NIO 与 Netty 编程1（NIO）

科技 06-26 来源： IT技术资源共享

多线程编程

基本知识回顾

线程安全

线程间通信

BIO 编程

NIO 编程

概述

文件IO

网络IO

AIO 和IO 总结

Netty 框架

概述

核心API

入门案例

网络聊天案例

编码和解码

自定义RPC

整体分析

设计和实现**

一．多线程编程

1.1基本知识回顾

线程是比进程更小的能独立运行的基本单位，它是进程的一部分，一个进程可以拥有多个线程，但至少要有一个线程，即主执行线程(Java 的 main 方法)。我们既可以编写单线程应用，也可以编写多线程应用。

一个进程中的多个线程可以并发(同时)执行，在一些执行时间长、需要等待的任务上（例如：文件读写和网络传输等），多线程就比较有用了。

怎么理解多线程呢？来两个例子：

1.进程就是一个工厂，一个线程就是工厂中的一条生产线，一个工厂至少有一条生产线，只有一条生产线就是单线程应用，拥有多条生产线就是多线程应用。多条生产线可以同时运行。

2.我们使用迅雷可以同时下载多个视频，迅雷就是进程，多个下载任务就是线程，这几个线程可以同时运行去下载视频。

多线程可以共享内存、充分利用 CPU，通过提高资源(内存和 CPU)使用率从而提高程序的执行效率。CPU 使用抢占式调度模式在多个线程间进行着随机的高速的切换。对于 CPU 的一个核而言，某个时刻，只能执行一个线程，而CPU 在多个线程间的切换速度相对我们的感觉要快很多，看上去就像是多个线程或任务在同时运行。

Java 天生就支持多线程并提供了两种编程方式，一个是继承 Thread 类，一个是实现

Runnable 接口，接下来咱们通过两个案例快速复习回顾一下。

方式一：继承 Thread 类

public class ThreadFor1 extends Thread{
 public void run() {
for (int i = 0; i < 50; i++) {
 System.out.println(this.getName()+":"+i);
}
}
}

上述代码自定义了一个类去继承 Thread 类，并重写了 run 方法，在该方法内实现具体业务功能，这里用一个 for 循环模拟一下。

public class ThreadFor2 extends Thread{ 
public void run() {
for (int i = 51; i < 100; i++) { 
System.out.println(this.getName()+":"+i);
}
}

上述代码又自定义了一个类去继承 Thread 类，并重写了 run 方法，在该方法内实现另一个

业务功能，这里仍用一个 for 循环模拟一下。

public class TestThreadFor {
public static void main(String[] args) {
 ThreadFor1 tf1=new ThreadFor1(); 
 tf1.setName(" 线 程 A"); 
 ThreadFor2 tf2=new ThreadFor2();
 tf2.setName("线程 B");
tf1.start();
tf2.start();
}
}

上述代码创建了两个线程对象并分别启动，运行效果如下图所示，我们能够清晰观察到，CPU 在两个线程之间快速随机切换，也就是我们平时说的在同时运行。

方式二：实现 Runnable 接口

public class RunnableFor1 implements Runnable{
 public void run() {
for (int i = 0; i < 50; i++) 
{ System.out.println(Thread.currentThread().getName()+":"+i);
}
}
}

上述代码自定义一个类去实现 Runnable 接口，并实现了 run 方法，在该方法内实现具体业务功能，这里用一个 for 循环模拟一下。

public class RunnableFor2 implements Runnable{
 public void run() {
for (int i = 51; i < 100; i++) {
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+":"+i);
}
}
}

上述代码创建两个线程对象并分别启动，运行效果如下图所示，我们能够清晰观察到，CPU 在两个线程之间快速随机切换，也就是我们平时说的在同时运行。

1.2线程安全

1.2.1产生线程安全问题的原因

在进行多线程编程时，要注意线程安全问题，我们先通过一个案例了解一下什么是线程安全问题。该案例模拟用两个售票窗口同时卖火车票，具体代码如下所示：

public class SaleWindow implements Runnable {
private int id = 10;	//表示 10 张火车票	这是共享资源
//卖 10 张火车票
public void run() {
for (int i = 0; i < 10; i++) {
if (id > 0) {
System.out.println(Thread.currentThread().getName()
+ "卖了编号为" + id + "的火车票");
id--; try {
Thread.sleep(500);
} catch (InterruptedException e) {
}
}
}
}
}

上述代码定义了一个类去实现 Runnable 接口，该类中有一个属性 id，表示 10 张火车票，并在 run 方法中通过一个 for 循环销售火车票，为了让效果明显一些，中间用 sleep 方法停顿半秒钟。

public class TestSaleWindow {
public static void main(String[] args) { SaleWindow sw=new SaleWindow();
Thread t1=new Thread(sw); Thread t2=new Thread(sw);
t1.setName("窗口 A");
t2.setName("窗口 B");
t1.start();
t2.start();
}
}

上述代码创建两个线程对象模拟两个售票窗口同时卖票，运行结果如下图所示：

我们看到，10 张火车票都卖出去了，但是出现了重复售票，这就是线程安全问题造成的。这 10 章火车票是共享资源，也就是说任何窗口都可以进行操作和销售，问题在于窗口A 把某一张火车票卖出去之后，窗口 B 并不知道，因为这是两个线程，所以窗口 B 也可能会再卖出去一张相同的火车票。

多个线程操作的是同一个共享资源，但是线程之间是彼此独立、互相隔绝的，因此就会出现数据（共享资源）不能同步更新的情况，这就是线程安全问题。

1.2.2解决线程安全问题

Java 中提供了一个同步机制(锁)来解决线程安全问题，即让操作共享数据的代码在某一时间段，只被一个线程执行(锁住)，在执行过程中，其他线程不可以参与进来，这样共享数据就能同步了。简单来说，就是给某些代码加把锁。

锁是什么？又从哪儿来呢？锁的专业名称叫监视器 monitor，其实 Java 为每个对象都自动内置了一个锁（监视器 monitor），当某个线程执行到某代码块时就会自动得到这个对象的锁，那么其他线程就无法执行该代码块了，一直要等到之前那个线程停止(释放锁)。需要特别注意的是：多个线程必须使用同一把锁（对象）。

Java 的同步机制提供了两种实现方式：

同步代码块：即给代码块上锁，变成同步代码块

同步方法：即给方法上锁，变成同步方法

接下来我们分别用这两种方式解决卖火车票案例的线程安全问题，其实这两种方式本质上差不多，都是通过 synchronized 关键字来实现的。

方式一：同步代码块

public class SaleWindow1 implements Runnable {
private int id = 10;	//表示 10 张火车票	共享资源
//卖 10 张火车票
public void run() {
for (int i = 0; i < 10; i++) {
synchronized (this) {
if (id > 0) {
System.out.println(Thread.currentThread().getName()
+ "卖了编号为" + id + "的火车票");
id--; try {
Thread.sleep(500);
} catch (InterruptedException e) {
}
}
}
}
}
}

其实大家也发现了，上述代码和之前的只有一点差别，就是多了红色部分的代码，同步代码块的语法是：synchronized(锁){…业务代码…}。

public class TestSaleWindow1 {
public static void main(String[] args) { SaleWindow1 sw=new SaleWindow1();
Thread t1=new Thread(sw); Thread t2=new Thread(sw);
t1.setName("窗口 A");
t2.setName("窗口 B");
t1.start();
t2.start();
}
}

我们同样创建两个线程对象模拟两个售票窗口同时卖票，这次运行结果如下图所示：

我们看到 10 张火车票都卖出去了，这次没有问题，我们不关心这 10 张票都是哪个窗口卖出去的，我们关心的是没有重复卖票。

方式二：同步方法

public class SaleWindow2 implements Runnable { private int id = 10; // 表示 10 张火车票 共享资源
public synchronized void saleOne(){ //该方法内是上面同步代码块中的代码if (id > 0) {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "卖了编号为"
+ id + "的火车票");
id--;
try {
Thread.sleep(500);
} catch (InterruptedException e) {
}
}
}
// 卖 10 张火车票
public void run() {
for (int i = 0; i < 10; i++) { saleOne();
}
}
}

第二种方式是把原来同步代码块中的代码抽取出来放到一个方法中，然后给这个方法加上synchronized 关键字修饰，锁住的代码是一样的，因此本质上和第一种方式没什么区别。

public class TestSaleWindow2 {
public static void main(String[] args) { SaleWindow2 sw=new SaleWindow2();
Thread t1=new Thread(sw); Thread t2=new Thread(sw);
t1.setName("窗口 A");
t2.setName("窗口 B");
t1.start();
t2.start();
}
}

我们同样还是创建两个线程对象模拟两个售票窗口同时卖票，这次运行结果如下图所示：

1.2.3Java API 中的线程安全问题

我们平时在使用 Java API 进行编程时，经常遇到说哪个类是线程安全的，哪个类是不保证线程安全的，例如：StringBuffer / StringBuilder 和 Vector / ArrayList ，谁是线程安全的？谁不是线程安全的？我们查一下它们的源码便可知晓。

通过查看源码，我们发现 StringBuffer 和 Vector 类中的大部分方法都是同步方法，所以证明

这两个类在使用时是保证线程安全的；而 StringBuilder 和ArrayList 类中的方法都是普通方法，没有使用 synchronized 关键字进行修饰，所以证明这两个类在使用时不保证线程安全。线程安全和性能之间不可兼得，保证线程安全就会损失性能，保证性能就不能满足线程安全。

1.3线程间通信

多个线程并发执行时, 在默认情况下 CPU 是随机性的在线程之间进行切换的，但是有时候我们希望它们能有规律的执行, 那么，多线程之间就需要一些协调通信来改变或控制 CPU 的随机性。Java 提供了等待唤醒机制来解决这个问题，具体来说就是多个线程依靠一个同步锁，然后借助于 wait()和 notify()方法就可以实现线程间的协调通信。

同步锁相当于中间人的作用，多个线程必须用同一个同步锁(认识同一个中间人)，只有同一个锁上的被等待的线程，才可以被持有该锁的另一个线程唤醒，使用不同锁的线程之间不能相互唤醒，也就无法协调通信。

Java 在 Object 类中提供了一些方法可以用来实现线程间的协调通信，我们一起来了解一下：

public final void wait(); 让当前线程释放锁

public final native void wait(long timeout); 让当前线程释放锁，并等待 xx 毫秒

public final native void notify(); 唤醒持有同一锁的某个线程

public final native void notifyAll(); 唤醒持有同一锁的所有线程

需要注意的是：在调用 wait 和 notify 方法时，当前线程必须已经持有锁，然后才可以调用，否则将会抛出 IllegalMonitorStateException 异常。接下来咱们通过两个案例来演示一下具体如何编程实现线程间通信。

案例 1: 一个线程输出 10 次 1，一个线程输出 10 次 2，要求交替输出“1 2 1 2 1 2…”或“2 1

2 1 2 1…”

public class MyLock {
// 锁
public static Object o=new Object();
}

为了保证两个线程使用的一定是同一个锁，我们创建一个对象作为静态属性放到一个类中，这个对象就用来充当锁。

public class ThreadForNum1 extends Thread{ public void run() {
for (int i = 0; i < 11; i++) { synchronized (MyLock.o) {
System.out.println("1"); MyLock.o.notify(); //唤醒另一个线程try {
MyLock.o.wait(); //让自己休眠并释放锁
} catch (InterruptedException e) {
}
}
}
}
}

该线程输出十次 1，使用 MyLock.o 作为锁，每输出一个 1 就唤醒另一个线程，然后自己休眠并释放锁。

public class ThreadForNum2 extends Thread{ public void run() {
for (int i = 0; i < 10; i++) { synchronized (MyLock.o) {
System.out.println("2"); MyLock.o.notify(); //唤醒另一个线程try {
MyLock.o.wait(); //让自己休眠并释放锁
} catch (InterruptedException e) {
}
}
}
}
}

该线程输出十次 2，也使用 MyLock.o 作为锁，每输出一个 2 就唤醒另一个线程，然后自己休眠并释放锁。

public class TestNum {
public static void main(String[] args) {
 new ThreadForNum1().start(); 
 new ThreadForNum2().start();
}
}

我们创建两个线程对象分别运行，效果如下图所示：

案例 2：生产者消费者模式

该模式在现实生活中很常见，在项目开发中也广泛应用，它是线程间通信的经典应用。生产者是一堆线程，消费者是另一堆线程，内存缓冲区可以使用 List 集合存储数据。该模式的关键之处是如何处理多线程之间的协调通信，内存缓冲区为空的时候，消费者必须等待，而内存缓冲区满的时候，生产者必须等待，其他时候可以是个动态平衡。

下面的案例模拟实现农夫采摘水果放到筐里，小孩从筐里拿水果吃，农夫是一个线程，小孩是一个线程，水果筐放满了，农夫停；水果筐空了，小孩停

public class Kuang {
//这个集合就是水果筐 假设最多存 10 个水果
public static ArrayList<String> kuang=new ArrayList<String>();
}

上述代码定义一个静态集合作为内存缓冲区用来存储数据，同时这个集合也可以作为锁去被多个线程使用。

public class Farmer extends Thread { public void run() {
while (true) {
synchronized (Kuang.kuang) {
//1.筐放满了就让农夫休息if (Kuang.kuang.size() == 10) {
try {
Kuang.kuang.wait();
} catch (InterruptedException e) {
}
}
//2.往筐里放水果Kuang.kuang.add("apple");
System.out.println("农夫放了一个水果,目前筐里有" + Kuang.kuang.size()
+ "个水果");
//3.唤醒小孩继续吃Kuang.kuang.notify();
}
//4.模拟控制速度try {
Thread.sleep(100);
} catch (InterruptedException e) {
}
}
}
}

上述代码就是农夫线程，不断的往集合（筐）里放水果，当筐满了就停，同时释放锁

public class Child extends Thread { public void run() {

while (true) {

synchronized (Kuang.kuang) {

//1.筐里没水果了就让小孩休息if (Kuang.kuang.size() == 0) {

try {

Kuang.kuang.wait();

} catch (InterruptedException e) {

}

//2.小孩吃水果Kuang.kuang.remove("apple");

System.out.println("小孩吃了一个水果,目前筐里有" + Kuang.kuang.size() + "个水果");

//3.唤醒农夫继续放水果Kuang.kuang.notify();

}

//4.模拟控制速度try {

Thread.sleep(400);

} catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace();

}

上述代码是小孩线程，不断的从集合（筐）里拿水果吃，当筐空了就停，同时释放锁。

public class TestFarmerChild {
public static void main(String[] args) { new Farmer().start();
new Child().start();
}
}

我们创建两个线程同时运行，可以通过双方线程里的 sleep 方法模拟控制速度，当农夫往框里放水果的速度快于小孩吃水果的速度时，运行效果如下图所示：

当小孩吃水果的速度快于农夫往框里放水管的速度时，运行效果如下图所示：

二．BIO 编程

BIO 有的称之为basic(基本) IO,有的称之为block(阻塞) IO，主要应用于文件 IO 和网络IO，这里不再说文件 IO, 大家对此都非常熟悉，本次课程主要讲解网络 IO。

在 JDK1.4 之前，我们建立网络连接的时候只能采用 BIO，需要先在服务端启动一个ServerSocket，然后在客户端启动 Socket 来对服务端进行通信，默认情况下服务端需要对每个请求建立一个线程等待请求，而客户端发送请求后，先咨询服务端是否有线程响应，如果没有则会一直等待或者遭到拒绝，如果有的话，客户端线程会等待请求结束后才继续执行，这就是阻塞式 IO。

接下来通过一个例子复习回顾一下 BIO 的基本用法（基于 TCP）。

//BIO 服务器端程序
public class TCPServer {
public static void main(String[] args) throws Exception {
//1.创建ServerSocket 对象
ServerSocket ss=new ServerSocket(9999);
while (true) {
//2.监听客户端
Socket s = ss.accept(); //阻塞
//3.从连接中取出输入流来接收消息InputStream is = s.getInputStream(); //阻塞byte[] b = new byte[10];
is.read(b);
String clientIP = s.getInetAddress().getHostAddress(); System.out.println(clientIP + "说:" + new String(b).trim());
//4.从连接中取出输出流并回话OutputStream os = s.getOutputStream(); os.write("没钱".getBytes());
//5.关闭
s.close();
}
}
}

上述代码编写了一个服务器端程序，绑定端口号 9999，accept 方法用来监听客户端连接，如果没有客户端连接，就一直等待，程序会阻塞到这里。

//BIO 客户端程序
public class TCPClient {
public static void main(String[] args) throws Exception { while (true) {
//1.创建 Socket 对象
Socket s = new Socket("127.0.0.1", 9999);
//2.从连接中取出输出流并发消息OutputStream os = s.getOutputStream(); System.out.println("请输入:");
Scanner sc = new Scanner(System.in); String msg = sc.nextLine(); os.write(msg.getBytes());
//3.从连接中取出输入流并接收回话InputStream is = s.getInputStream(); //阻塞byte[] b = new byte[20];
is.read(b);
System.out.println("老板说:" + new String(b).trim());
//4.关闭s.close();
}
}
}

上述代码编写了一个客户端程序，通过 9999 端口连接服务器端，getInputStream 方法用来等待服务器端返回数据，如果没有返回，就一直等待，程序会阻塞到这里。运行效果如下图所示：

三．NIO 编程

3.1概述

java.nio 全称 java non-blocking IO，是指 JDK 提供的新 API。从 JDK1.4 开始，Java 提供了一系列改进的输入/输出的新特性，被统称为 NIO(即 New IO)。新增了许多用于处理输入输出的类，这些类都被放在 java.nio 包及子包下，并且对原 java.io 包中的很多类进行改写，新增了满足 NIO 的功能。

NIO 和 BIO 有着相同的目的和作用，但是它们的实现方式完全不同，BIO 以流的方式处理数据,而 NIO 以块的方式处理数据,块 I/O 的效率比流 I/O 高很多。另外，NIO 是非阻塞式的，这一点跟 BIO 也很不相同，使用它可以提供非阻塞式的高伸缩性网络。

NIO 主要有三大核心部分：Channel(通道)，Buffer(缓冲区), Selector(选择器)。传统的 BIO 基于字节流和字符流进行操作，而 NIO 基于 Channel(通道)和 Buffer(缓冲区)进行操作，数据总是从通道读取到缓冲区中，或者从缓冲区写入到通道中。Selector(选择区)用于监听多个通道的事件（比如：连接请求，数据到达等），因此使用单个线程就可以监听多个客户端通道。

3.2文件 IO

3.2.1概述和核心 API

缓冲区（Buffer）：实际上是一个容器，是一个特殊的数组，缓冲区对象内置了一些机制，能够跟踪和记录缓冲区的状态变化情况。Channel 提供从文件、网络读取数据的渠道，但是读取或写入的数据都必须经由 Buffer，如下图所示：

在 NIO 中，Buffer 是一个顶层父类，它是一个抽象类，常用的 Buffer 子类有：

ByteBuffer，存储字节数据到缓冲区

ShortBuffer，存储字符串数据到缓冲区

CharBuffer，存储字符数据到缓冲区

IntBuffer，存储整数数据到缓冲区

LongBuffer，存储长整型数据到缓冲区

DoubleBuffer，存储小数到缓冲区

FloatBuffer，存储小数到缓冲区

对于 Java 中的基本数据类型，都有一个 Buffer 类型与之相对应，最常用的自然是

ByteBuffer 类（二进制数据），该类的主要方法如下所示：

public abstract ByteBuffer put(byte[] b); 存储字节数据到缓冲区

public abstract byte[] get(); 从缓冲区获得字节数据

public final byte[] array(); 把缓冲区数据转换成字节数组

public static ByteBuffer allocate(int capacity); 设置缓冲区的初始容量

public static ByteBuffer wrap(byte[] array); 把一个现成的数组放到缓冲区中使用

public final Buffer flip(); 翻转缓冲区，重置位置到初始位置

通道（Channel）：类似于 BIO 中的 stream，例如 FileInputStream 对象，用来建立到目标（文件，网络套接字，硬件设备等）的一个连接，但是需要注意：BIO 中的 stream 是单向的，例如 FileInputStream 对象只能进行读取数据的操作，而 NIO 中的通道(Channel)是双向的，既可以用来进行读操作，也可以用来进行写操作。常用的 Channel 类有：FileChannel、DatagramChannel、ServerSocketChannel 和 SocketChannel。FileChannel 用于文件的数据读写， DatagramChannel 用于 UDP 的数据读写，ServerSocketChannel 和 SocketChannel 用于 TCP 的数据读写。

这里我们先讲解 FileChannel 类，该类主要用来对本地文件进行 IO 操作，主要方法如下所示：

public int read(ByteBuffer dst) ，从通道读取数据并放到缓冲区中

public int write(ByteBuffer src) ，把缓冲区的数据写到通道中

public long transferFrom(ReadableByteChannel src, long position, long count)，从目标通道中复制数据到当前通道

public long transferTo(long position, long count, WritableByteChannel target)，把数据从当前通道复制给目标通道

3.2.2案例

接下来我们通过 NIO 实现几个案例，分别演示一下本地文件的读、写和复制操作，并和 BIO 做个对比。

1.往本地文件中写数据

@Test
public void test1() throws Exception{ String str="hello,nio,我是博学谷";
FileOutputStream fos=new FileOutputStream("basic.txt"); FileChannel fc=fos.getChannel();
ByteBuffer buffer=ByteBuffer.allocate(1024); buffer.put(str.getBytes());
buffer.flip(); fc.write(buffer); fos.close();
}

NIO 中的通道是从输出流对象里通过 getChannel 方法获取到的，该通道是双向的，既可以读，又可以写。在往通道里写数据之前，必须通过 put 方法把数据存到 ByteBuffer 中，然后通过通道的 write 方法写数据。在 write 之前，需要调用 flip 方法翻转缓冲区，把内部重置到初始位置，这样在接下来写数据时才能把所有数据写到通道里。运行效果如下图所示：

2.从本地文件中读数据

@Test
public void test2() throws Exception{ File file=new File("basic.txt");
FileInputStream fis=new FileInputStream(file); FileChannel fc=fis.getChannel();
ByteBuffer buffer=ByteBuffer.allocate((int)file.length()); fc.read(buffer);
System.out.print(new String(buffer.array())); fis.close();
}

上述代码从输入流中获得一个通道，然后提供 ByteBuffer 缓冲区，该缓冲区的初始容量和文件的大小一样，最后通过通道的 read 方法把数据读取出来并存储到了 ByteBuffer 中。运行效果如下图所示：

3.复制文件

通过 BIO 复制一个视频文件，代码如下所示：

@Test
public void test3() throws Exception{
FileInputStream fis=new FileInputStream("C:\\Users\\zdx\\Desktop\\oracle.mov"); FileOutputStream fos=new FileOutputStream("d:\\oracle.mov");
byte[] b=new byte[1024]; while (true) {
int res=fis.read(b); if(res==-1){
break;
}
fos.write(b,0,res);
}
fis.close();
fos.close();
}

上述代码分别通过输入流和输出流实现了文件的复制，这是通过传统的 BIO 实现的，大

家都比较熟悉，不再多说。

通过 NIO 复制相同的视频文件，代码如下所示：

@Test
public void test4() throws Exception{
FileInputStream fis=new FileInputStream("C:\\Users\\zdx\\Desktop\\oracle.mov"); FileOutputStream fos=new FileOutputStream("d:\\oracle.mov");
FileChannel sourceCh = fis.getChannel(); FileChannel destCh = fos.getChannel(); destCh.transferFrom(sourceCh, 0, sourceCh.size()); sourceCh.close();
destCh.close();
}

上述代码分别从两个流中得到两个通道，sourceCh 负责读数据，destCh 负责写数据，然后直接调用 transferFrom 方法一步到位实现了文件复制。

3.3网络 IO

3.3.1概述和核心 API

前面在进行文件 IO 时用到的 FileChannel 并不支持非阻塞操作，学习 NIO 主要就是进行网络 IO，Java NIO 中的网络通道是非阻塞 IO 的实现，基于事件驱动，非常适用于服务器需要维持大量连接，但是数据交换量不大的情况，例如一些即时通信的服务等等…

在 Java 中编写 Socket 服务器，通常有以下几种模式：

一个客户端连接用一个线程，优点：程序编写简单；缺点：如果连接非常多，分配的线程也会非常多，服务器可能会因为资源耗尽而崩溃。

把每一个客户端连接交给一个拥有固定数量线程的连接池，优点：程序编写相对简单，可以处理大量的连接。确定：线程的开销非常大，连接如果非常多，排队现象会比较严重。

使用 Java 的 NIO，用非阻塞的 IO 方式处理。这种模式可以用一个线程，处理大量的客户端连接。

1.Selector(选择器)，能够检测多个注册的通道上是否有事件发生，如果有事件发生，便获取事件然后针对每个事件进行相应的处理。这样就可以只用一个单线程去管理多个通道，也就是管理多个连接。这样使得只有在连接真正有读写事件发生时，才会调用函数来进行读写，就大大地减少了系统开销，并且不必为每个连接都创建一个线程，不用去维护多个线程，并且避免了多线程之间的上下文切换导致的开销。

该类的常用方法如下所示：

public static Selector open()，得到一个选择器对象

public int select(long timeout)，监控所有注册的通道，当其中有 IO 操作可以进行时，将对应的 SelectionKey 加入到内部集合中并返回，参数用来设置超时时间

public Set selectedKeys()，从内部集合中得到所有的 SelectionKey

2.SelectionKey，代表了 Selector 和网络通道的注册关系,一共四种：

int OP_ACCEPT：有新的网络连接可以 accept，值为 16

int OP_CONNECT：代表连接已经建立，值为 8

int OP_READ 和 int OP_WRITE：代表了读、写操作，值为 1 和 4

该类的常用方法如下所示：

public abstract Selector selector()，得到与之关联的 Selector 对象

public abstract SelectableChannel channel()，得到与之关联的通道

public final Object attachment()，得到与之关联的共享数据

public abstract SelectionKey interestOps(int ops)，设置或改变监听事件

public final boolean isAcceptable()，是否可以 accept

public final boolean isReadable()，是否可以读

public final boolean isWritable()，是否可以写

3.ServerSocketChannel，用来在服务器端监听新的客户端 Socket 连接，常用方法如下所示：

public static ServerSocketChannel open()，得到一个 ServerSocketChannel 通道

public final ServerSocketChannel bind(SocketAddress local)，设置服务器端端口号

public final SelectableChannel configureBlocking(boolean block)，设置阻塞或非阻塞模式，取值 false 表示采用非阻塞模式

public SocketChannel accept()，接受一个连接，返回代表这个连接的通道对象

public final SelectionKey register(Selector sel, int ops)，注册一个选择器并设置监听事件

4.SocketChannel，网络 IO 通道，具体负责进行读写操作。NIO 总是把缓冲区的数据写入通道，或者把通道里的数据读到缓冲区。常用方法如下所示：

public static SocketChannel open()，得到一个 SocketChannel 通道

public final SelectableChannel configureBlocking(boolean block)，设置阻塞或非阻塞模式，取值 false 表示采用非阻塞模式

public boolean connect(SocketAddress remote)，连接服务器

public boolean finishConnect()，如果上面的方法连接失败，接下来就要通过该方法完成连接操作

public int write(ByteBuffer src)，往通道里写数据

public int read(ByteBuffer dst)，从通道里读数据

public final SelectionKey register(Selector sel, int ops, Object att)，注册一个选择器并设置监听事件，最后一个参数可以设置共享数据

public final void close()，关闭通道

3.3.2入门案例

API 学习完毕后，接下来我们使用 NIO 开发一个入门案例，实现服务器端和客户端之间的数据通信（非阻塞）。

//网络服务器端程序public class NIOServer {
public static void main(String[] args) throws Exception{
//1. 得到一个 ServerSocketChannel 对象 老大
ServerSocketChannel serverSocketChannel=ServerSocketChannel.open();
//2. 得到一个 Selector 对象	间谍
Selector selector=Selector.open();
//3. 绑定一个端口号
serverSocketChannel.bind(new InetSocketAddress(9999));
//4. 设置非阻塞方式
serverSocketChannel.configureBlocking(false);
//5. 把 ServerSocketChannel 对象注册给 Selector 对象
serverSocketChannel.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT);
//6. 干活
while(true){
//6.1 监控客户端
if(selector.select(2000)==0){ //nio 非阻塞式的优势System.out.println("Server:没有客户端搭理我，我就干点别的事"); continue;
}
//6.2 得到 SelectionKey,判断通道里的事件Iterator<SelectionKey> keyIterator=selector.selectedKeys().iterator(); while(keyIterator.hasNext()){
SelectionKey key=keyIterator.next(); if(key.isAcceptable()){ //客户端连接请求事件
System.out.println("OP_ACCEPT");
SocketChannel socketChannel=serverSocketChannel.accept(); socketChannel.configureBlocking(false); socketChannel.register(selector,SelectionKey.OP_READ, ByteBuffer.allocate(1024));
}
if(key.isReadable()){ //读取客户端数据事件SocketChannel channel=(SocketChannel) key.channel(); ByteBuffer buffer=(ByteBuffer) key.attachment(); channel.read(buffer);
System.out.println("客户端发来数据："+new String(buffer.array()));
}
// 6.3 手动从集合中移除当前 key,防止重复处理
keyIterator.remove();
}
}
}
}

上面代码用 NIO 实现了一个服务器端程序，能不断接受客户端连接并读取客户端发过来的数据。

//网络客户端程序public class NIOClient {
public static void main(String[] args) throws Exception{
//1. 得到一个网络通道
SocketChannel channel=SocketChannel.open();
//2. 设置非阻塞方式
channel.configureBlocking(false);
//3. 提供服务器端的 IP 地址和端口号
InetSocketAddress address=new InetSocketAddress("127.0.0.1",9999);
//4. 连接服务器端
if(!channel.connect(address)){
while(!channel.finishConnect()){ //nio 作为非阻塞式的优势
System.out.println("Client:连接服务器端的同时，我还可以干别的一些事情");
}
}
//5. 得到一个缓冲区并存入数据
String msg="hello,Server";
ByteBuffer writeBuf = ByteBuffer.wrap(msg.getBytes());
//6. 发送数据channel.write(writeBuf); System.in.read();
}
}

上面代码通过 NIO 实现了一个客户端程序，连接上服务器端后发送了一条数据，运行效果如下图所示：

3.3.3网络聊天案例

刚才我们通过 NIO 实现了一个入门案例，基本了解了 NIO 的工作方式和运行流程，接下来我们用 NIO 实现一个多人聊天案例，具体代码如下所示：

public class ChatServer { private Selector selector;

private ServerSocketChannel listenerChannel; private static final int PORT = 9999; //服务器端口

public ChatServer() { try {

// 得到选择器

selector = Selector.open();

// 打开监听通道

listenerChannel = ServerSocketChannel.open();

// 绑定端口

listenerChannel.bind(new InetSocketAddress(PORT));

// 设置为非阻塞模式

listenerChannel.configureBlocking(false);

// 将选择器绑定到监听通道并监听 accept 事件listenerChannel.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT); printInfo("Chat Server is ready");

} catch (IOException e) { e.printStackTrace();

}

public void start() { try {

while (true) { //不停轮询

int count = selector.select();//获取就绪channel if (count > 0) {

Iterator<SelectionKey> iterator = selector.selectedKeys().iterator(); while (iterator.hasNext()) {

SelectionKey key = iterator.next();

// 监听到 accept

if (key.isAcceptable()) {

SocketChannel sc = listenerChannel.accept();

//非阻塞模式sc.configureBlocking(false);

// 注册到选择器上并监听 read sc.register(selector, SelectionKey.OP_READ);

System.out.println(sc.getRemoteAddress().toString().substring(1)+"上线了");

//将此对应的 channel 设置为 accept,接着准备接受其他客户端请求

key.interestOps(SelectionKey.OP_ACCEPT);

}

//监听到 read

if (key.isReadable()) {

readMsg(key); //读取客户端发来的数据

}

} else {

}

//一定要把当前 key 删掉，防止重复处理

iterator.remove();

System.out.println("独自在寒风中等候...");

}

} catch (IOException e) { e.printStackTrace();

}

private void readMsg(SelectionKey key) { SocketChannel channel = null;

try {

// 得到关联的通道

channel = (SocketChannel) key.channel();

//设置 buffer 缓冲区

ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024);

//从通道中读取数据并存储到缓冲区中int count = channel.read(buffer);

//如果读取到了数据if (count > 0) {

//把缓冲区数据转换为字符串

String msg = new String(buffer.array()); printInfo(msg);

//将关联的 channel 设置为 read，继续准备接受数据key.interestOps(SelectionKey.OP_READ);

BroadCast(channel, msg); //向所有客户端广播数据

}

buffer.clear();

} catch (IOException e) { try {

//当客户端关闭 channel 时，进行异常如理

printInfo(channel.getRemoteAddress().toString().substring(1) + "下线了..."); key.cancel(); //取消注册

channel.close(); //关闭通道

} catch (IOException e1) {

e1.printStackTrace();

}

public void BroadCast(SocketChannel except, String msg) throws IOException {

System.out.println("发送广播...");

//广播数据到所有的 SocketChannel 中

for (SelectionKey key : selector.keys()) { Channel targetchannel = key.channel();

//排除自身

if (targetchannel instanceof SocketChannel && targetchannel != except) {

SocketChannel dest = (SocketChannel) targetchannel;

//把数据存储到缓冲区中

ByteBuffer buffer = ByteBuffer.wrap(msg.getBytes());

//往通道中写数据dest.write(buffer);

}

private void printInfo(String str) { //往控制台打印消息

SimpleDateFormat sdf = new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd HH:mm:ss");

System.out.println("[" + sdf.format(new Date()) + "] -> " + str);

}

public static void main(String[] args) {

ChatServer server = new ChatServer(); server.start();

}

上述代码使用 NIO 编写了一个聊天程序的服务器端，可以接受客户端发来的数据，并能把

数据广播给所有客户端。

public class ChatClient {
private final String HOST = "127.0.0.1"; //服务器地址private int PORT = 9999; //服务器端口
private Selector selector;
private SocketChannel socketChannel; private String userName;
public ChatClient() throws IOException {
//得到选择器
selector = Selector.open();
//连接远程服务器
socketChannel = SocketChannel.open(new InetSocketAddress("127.0.0.1", PORT));
//设置非阻塞socketChannel.configureBlocking(false);
// 注 册 选 择 器 并 设 置 为 read socketChannel.register(selector, SelectionKey.OP_READ);
//得到客户端 IP 地址和端口信息，作为聊天用户名使用
userName = socketChannel.getLocalAddress().toString().substring(1); System.out.println("---------------Client(" + userName + ") is ready	");
}
//向服务器端发送数据
public void sendMsg(String msg) throws Exception {
//如果控制台输入 bye 就关闭通道，结束聊天
if (msg.equalsIgnoreCase("bye")) { socketChannel.close(); socketChannel = null;
return;
}
msg = userName + "说: " + msg; try {
//往通道中写数据socketChannel.write(ByteBuffer.wrap(msg.getBytes()));
} catch (IOException e) { e.printStackTrace();
}
}
//从服务器端接收数据public void receiveMsg() {
try {
int readyChannels = selector.select(); if (readyChannels > 0) { //有可用通道
Set selectedKeys = selector.selectedKeys(); Iterator keyIterator = selectedKeys.iterator(); while (keyIterator.hasNext()) {
SelectionKey sk = (SelectionKey) keyIterator.next(); if (sk.isReadable()) {
//得到关联的通道
SocketChannel sc = (SocketChannel) sk.channel();
//得到一个缓冲区
ByteBuffer buff = ByteBuffer.allocate(1024);
//读取数据并存储到缓冲区sc.read(buff);
//把缓冲区数据转换成字符串
String msg = new String(buff.array()); System.out.println(msg.trim());
}
keyIterator.remove(); //删除当前SelectionKey，防止重复处理
}
} else {
System.out.println("人呢？都去哪儿了？没人聊天啊...");
}
} catch (IOException e) { e.printStackTrace();
}
}
}

上述代码通过 NIO 编写了一个聊天程序的客户端，可以向服务器端发送数据，并能接收服

务器广播的数据。

public class TestChat {
public static void main(String[] args) throws Exception {
//创建一个聊天客户端对象
ChatClient chatClient = new ChatClient();
new Thread() { //单独开一个线程不断的接收服务器端广播的数据public void run() {
while (true) {
chatClient.receiveMsg(); try { //间隔 3 秒
Thread.currentThread().sleep(3000);
} catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace();
}
}
}
}.start();
Scanner scanner = new Scanner(System.in);
//在控制台输入数据并发送到服务器端while (scanner.hasNextLine()) {
String msg = scanner.nextLine(); chatClient.sendMsg(msg);
}
}
}