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Java 非阻塞I/O使用方法

發(fā)布時(shí)間：2020-09-18 10:34:47 來源：腳本之家 閱讀：176 作者：swt369 欄目：編程語言

絕大部分知識(shí)與實(shí)例來自O(shè)'REILLY的《Java網(wǎng)絡(luò)編程》（Java Network Programming,Fourth Edition,by Elliotte Rusty Harold(O'REILLY)）。

非阻塞I/O簡介

非阻塞I/O（NIO）是處理高并發(fā)的一種手段。在高并發(fā)的情況下，創(chuàng)建和回收線程以及在線程間切換的開銷變得不容忽視，此時(shí)就可以使用非阻塞I/O技術(shù)。這種技術(shù)的核心思想是每次選取一個(gè)準(zhǔn)備好的連接，盡快地填充這個(gè)連接所能管理的盡可能多的數(shù)據(jù)，然后轉(zhuǎn)向下一個(gè)準(zhǔn)備好的連接。

利用非阻塞I/O實(shí)現(xiàn)的客戶端

一般情況下，客戶端不會(huì)需要處理很高數(shù)量的并發(fā)連接。事實(shí)上，非阻塞I/O主要是為服務(wù)器設(shè)計(jì)的，但它也可以用在客戶端上。由于客戶端的設(shè)計(jì)相比服務(wù)器容易，因此下面先用客戶端來進(jìn)行簡單演示。

首先介紹通道（channel）和緩沖區(qū)。非阻塞I/O中使用SocketChannel類創(chuàng)建連接。要獲取SocketChannel對(duì)象，需要將一個(gè)SocketAddress對(duì)象（通常會(huì)使用它的子類InetSocketAddress）傳入它的靜態(tài)工廠方法open()中。下面為一個(gè)示例：

SocketAddress address = new InetSocketAddress("127.0.0.1", 19);
SocketChannel client = SocketChannel.open(address);

open()方法是阻塞的，因此這之后的代碼在連接建立之前不會(huì)執(zhí)行。如果連接無法建立，會(huì)拋出一個(gè)IOException異常。

連接建立之后就需要獲取輸入和輸出。不同于傳統(tǒng)的getInputStream()與getOutputStream()，利用通道，你可以直接寫入通道本身。不是寫入字節(jié)數(shù)組，而是要寫入一個(gè)ByteBuffer對(duì)象。ByteBuffer對(duì)象通過ByteBuffer.allocate(int capacity)獲取，capacity為緩沖區(qū)大小，單位為字節(jié)：

ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(74);

獲得ByteBuffer對(duì)象后，將其傳遞給SocketChannel對(duì)象的read()方法，SocketChannel對(duì)象會(huì)用從Socket讀取的數(shù)據(jù)填充這個(gè)緩沖區(qū)。read()方法返回成功讀取并儲(chǔ)存在緩沖區(qū)中的字節(jié)數(shù)。默認(rèn)情況下，它會(huì)至少讀取一個(gè)字節(jié)，或者返回-1指示數(shù)據(jù)結(jié)束，沒有字節(jié)可用時(shí)阻塞。這與InputStream的行為大致相同。但如果設(shè)置成非阻塞模式，沒有字節(jié)可用時(shí)它會(huì)立即返回0，不會(huì)阻塞。

現(xiàn)在假定緩沖區(qū)內(nèi)已經(jīng)有了一些數(shù)據(jù)，之后就需要將它們提取出來?？梢允褂脗鹘y(tǒng)的方式，先將數(shù)據(jù)寫入一個(gè)字節(jié)數(shù)組，之后再寫入一個(gè)輸出流中。這里介紹一種完全基于通道的方法：利用Channels工具類將輸出流封裝到一個(gè)通道中：

WritableByteChannel out = Channels.newChannel(System.out);

上面的代碼將System.out封裝入一個(gè)通道中。這之后就可以進(jìn)行輸出了。ByteBuffer對(duì)象在每次輸出之前，需要調(diào)用一下它的flip()方法，使得通道從開頭開始讀。在讀寫完畢后，還需要調(diào)用它的clear()方法，重置緩沖區(qū)的狀態(tài)。下面是進(jìn)行一次數(shù)據(jù)輸出的代碼：

buffer.flip();
out.write(buffer);
buffer.clear();

實(shí)例1：利用非阻塞I/O實(shí)現(xiàn)的CharGenerator（字符生成器）客戶端

服務(wù)器代碼：

public static void createCharGeneratorServer(){
  try(ServerSocket server = new ServerSocket(19)){
    while(true){
      try(Socket connection = server.accept()){
        OutputStream out = connection.getOutputStream();
        int firstPrintableCharacter = 33;
        int numberOfPrintableCharacter = 94;
        int numberOfCharactersPerLine = 72;
        int start = firstPrintableCharacter;
        while(true){
          for(int i = start ;
              i < start + numberOfCharactersPerLine ; i++){
            out.write
            (firstPrintableCharacter + (i - firstPrintableCharacter) % numberOfPrintableCharacter);
          }
          out.write('\r');
          out.write('\n');
          start = firstPrintableCharacter + (start + 1 - firstPrintableCharacter) % numberOfPrintableCharacter;
        }
      }catch (IOException e) {
        e.printStackTrace();
      }
    }
  } catch (IOException e) {
    e.printStackTrace();
  }
}

客戶端代碼：

try {
  SocketAddress address = new InetSocketAddress("127.0.0.1", 19);
  SocketChannel client = SocketChannel.open(address);
  ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(74);
    WritableByteChannel out = Channels.newChannel(System.out);
  while(client.read(buffer) != -1){
    buffer.flip();
    out.write(buffer);
    buffer.clear();
  }
} catch (IOException e) {
  e.printStackTrace();
}
輸出（無限循環(huán)）：
]^_`abcdefghijklmnopqrstuvwxyz{|}~!"#$%&'()*+,-./0123456789:;<=>?@ABCDEF
^_`abcdefghijklmnopqrstuvwxyz{|}~!"#$%&'()*+,-./0123456789:;<=>?@ABCDEFG
_`abcdefghijklmnopqrstuvwxyz{|}~!"#$%&'()*+,-./0123456789:;<=>?@ABCDEFGH
`abcdefghijklmnopqrstuvwxyz{|}~!"#$%&'()*+,-./0123456789:;<=>?@ABCDEFGHI
abcdefghijklmnopqrstuvwxyz{|}~!"#$%&'()*+,-./0123456789:;<=>?@ABCDEFGHIJ
bcdefghijklmnopqrstuvwxyz{|}~!"#$%&'()*+,-./0123456789:;<=>?@ABCDEFGHIJK

啟用非阻塞模式

上面的程序和使用輸入/輸出流的傳統(tǒng)方式并沒有太大差別。不過，可以調(diào)用ServerSocket的configureBlocking(false)方法將其設(shè)置為非阻塞模式。這個(gè)模式下，如果沒有可用的數(shù)據(jù)，read()方法會(huì)立即返回，這讓客戶端可以去做其他事情。不過，由于read()方法在讀不到數(shù)據(jù)時(shí)會(huì)返回0，讀取數(shù)據(jù)的循環(huán)需要做一些改動(dòng)：

while(true){
  //這里可以寫每次循環(huán)都要做的事，無論有沒有讀到數(shù)據(jù)
  int n = client.read(buffer);
  if(n > 0){
    buffer.flip();
    out.write(buffer);
    buffer.clear();
  }else if (n == -1) {
    //除非服務(wù)器故障，否則不會(huì)發(fā)生
    break;
  }
}

總結(jié)

以上就是本文關(guān)于Java 非阻塞I/O使用方法的全部內(nèi)容，希望對(duì)大家有所幫助。歡迎各位參閱：Java網(wǎng)絡(luò)編程基礎(chǔ)篇之單向通信，  Java使用代理進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)連接方法示例等，有什么問題可以隨時(shí)留言，小編會(huì)及時(shí)回復(fù)大家。感謝大家對(duì)本站的支持！

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