服务器端加入线程技术。 // 2. 响应页面的时候需要同时把以下信息响应过去给浏览器 os.write("HTTP/1.1 200 OK\r\n".getBytes()); os.write("Content-Type:text/html\r\n".getBytes()); os.write("\r\n".getBytes());
1.创建ServerSocket对象,指定服务器的端口号为8888 2.调用accept方法接收请求,建立连接,返回Socket对象 3.通过返回的Socket对象获得字节输入流 4.读请求里面的数据 5.从读到的数据中筛选出要访问的页面路径--->day12/web/index.html 6.创建字节输入流,关联浏览器要访问的页面路径 7.通过Socket对象获得字节输出流 8.定义一个byte数组,用来存储读取到的字节数据 8.定义一个int变量,用来存储读取到的字节个数 9.循环读 10.在循环中,写数据 11.释放资源
实现
/**
* Created by PengZhiLin on 2021/8/13 11:37
*/
public class Server {
public static void main(String[] args) throws Exception {
//1.创建ServerSocket对象,指定服务器的端口号为8888
ServerSocket ss = new ServerSocket(8888);
while (true) {
//2.调用accept方法接收请求,建立连接,返回Socket对象
Socket socket = ss.accept();
// 开启线程
new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
try {
//3.通过返回的Socket对象获得字节输入流
InputStream is = socket.getInputStream();
//4.读请求里面的数据
InputStreamReader isr = new InputStreamReader(is);
BufferedReader br = new BufferedReader(isr);
String line = br.readLine();
//5.从读到的数据中筛选出要访问的页面路径--->day12/web/index.html
//String[] arr = line.split(" ");
//String path = arr[1].substring(1);
String path = line.split(" ")[1].substring(1);
System.out.println("path:" + path);
//6.创建字节输入流,关联浏览器要访问的页面路径
FileInputStream fis = new FileInputStream(path);
//7.通过Socket对象获得字节输出流
OutputStream os = socket.getOutputStream();
os.write("HTTP/1.1 200 OK\r\n".getBytes());
os.write("Content-Type:text/html\r\n".getBytes());
os.write("\r\n".getBytes());
//8.定义一个byte数组,用来存储读取到的字节数据
byte[] bys = new byte[8192];
//8.定义一个int变量,用来存储读取到的字节个数
int len;
//9.循环读
while ((len = fis.read(bys)) != -1) {
//10.在循环中,写数据
os.write(bys,0,len);
}
//11.释放资源
fis.close();
socket.close();
//ss.close();
} catch (Exception e) {
}
}
}).start();
}
}
}
访问效果:
第四章 NIO
4.1 NIO概述
在我们学习Java的NIO流之前,我们都要了解几个关键词
- 同步与异步(synchronous/asynchronous):同步是一种可靠的有序运行机制,当我们进行同步操作时,后续的任务是等待当前调用返回,才会进行下一步;而异步则相反,其他任务不需要等待当前调用返回,通常依靠事件、回调等机制来实现任务间次序关系
- 同步: 调用方法之后,必须要得到一个返回值
- 异步: 调用方法之后,没有返回值,但是会有回调函数,回调函数指的是满足条件之后会自动执行的方法
- 阻塞与非阻塞:在进行阻塞操作时,当前线程会处于阻塞状态,无法从事其他任务,只有当条件就绪才能继续,比如ServerSocket新连接建立完毕,或者数据读取、写入操作完成;而非阻塞则是不管IO操作是否结束,直接返回,相应操作在后台继续处理
- 阻塞:如果没有达到方法的目的,就会一直停在那里(等待) , 例如: ServerSocket的accept()方法
- 非阻塞: 不管方法有没有达到目的,都直接往下执行(不等待)
在Java1.4之前的I/O系统中,提供的都是面向流的I/O系统,系统一次一个字节地处理数据,一个输入流产生一个字节的数据,一个输出流消费一个字节的数据,面向流的I/O速度非常慢,而在Java 1.4中推出了NIO,这是一个面向块的I/O系统,系统以块的方式处理数据,每一个操作在一步中产生或者消费一个数据,按块处理要比按字节处理数据快的多。
在 Java 7 中,NIO 有了进一步的改进,也就是 NIO 2,引入了异步非阻塞 IO 方式,也有很多人叫它 AIO(Asynchronous IO)。异步 IO 操作基于事件和回调机制,可以简单理解为,应用操作直接返回,而不会阻塞在那里,当后台处理完成,操作系统会通知相应线程进行后续工作。
NIO之所以是同步,是因为它的accept/read/write方法的内核I/O操作都会阻塞当前线程
首先,我们要先了解一下NIO的三个主要组成部分:Buffer(缓冲区)、Channel(通道)、Selector(选择器)
IO: 同步阻塞
NIO:同步非阻塞
AIO: 异步非阻塞
第五章 Buffer类(缓冲区)
5.1 Buffer的概述和分类
概述:Buffer是一个对象,它是对某种基本类型的数组进行了封装。
作用: 在NIO中,就是通过 Buffer 来读写数据的。所有的数据都是用Buffer来处理的,它是NIO读写数据的中转池, 通常使用字节数组。
Buffer主要有如下几种:
- ByteBuffer--->byte[]
- CharBuffer
- DoubleBuffer
- FloatBuffer
- IntBuffer
- LongBuffer
- ShortBuffer
5.2 创建ByteBuffer
-
ByteBuffer类内部封装了一个byte[]数组,并可以通过一些方法对这个数组进行操作。
-
创建ByteBuffer对象
-
方式一:在堆中创建缓冲区:
public static ByteBuffer allocate(int capacity)
-
方式二: 在系统内存创建缓冲区:
public static ByteBuffer allocatDirect(int capacity)
-
在堆中创建缓冲区称为:间接缓冲区
-
在系统内存创建缓冲区称为:直接缓冲区
- 间接缓冲区的创建和销毁效率要高于直接缓冲区
- 间接缓冲区的工作效率要低于直接缓冲区
-
-
方式三:通过数组创建缓冲区:
public static ByteBuffer wrap(byte[] arr)
- 此种方式创建的缓冲区为:间接缓冲区
-
-
案例:
/** * Created by PengZhiLin on 2021/8/13 12:09 */ public class Test { public static void main(String[] args) { // 方式一: public static ByteBuffer allocate(int capacity) 堆区 推荐 ByteBuffer b1 = ByteBuffer.allocate(10); // 方式二: public static ByteBuffer allocateDirect(int capacity) 直接内存 ByteBuffer b2 = ByteBuffer.allocateDirect(10); // 方式三: public static ByteBuffer wrap(byte[] array) 堆区 推荐 byte[] bys = {10,20,30}; ByteBuffer b3 = ByteBuffer.wrap(bys); // 获取b1封装的byte数组: public final byte[] array() byte[] arr = b1.array(); System.out.println(Arrays.toString(arr));// [0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0] System.out.println(Arrays.toString(b3.array()));// [10, 20, 30] } }
5.3 添加数据-put
-
public ByteBuffer put(byte b):向当前可用位置添加数据。
-
public ByteBuffer put(byte[] byteArray):向当前可用位置添加一个byte[]数组
-
public ByteBuffer put(byte[] byteArray,int offset,int len):添加一个byte[]数组的一部分
-
public byte[] array(); 获取封装的字节数组
/** * Created by PengZhiLin on 2021/8/13 12:14 */ public class Test1_put { public static void main(String[] args) { // - public ByteBuffer put(byte b):向当前可用位置添加数据。 //- public ByteBuffer put(byte[] byteArray):向当前可用位置添加一个byte[]数组 //- public ByteBuffer put(byte[] byteArray,int offset,int len):添加一个byte[]数组的一部分 //- public byte[] array(); 获取封装的字节数组 // 创建ByteBuffer对象 ByteBuffer b = ByteBuffer.allocate(10); // 添加单个byte数据 b.put((byte)10); b.put((byte)20); b.put((byte)30); System.out.println("封装的数组:"+ Arrays.toString(b.array())); // 添加整个数组中的所有数据 byte[] bys = {10,20,30}; b.put(bys); System.out.println("封装的数组:"+ Arrays.toString(b.array())); // 添加指定范围的数组数据 b.put(bys,0,2); System.out.println("封装的数组:"+ Arrays.toString(b.array())); } }
5.4 容量-capacity
-
Buffer的容量(capacity)是指:Buffer所能够包含的元素的最大数量。定义了Buffer后,容量是不可变的。
-
public final int capacity();获取缓冲数组的容量
-
示例代码:
/** * Created by PengZhiLin on 2021/8/13 12:19 */ public class Test2_capacity { public static void main(String[] args) { // 创建ByteBuffer对象 ByteBuffer b = ByteBuffer.allocate(10); System.out.println("ByteBuffer对象的容量:" + b.capacity());// 10 // 添加单个byte数据 b.put((byte) 10); b.put((byte) 20); b.put((byte) 30); System.out.println("封装的数组:" + Arrays.toString(b.array())); System.out.println("ByteBuffer对象的容量:" + b.capacity());// 10 } }
5.5 限制-limit
-
限制limit是指:第一个不能读或写入元素的index索引。缓冲区的限制(limit)不能为负,并且不能大于容量。
-
有两个相关方法:
- public int limit():获取此缓冲区的限制。
- public Buffer limit(int newLimit):设置此缓冲区的限制。
-
示例代码:
/** * Created by PengZhiLin on 2021/8/13 12:22 */ public class Test2_limit { public static void main(String[] args) { // 创建ByteBuffer对象 ByteBuffer b = ByteBuffer.allocate(10); System.out.println("limit:" + b.limit());// 10 // 添加单个byte数据 b.put((byte) 10); b.put((byte) 20); b.put((byte) 30); System.out.println("limit:" + b.limit());// 10 // 修改limit b.limit(3); System.out.println("limit:" + b.limit());// 3 //b.put((byte) 30);// 报错,因为3索引这个位置是不能使用了BufferOverflowException异常 } }
图示:
5.6 位置-position
-
位置position是指:当前可写入的索引。位置不能小于0,并且不能大于"限制"。
-
结论: 操作缓冲数组,其实就是操作position到limit之间位置上的元素
-
有两个相关方法:
- public int position():获取当前可写入位置索引。
- public Buffer position(int p):更改当前可写入位置索引。
-
示例代码:
/** * Created by PengZhiLin on 2021/8/13 12:25 */ public class Test4_position { public static void main(String[] args) { // 创建ByteBuffer对象 ByteBuffer b = ByteBuffer.allocate(10); System.out.println("position:" + b.position());// 0 // 添加单个byte数据 b.put((byte) 10); b.put((byte) 20); b.put((byte) 30); System.out.println("position:" + b.position());// 3 // 修改position的位置 b.position(5); System.out.println("position:" + b.position());// 5 b.put((byte) 30);// --- 添加在索引为5的位置 // 封装的数组:[10, 20, 30, 0, 0, 30, 0, 0, 0, 0] System.out.println("封装的数组:"+ Arrays.toString(b.array())); } }
5.7 标记-mark
-
标记mark是指:当调用缓冲区的reset()方法时,会将缓冲区的position位置重置为该标记的索引。
-
相关方法:
- public Buffer mark():设置此缓冲区的标记为当前的position位置。
- public Buffer reset() : 将此缓冲区的位置重置为以前标记的位置。
-
示例代码:
/** * Created by PengZhiLin on 2021/8/13 14:33 */ public class Test5_mark { public static void main(String[] args) { // 创建ByteBuffer对象 ByteBuffer b = ByteBuffer.allocate(10); // 添加单个byte数据 b.put((byte) 10); b.put((byte) 20); b.put((byte) 30); System.out.println("position:"+b.position());// 3 // 标记一下 b.mark(); b.put((byte) 10); b.put((byte) 20); b.put((byte) 30); System.out.println("position:"+b.position());// 6 // 重置一下 b.reset(); System.out.println("position:"+b.position());// 3 // 往索引为3的位置添加元素 b.put((byte) 100); // [10,20,30,100,20,30,0,0,0,0] System.out.println("封装的数组:"+ Arrays.toString(b.array())); } }
5.8 clear和flip
- public Buffer clear():还原缓冲区的状态。
- 将position设置为:0
- 将限制limit设置为容量capacity;
- 丢弃标记mark。
- public Buffer flip():缩小limit的范围。
- 将当前position位置设置为0;
- 将limit设置为当前position位置;
- 丢弃标记。
-
clear方法演示
-
flip方法演示
/** * Created by PengZhiLin on 2021/8/13 14:38 */ public class Test6_clear和flip { public static void main(String[] args) { // 创建ByteBuffer对象 ByteBuffer b = ByteBuffer.allocate(10); // position:0,limit:10,capacity:10 System.out.println("position:" + b.position() + ",limit:" + b.limit() + ",capacity:" + b.capacity()); // 添加单个byte数据 b.put((byte) 10); b.put((byte) 20); b.put((byte) 30); // position:3,limit:10,capacity:10 System.out.println("position:" + b.position() + ",limit:" + b.limit() + ",capacity:" + b.capacity()); // 调用flip一下 b.flip(); // position:0,limit:3,capacity:10 System.out.println("position:" + b.position() + ",limit:" + b.limit() + ",capacity:" + b.capacity()); // clear一下 b.clear(); // position:0,limit:10,capacity:10 System.out.println("position:" + b.position() + ",limit:" + b.limit() + ",capacity:" + b.capacity()); } }
第六章 Channel(通道)
6.1 Channel概述
Channel 的概述
Channel(通道):Channel是一个对象,可以通过它读取和写入数据, 可以把它看做是IO中的流,不同的是:Channel是双向的, Channel对象既可以调用读取的方法, 也可以调用写出的方法 。
输入流: 读
输出流: 写
Channel: 读,写
public int read(ByteBuffer b)
读数据,把读到的数据放在b数组中,返回读取到的字节个数,如果读到文件的末尾就返回-1public int write(ByteBuffer b)
写数据,把数据写到目的地文件中,写的是position到limit之间的数据
Channel 的分类
在Java NIO中的Channel主要有如下几种类型:
- FileChannel:从文件读写数据的 输入流和输出流
- DatagramChannel:读写UDP网络协议数据 Datagram
- SocketChannel:读写TCP网络协议数据 Socket
- ServerSocketChannel:可以监听TCP连接 ServerSocket
6.2 FileChannel类的基本使用
获取FileChannel类的对象
-
java.nio.channels.FileChannel (抽象类):用于读、写文件的通道。
-
FileChannel是抽象类,我们可以通过FileInputStream和FileOutputStream的getChannel()方法方便的获取一个它的子类对象。
FileInputStream fis=new FileInputStream("数据源文件路径"); FileOutputStream fos=new FileOutputStream("目的地文件路径"); //获得传输通道channel FileChannel inChannel=fis.getChannel(); FileChannel outChannel=fos.getChannel();
使用FileChannel类完成文件的复制
-
我们将通过CopyFile这个示例让大家体会NIO的操作过程。CopyFile执行三个基本的操作:创建一个Buffer,然后从源文件读取数据到缓冲区,然后再将缓冲区写入目标文件。
-
public int read(ByteBuffer b)
读数据,把读到的数据放在b数组中,返回读取到的字节个数,如果读到文件的末尾就返回-1 -
public int write(ByteBuffer b)
写数据,把数据写到目的地文件中/** * Created by PengZhiLin on 2021/8/13 14:55 */ public class Test { public static void main(String[] args) throws Exception{ // 1.获得FileChannel对象 FileInputStream fis = new FileInputStream("day12\\aaa\\mm.jpg"); FileOutputStream fos = new FileOutputStream("day12\\ccc\\mm1.jpg"); FileChannel c1 = fis.getChannel(); FileChannel c2 = fos.getChannel(); // 2.创建ByteBuffer数组对象 ByteBuffer bys = ByteBuffer.allocate(8192); // 3.循环读数据 while (c1.read(bys) != -1) { // flip一下---把position改为0,limit改为position--->目的是为了写的时候写的是刚刚读到的字节数据 bys.flip(); // 4.在循环中,写数据 c2.write(bys); // clear一下--->把position改为0,limit改为capacity--->目的是为了还原数组为最初的状态供下一次循环使用 bys.clear(); } // 5.释放资源 c2.close(); c1.close(); fos.close(); fis.close(); } }
6.3 FileChannel结合MappedByteBuffer实现高效读写
MappedByteBuffer类的概述
-
上例直接使用FileChannel结合ByteBuffer实现的管道读写,但并不能提高文件的读写效率。
-
ByteBuffer有个抽象子类:MappedByteBuffer,它可以将文件直接映射至内存,把硬盘中的读写变成内存中的读写, 所以可以提高大文件的读写效率。
-
可以调用FileChannel的map()方法获取一个MappedByteBuffer,map()方法的原型:
MappedByteBuffer map(MapMode mode, long position, long size);
说明:将节点中从position开始的size个字节映射到返回的MappedByteBuffer中。
-
代码说明:
-
map()方法的第一个参数mode:映射的三种模式,在这三种模式下得到的将是三种不同的MappedByteBuffer:三种模式都是Channel的内部类MapMode中定义的静态常量,这里以FileChannel举例:
1). FileChannel.MapMode.READ_ONLY:得到的镜像只能读不能写(只能使用get之类的读取Buffer中的内容);2). FileChannel.MapMode.READ_WRITE:得到的镜像可读可写(既然可写了必然可读),对其写会直接更改到存储节点;
3). FileChannel.MapMode.PRIVATE:得到一个私有的镜像,其实就是一个(position, size)区域的副本罢了,也是可读可写,只不过写不会影响到存储节点,就是一个普通的ByteBuffer了!!
-
为什么使用RandomAccessFile?
1). 使用InputStream获得的Channel可以映射,使用map时只能指定为READ_ONLY模式,不能指定为READ_WRITE和PRIVATE,否则会抛出运行时异常!
2). 使用OutputStream得到的Channel不可以映射!并且OutputStream的Channel也只能write不能read!
3). 只有RandomAccessFile获取的Channel才能开启任意的这三种模式!
-
复制2GB以下的文件
- 复制d:\b.rar文件,此文件大概600多兆,复制完毕用时不到2秒。此例不能复制大于2G的文件,因为map的第三个参数被限制在Integer.MAX_VALUE(字节) = 2G。
/**
* Created by PengZhiLin on 2021/8/13 15:22
*/
public class Test {
public static void main(String[] args) throws Exception {
// 1.创建RandomAccessFile对象,r表示读,rw表示读写
RandomAccessFile r1 = new RandomAccessFile("day12\\aaa\\mm.jpg", "r");
RandomAccessFile r2 = new RandomAccessFile("day12\\aaa\\mm2.jpg", "rw");
// 2.根据RandomAccessFile对象获取FileChanel对象
FileChannel c1 = r1.getChannel();
FileChannel c2 = r2.getChannel();
// 3.获取数据源文件的字节大小
long size = c1.size();
// 4.映射操作
MappedByteBuffer m1 = c1.map(FileChannel.MapMode.READ_ONLY, 0, size);
MappedByteBuffer m2 = c2.map(FileChannel.MapMode.READ_WRITE, 0, size);
// 5.复制字节数据
for (long i = 0; i < size; i++) {
byte b = m1.get();
m2.put(b);
}
// 6.释放资源
c2.close();
c1.close();
r2.close();
r1.close();
}
}
复制2GB以上的文件
- 下例使用循环,将文件分块,可以高效的复制大于2G的文件
/**
* Created by PengZhiLin on 2021/8/13 15:22
*/
public class Test {
public static void main(String[] args) throws Exception {
// 1.创建RandomAccessFile对象,r表示读,rw表示读写
RandomAccessFile r1 = new RandomAccessFile("H:\\a.zip", "r");
RandomAccessFile r2 = new RandomAccessFile("day12\\aaa\\a.zip", "rw");
// 2.根据RandomAccessFile对象获取FileChanel对象
FileChannel c1 = r1.getChannel();
FileChannel c2 = r2.getChannel();
// 3.获取数据源文件的字节大小
long size = c1.size();
// 定义一个变量,表示每次平均映射的字节大小
long everySize = 500 * 1024 * 1024;
// 映射的总次数:
long count = size % everySize == 0 ? size / everySize : size / everySize + 1;
// 循环映射
for (long i = 0; i < count; i++) {
//起始位置:
long start = i * everySize;
//每次真正映射的字节大小:
long trueSize = size - start > everySize ? everySize : size - start;
// 4.映射操作
MappedByteBuffer m1 = c1.map(FileChannel.MapMode.READ_ONLY, start, trueSize);
MappedByteBuffer m2 = c2.map(FileChannel.MapMode.READ_WRITE, start, trueSize);
// 5.复制字节数据
for (long j = 0; j < trueSize; j++) {
byte b = m1.get();
m2.put(b);
}
}
// 6.释放资源
c2.close();
c1.close();
r2.close();
r1.close();
}
}
6.4 ServerSocketChannel和SocketChannel创建连接
SocketChannel创建连接
-
客户端:SocketChannel类用于连接的客户端,它相当于:Socket。
1). 先调用SocketChannel的open()方法打开通道:
SocketChannel socket = SocketChannel.open()
2). 调用SocketChannel的实例方法connect(SocketAddress add)连接服务器:
socket.connect(new InetSocketAddress("127.0.0.1", 8888));
示例:客户端连接服务器:
/** * Created by PengZhiLin on 2021/8/13 16:12 */ public class Client { public static void main(String[] args) throws Exception{ // 1.打开SocketChannel通道 SocketChannel sc = SocketChannel.open(); // 2.连接服务器 sc.connect(new InetSocketAddress("127.0.0.1",8888)); System.out.println("连接上了..."); } }
ServerSocketChanne创建连接
-
服务器端:ServerSocketChannel类用于连接的服务器端,它相当于:ServerSocket。
-
调用ServerSocketChannel的静态方法open()就可以获得ServerSocketChannel对象, 但并没有指定端口号, 必须通过其套接字的bind方法将其绑定到特定地址,才能接受连接。
ServerSocketChannel serverChannel = ServerSocketChannel.open()
-
调用ServerSocketChannel的实例方法bind(SocketAddress add):绑定本机监听端口,准备接受连接。
注:java.net.SocketAddress(抽象类):代表一个Socket地址。
我们可以使用它的子类:java.net.InetSocketAddress(类)
构造方法:InetSocketAddress(int port):指定本机监听端口。
serverChannel.bind(new InetSocketAddress(8888));
-
调用ServerSocketChannel的实例方法accept():等待连接。
SocketChannel accept = serverChannel.accept(); System.out.println("后续代码...");
示例:服务器端等待连接(默认-阻塞模式)
/** * Created by PengZhiLin on 2021/8/13 16:16 */ public class Server { public static void main(String[] args) throws Exception{ // 1.打开服务器通道 ServerSocketChannel ssc = ServerSocketChannel.open(); // 2.绑定端口号 ssc.bind(new InetSocketAddress(8888)); // 3.等待连接 System.out.println("等待连接..."); SocketChannel socketChannel = ssc.accept();// 阻塞 System.out.println("连接成功..."); } }
运行后结果:
【服务器】等待连接...
-
我们可以通过ServerSocketChannel的configureBlocking(boolean b)方法设置accept()是否阻塞
/** * Created by PengZhiLin on 2021/8/13 16:16 */ public class Server { public static void main(String[] args) throws Exception{ // 1.打开服务器通道 ServerSocketChannel ssc = ServerSocketChannel.open(); // 2.绑定端口号 ssc.bind(new InetSocketAddress(8888)); // 设置非阻塞 ssc.configureBlocking(false); // 3.等待连接 System.out.println("等待连接..."); SocketChannel socketChannel = ssc.accept();// 非阻塞 System.out.println("连接成功..."); } }
6.5 NIO网络编程收发信息
书写服务器代码
/**
* Created by PengZhiLin on 2021/8/13 16:20
*/
public class Server {
public static void main(String[] args) throws Exception{
// 1.打开服务器通道
ServerSocketChannel ssc = ServerSocketChannel.open();
// 2.绑定端口号
ssc.bind(new InetSocketAddress(8888));
// 3.建立连接
SocketChannel sc = ssc.accept();
// 4.接收数据
ByteBuffer b = ByteBuffer.allocate(1024);
int len = sc.read(b);
System.out.println("服务器接收到的数据是:"+new String(b.array(),0,len));
// 5.释放资源
sc.close();
ssc.close();
}
}
书写客户端代码
/**
* Created by PengZhiLin on 2021/8/13 16:20
*/
public class Client {
public static void main(String[] args) throws Exception{
// 1.打开客户端通道
SocketChannel sc = SocketChannel.open();
// 2.连接服务器
sc.connect(new InetSocketAddress("127.0.0.1",8888));
// 3.写数据给服务器
byte[] bytes = "服务器你好,今晚约吗?".getBytes();
ByteBuffer b = ByteBuffer.wrap(bytes);
sc.write(b);
// 4.释放资源
sc.close();
}
}
第七章 Selector(选择器)
7.1 多路复用的概念
选择器Selector是NIO中的重要技术之一。它与SelectableChannel联合使用实现了非阻塞的多路复用。使用它可以节省CPU资源,提高程序的运行效率。
"多路"是指:服务器端同时监听多个“端口”的情况。每个端口都要监听多个客户端的连接。
-
服务器端的非多路复用效果
如果不使用“多路复用”,服务器端需要开很多线程处理每个端口的请求。如果在高并发环境下,造成系统性能下降。
-
服务器端的多路复用效果
使用了多路复用,只需要一个线程就可以处理多个通道,降低内存占用率,减少CPU切换时间,在高并发、高频段业务环境下有非常重要的优势
7.2 选择器Selector的获取和注册
Selector选择器的概述和作用
概述: Selector被称为:选择器,也被称为:多路复用器,可以把多个Channel注册到一个Selector选择器上, 那么就可以实现利用一个线程来处理这多个Channel上发生的事件,并且能够根据事件情况决定Channel读写。这样,通过一个线程管理多个Channel,就可以处理大量网络连接了, 减少系统负担, 提高效率。因为线程之间的切换对操作系统来说代价是很高的,并且每个线程也会占用一定的系统资源。所以,对系统来说使用的线程越少越好。
作用: 一个Selector可以监听多个Channel发生的事件, 减少系统负担 , 提高程序执行效率 .
Selector选择器的获取
Selector selector = Selector.open();
注册Channel到Selector
通过调用 channel.register(Selector sel, int ops)方法来实现注册:
channel.configureBlocking(false);// 一定要设置非阻塞
SelectionKey key =channel.register(selector,SelectionKey.OP_ACCEPT);
register()方法的第二个参数:是一个int值,意思是在通过Selector监听Channel时对什么事件感兴趣。可以监听四种不同类型的事件,而且可以使用SelectionKey的四个常量表示:
-
连接就绪--常量:SelectionKey.OP_CONNECT
-
接收就绪--常量:SelectionKey.OP_ACCEPT (ServerSocketChannel在注册时只能使用此项)
-
读就绪--常量:SelectionKey.OP_READ
-
写就绪--常量:SelectionKey.OP_WRITE
注意:对于ServerSocketChannel在注册时,只能使用OP_ACCEPT,否则抛出异常。
-
案例演示; 监听一个通道
/** * Created by PengZhiLin on 2021/8/13 16:54 */ public class Test1 { public static void main(String[] args) throws Exception{ // 1.打开服务器通道 ServerSocketChannel ssc = ServerSocketChannel.open(); // 2.绑定端口号 ssc.bind(new InetSocketAddress(6666)); // 3.设置非阻塞 ssc.configureBlocking(false); // 4.获取选择器 Selector selector = Selector.open(); // 5.把服务器通道注册到选择器上 System.out.println(1); ssc.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT); System.out.println(2); } }
-
示例:服务器创建3个通道,同时监听3个端口,并将3个通道注册到一个选择器中
/** * Created by PengZhiLin on 2021/8/13 16:54
*/
public class Test2 {
public static void main(String[] args) throws Exception{
// 1.打开服务器通道
ServerSocketChannel ssc1 = ServerSocketChannel.open();
ServerSocketChannel ssc2 = ServerSocketChannel.open();
ServerSocketChannel ssc3 = ServerSocketChannel.open();
// 2.绑定端口号
ssc1.bind(new InetSocketAddress(7777));
ssc2.bind(new InetSocketAddress(8888));
ssc3.bind(new InetSocketAddress(9999));
// 3.设置非阻塞
ssc1.configureBlocking(false);
ssc2.configureBlocking(false);
ssc3.configureBlocking(false);
// 4.获取选择器
Selector selector = Selector.open();
// 5.把服务器通道注册到选择器上
ssc1.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT);
ssc2.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT);
ssc3.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT);
System.out.println(1);
}
}
接下来,就可以通过选择器selector操作三个通道了。
## 7.3 Selector的常用方法
#### Selector的select()方法:---->面试
- 作用: 选择器监听客户端的请求方法
- 阻塞问题:
- 在连接到第一个客户端之前,会一直阻塞
- 当连接到客户端后,如果客户端没有被处理,该方法会计入不阻塞状态
- 当连接到客户端后,如果客户端有被处理,该方法又会进入阻塞状态
```java
/**
* Created by PengZhiLin on 2021/8/13 17:00
*/
public class Test1_select方法 {
public static void main(String[] args) throws Exception{
// 1.打开服务器通道
ServerSocketChannel ssc1 = ServerSocketChannel.open();
ServerSocketChannel ssc2 = ServerSocketChannel.open();
ServerSocketChannel ssc3 = ServerSocketChannel.open();
// 2.绑定端口号
ssc1.bind(new InetSocketAddress(7777));
ssc2.bind(new InetSocketAddress(8888));
ssc3.bind(new InetSocketAddress(9999));
// 3.设置非阻塞
ssc1.configureBlocking(false);
ssc2.configureBlocking(false);
ssc3.configureBlocking(false);
// 4.获取选择器
Selector selector = Selector.open();
// 5.把服务器通道注册到选择器上
ssc1.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT);
ssc2.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT);
ssc3.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT);
while (true){
System.out.println(1);
// 监听客户端的请求
selector.select();
System.out.println(2);
}
}
}
Selector的keys()方法
-
获取已注册的所有通道集合
/** * Created by PengZhiLin on 2021/8/13 17:00 */ public class Test1_select方法 { public static void main(String[] args) throws Exception { // 1.打开服务器通道 ServerSocketChannel ssc1 = ServerSocketChannel.open(); ServerSocketChannel ssc2 = ServerSocketChannel.open(); ServerSocketChannel ssc3 = ServerSocketChannel.open(); // 2.绑定端口号 ssc1.bind(new InetSocketAddress(7777)); ssc2.bind(new InetSocketAddress(8888)); ssc3.bind(new InetSocketAddress(9999)); // 3.设置非阻塞 ssc1.configureBlocking(false); ssc2.configureBlocking(false); ssc3.configureBlocking(false); // 4.获取选择器 Selector selector = Selector.open(); // 5.把服务器通道注册到选择器上 ssc1.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT); ssc2.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT); ssc3.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT); System.out.println("已注册的所有通道集合:" + selector.keys().size()); while (true) { System.out.println(1); // 监听客户端的请求 selector.select(); System.out.println(2); System.out.println("已注册的所有通道集合:" + selector.keys().size()); } } }
Selector的selectedKeys()方法
- 获取已连接的所有通道集合
/**
* Created by PengZhiLin on 2021/8/13 17:00
*/
public class Test2_selectedKeys方法 {
public static void main(String[] args) throws Exception {
// 1.打开服务器通道
ServerSocketChannel ssc1 = ServerSocketChannel.open();
ServerSocketChannel ssc2 = ServerSocketChannel.open();
ServerSocketChannel ssc3 = ServerSocketChannel.open();
// 2.绑定端口号
ssc1.bind(new InetSocketAddress(7777));
ssc2.bind(new InetSocketAddress(8888));
ssc3.bind(new InetSocketAddress(9999));
// 3.设置非阻塞
ssc1.configureBlocking(false);
ssc2.configureBlocking(false);
ssc3.configureBlocking(false);
// 4.获取选择器
Selector selector = Selector.open();
// 5.把服务器通道注册到选择器上
ssc1.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT);
ssc2.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT);
ssc3.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT);
System.out.println("已注册的所有通道集合:" + selector.keys().size());
while (true) {
System.out.println(1);
// 监听客户端的请求
selector.select();
System.out.println(2);
// 处理客户端的请求
// 获取已连接的所有通道集合
Set<SelectionKey> keys = selector.selectedKeys();
// 循环遍历所有通道集合
for (SelectionKey key : keys) {
// SelectionKey-->其实就是封装了ServerSocketChannel
// 通过SelectionKey获得ServerSocketChannel
// SelectableChannel是ServerSocketChannel的父类
ServerSocketChannel ssc = (ServerSocketChannel) key.channel();
// 处理客户端的请求,建立连接
SocketChannel sc = ssc.accept();
// 接收客户端发过来的数据
ByteBuffer b = ByteBuffer.allocate(1024);
int len = sc.read(b);
System.out.println("服务器接收到的数据是:" + new String(b.array(), 0, len));
// 处理完了,释放资源
sc.close();
}
System.out.println("已注册的所有通道集合:" + selector.keys().size());
}
}
}
7.4 Selector多路复用
需求
- 使用Selector进行多路复用,监听3个服务器端口
分析
- 创建3个服务器通道,设置成非阻塞
- 获取Selector选择器
- 把Selector注册到三个服务器通道上
- 循环去等待客户端连接
- 遍历所有被连接的服务器通道集合
- 处理客户端请求
实现
-
案例:
/** * Created by PengZhiLin on 2021/8/13 17:00 */ public class Test { public static void main(String[] args) throws Exception { // 1.打开服务器通道 ServerSocketChannel ssc1 = ServerSocketChannel.open(); ServerSocketChannel ssc2 = ServerSocketChannel.open(); ServerSocketChannel ssc3 = ServerSocketChannel.open(); // 2.绑定端口号 ssc1.bind(new InetSocketAddress(7777)); ssc2.bind(new InetSocketAddress(8888)); ssc3.bind(new InetSocketAddress(9999)); // 3.设置非阻塞 ssc1.configureBlocking(false); ssc2.configureBlocking(false); ssc3.configureBlocking(false); // 4.获取选择器 Selector selector = Selector.open(); // 5.把服务器通道注册到选择器上 ssc1.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT); ssc2.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT); ssc3.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT); System.out.println("已注册的所有通道集合:" + selector.keys().size()); while (true) { System.out.println(1); // 监听客户端的请求 selector.select(); System.out.println(2); // 处理客户端的请求 // 获取已连接的所有通道集合 Set<SelectionKey> keys = selector.selectedKeys(); // 循环遍历所有通道集合 Iterator<SelectionKey> it = keys.iterator(); while (it.hasNext()) { SelectionKey key = it.next(); // SelectionKey-->其实就是封装了ServerSocketChannel // 通过SelectionKey获得ServerSocketChannel // SelectableChannel是ServerSocketChannel的父类 ServerSocketChannel ssc = (ServerSocketChannel) key.channel(); // 处理客户端的请求,建立连接 SocketChannel sc = ssc.accept();// null // 接收客户端发过来的数据 ByteBuffer b = ByteBuffer.allocate(1024); int len = sc.read(b); System.out.println("服务器接收到的数据是:" + new String(b.array(), 0, len)); // 处理完了,释放资源 sc.close(); // 移除keys集合中已处理的服务器通道--->迭代器 it.remove(); } System.out.println("已注册的所有通道集合:" + selector.keys().size()); } } }
-
问题: Selector把所有被连接的服务器对象放在了一个Set集合中,但是使用完后并没有删除,导致在遍历集合时,遍历到已经没用的对象,出现了异常
-
解决办法: 使用完了,应该从集合中删除,由于遍历的同时集合不能删除,所以使用迭代器进行遍历
第八章 NIO2-AIO(异步、非阻塞)
8.1 AIO概述
同步,异步,阻塞,非阻塞概念回顾
- 同步:调用方法之后,必须要得到一个返回值。
- 异步:调用方法之后,没有返回值,但是会有回调函数。回调函数指的是满足条件之后会自动执行的方法
- 阻塞:如果没有达到方法的目的,就一直停在这里【等待】。
- 非阻塞:不管有没有达到目的,都直接【往下执行】。
IO: 同步阻塞
NIO: 同步阻塞,同步非阻塞
NIO2:异步非阻塞
AIO相关类和方法介绍
AIO是异步IO的缩写,虽然NIO在网络操作中,提供了非阻塞的方法,但是NIO的IO行为还是同步的。对于NIO来说,我们的业务线程是在IO操作准备好时,得到通知,接着就由这个线程自行进行IO操作,IO操作本身是同步的。
但是对AIO来说,则更加进了一步,它不是在IO准备好时再通知线程,而是在IO操作已经完成后,再给线程发出通知。因此AIO是不会阻塞的,此时我们的业务逻辑将变成一个回调函数,等待IO操作完成后,由系统自动触发。
与NIO不同,当进行读写操作时,只须直接调用API的read或write方法即可。这两种方法均为异步的,对于读操作而言,当有流可读取时,操作系统会将可读的流传入read方法的缓冲区,并通知应用程序;对于写操作而言,当操作系统将write方法传递的流写入完毕时,操作系统主动通知应用程序。 即可以理解为,read/write方法都是异步的,完成后会主动调用回调函数。 在JDK1.7中,这部分内容被称作NIO.2---->AIO,主要在Java.nio.channels包下增加了下面四个异步通道:
- AsynchronousSocketChannel
- AsynchronousServerSocketChannel
- AsynchronousFileChannel
- AsynchronousDatagramChannel
在AIO socket编程中,服务端通道是AsynchronousServerSocketChannel,这个类提供了一个open()静态工厂,一个bind()方法用于绑定服务端IP地址(还有端口号),另外还提供了accept()用于接收用户连接请求。在客户端使用的通道是AsynchronousSocketChannel,这个通道处理提供open静态工厂方法外,还提供了read和write方法。
在AIO编程中,发出一个事件(accept read write等)之后要指定事件处理类(回调函数),AIO中的事件处理类是CompletionHandler<V,A>,这个接口定义了如下两个方法,分别在异步操作成功和失败时被回调。
void completed(V result, A attachment);
void failed(Throwable exc, A attachment);
8.2 AIO 异步非阻塞连接
需求
- AIO异步非阻塞的连接方法
分析
- 获取AsynchronousServerSocketChannel对象,绑定端口
- 异步接收客户端请求
- void accept(A attachment, CompletionHandler<AsynchronousSocketChannel,? super A> handler)
- 第一个参数: 附件,没啥用,传入null即可
- 第二个参数: CompletionHandler接口 ,AIO中的事件处理接口
- void completed(V result, A attachment);异步连接成功,就会自动调用这个方法
- void failed(Throwable exc, A attachment);异步连接失败,就会自动调用这个方法
实现
- 服务器端:
/**
* Created by PengZhiLin on 2021/8/13 17:43
*/
public class Server {
public static void main(String[] args) throws Exception{
// 1.打开异步服务器通道
AsynchronousServerSocketChannel assc = AsynchronousServerSocketChannel.open();
// 2.绑定端口号
assc.bind(new InetSocketAddress(7777));
// 3.接收请求,建立连接
System.out.println(1);
assc.accept(null, new CompletionHandler<AsynchronousSocketChannel, Object>() {
@Override
public void completed(AsynchronousSocketChannel result, Object attachment) {
// 连接成功,就会来到这里
System.out.println(2);
}
@Override
public void failed(Throwable exc, Object attachment) {
// 连接失败,就会来到这里
System.out.println(3);
}
});
System.out.println(4);
while (true){
}
}
}
小结
略
8.3 AIO 异步非阻塞连接和异步读
需求
- 实现异步连接,异步读
分析
- 获取AsynchronousServerSocketChannel对象,绑定端口
- 异步接收客户端请求
- 在CompletionHandler的completed方法中异步读数据
实现
- 服务器端代码:
/**
* Created by PengZhiLin on 2021/8/13 17:51
*/
public class Server {
public static void main(String[] args)throws Exception{
// 1.打开异步服务器通道
AsynchronousServerSocketChannel assc = AsynchronousServerSocketChannel.open();
// 2.绑定端口号
assc.bind(new InetSocketAddress(7777));
// 3.接收请求,建立连接
System.out.println(1);
assc.accept(null, new CompletionHandler<AsynchronousSocketChannel, Object>() {
@Override
public void completed(AsynchronousSocketChannel asc, Object attachment) {
// 连接成功
System.out.println(2);
// 创建ByteBuffer对象
ByteBuffer b = ByteBuffer.allocate(1024);
// 异步读
asc.read(b, null, new CompletionHandler<Integer, Object>() {
@Override
public void completed(Integer len, Object attachment) {
// 读成功
System.out.println(5);
System.out.println("服务器接收到的信息:"+new String(b.array(),0,len));
}
@Override
public void failed(Throwable exc, Object attachment) {
// 读失败
System.out.println(6);
}
});
System.out.println(7);
}
@Override
public void failed(Throwable exc, Object attachment) {
// 连接失败
System.out.println(3);
}
});
System.out.println(4);
// 为了让程序不结束
while (true){
}
}
}
总结
练习:
1.TCP模拟聊天程序(客户端和服务器互发字符串数据)---->必须
2.TCP模拟文件上传---->必须
3.使用FileChannel拷贝文件---->理解
4.使用MappedByteBuffer拷贝2GB以上的文件---->理解
5.Selector多路复用---->理解
6.服务器异步连接异步读,实现服务器接收客户端的信息---->理解
- 能够辨别UDP和TCP协议特点
- TCP: 面向连接,传输数据安全,传输速度慢
- UDP: 面向无连接,传输不数据安全,传输速度快
- 能够说出TCP协议下两个常用类名称
- Socket : 一个该类的对象就代表一个客户端程序。
- Socket(String host, int port) 根据ip地址字符串和端口号创建客户端Socket对象
- 注意事项:只要执行该方法,就会立即连接指定的服务器程序,如果连接不成功,则会抛出异常。
如果连接成功,则表示三次握手通过。
- OutputStream getOutputStream(); 获得字节输出流对象
- InputStream getInputStream();获得字节输入流对象
- void close();关闭Socket, 会自动关闭相关的流
- 补充:关闭通过socket获得的流,会关闭socket,关闭socket,同时也会关闭通过socket获得的流
- ServerSocket : 一个该类的对象就代表一个服务器端程序。
- ServerSocket(int port); 根据指定的端口号开启服务器。
- Socket accept(); 等待客户端连接并获得与客户端关联的Socket对象 如果没有客户端连接,该方法会一直阻塞
- void close();关闭ServerSocket
- 能够编写TCP协议下字符串数据传输程序
- 能够理解TCP协议下文件上传案例
- 能够理解TCP协议下BS案例
- 能够说出NIO的优点
解决高并发,提高cpu执行效率