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2025年3月

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2022年4月(97)

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12-网络编程和NIO

第一章网络编程入门
第二章 TCP通信程序
第三章综合案例
- 3.1 文件上传案例
- 3.2 模拟B\S服务器扩展
第四章 NIO
- 4.1 NIO概述
第五章 Buffer类（缓冲区）
第六章 Channel（通道）
第七章 Selector(选择器)
第八章 NIO2-AIO(异步、非阻塞)
总结

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

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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

1566446300784

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

1566446315067

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

1566446712862

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0_{65535**。其中，0}1023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");
    }
}

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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：

1566446503937

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();
        }
    }
}

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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

1566446548503

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：

1566446578300

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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

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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());

    }
}

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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-1
public 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();

    }
}

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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

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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){

        }
    }
}

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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

posted on 2022-04-24 23:43 ofanimon 阅读(48) 评论(0) 编辑收藏举报

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第一章 网络编程入门

1.1 软件结构

1.2 网络编程三要素

协议

IP地址

端口号

域名

1.3 InetAddress类

InetAddress类的概述

InetAddress类的方法

第二章 TCP通信程序

2.1 TCP

TCP通信的流程

TCP协议相关的类

2.2 TCP通信案例1

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2.3 TCP通信案例2

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2.4 扩展模拟循环聊天

第三章 综合案例

3.1 文件上传案例

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分析

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文件上传

文件上传成功后服务器回写字符串数据

优化文件上传案例

3.2 模拟B\S服务器 扩展

需求

分析

实现

第四章 NIO

4.1 NIO概述

第五章 Buffer类（缓冲区）

5.1 Buffer的概述和分类

5.2 创建ByteBuffer

5.3 添加数据-put

5.4 容量-capacity

5.5 限制-limit

5.6 位置-position

5.7 标记-mark

5.8 clear和flip

第六章 Channel（通道）

6.1 Channel概述

Channel 的概述

Channel 的分类

6.2 FileChannel类的基本使用

获取FileChannel类的对象

使用FileChannel类完成文件的复制

6.3 FileChannel结合MappedByteBuffer实现高效读写

MappedByteBuffer类的概述

复制2GB以下的文件

复制2GB以上的文件

6.4 ServerSocketChannel和SocketChannel创建连接

SocketChannel创建连接

ServerSocketChanne创建连接

6.5 NIO网络编程收发信息

书写服务器代码

书写客户端代码

第七章 Selector(选择器)

7.1 多路复用的概念

7.2 选择器Selector的获取和注册

Selector选择器的概述和作用

Selector选择器的获取

注册Channel到Selector

Selector的keys()方法

Selector的selectedKeys()方法

7.4 Selector多路复用

第一章网络编程入门

第三章综合案例

3.2 模拟B\S服务器扩展