`
kree
  • 浏览: 129256 次
  • 性别: Icon_minigender_1
  • 来自: 上海
社区版块
存档分类
最新评论

使用NIO实现非阻塞Socket通信

阅读更多

从JDK 1.4开始,Java提供的NIO API来开发高性能网络服务器,前面介绍的网络通信程序是基于阻塞式API的——即当程序执行输入、输出操作后,在这些操作返回之前会一直阻塞该线程,所以服务器必须为每个客户端都提供一条独立线程进行处理,当服务器需要同时处理大量客户端时,这种做法会导致性能下降。使用NIO API则可以让服务器使用一个或有限几个线程来同时处理连接到服务器上的所有客户端。

如果读者忘记了NIO里Channel、Buffer、Charset等API的概念和用法,读者可以再次阅读本书第15章关于新IO的内容。

Java的NIO为非阻塞式的Socket通信提供了如下几个特殊类:

Selector:它是SelectableChannel对象的多路复用器,所有希望采用非阻塞方式进行通信的Channel都应该注册到Selector对象。可通过调用此类的静态open()方法来创建Selector实例,该方法将使用系统默认的Selector来返回新的Selector。

Selector可以同时监控多个SelectableChannel的IO状况,是非阻塞IO的核心。一个Selector实例有3个SelectionKey的集合:

所有SelectionKey集合:代表了注册在该Selector上的Channel,这个集合可以通过keys()方法返回。

被选择的SelectionKey集合:代表了所有可通过select()方法监测到、需要进行IO处理的Channel,这个集合可以通过selectedKeys()返回。

被取消的SelectionKey集合:代表了所有被取消注册关系的Channel,在下一次执行select()方法时,这些Channel对应的SelectionKey会被彻底删除,程序通常无须直接访问该集合。

除此之外,Selector还提供了系列和select()相关的方法,如下所示:

int select():监控所有注册的Channel,当它们中间有需要处理的IO操作时,该方法返回,并将对应的SelectionKey加入被选择的SelectionKey集合中,该方法返回这些Channel的数量。

int select(long timeout):可以设置超时时长的select()操作。

int selectNow():执行一个立即返回的select()操作,相对于无参数的select()方法而言,该方法不会阻塞线程。

Selector wakeup():使一个还未返回的select()方法立刻返回。

SelectableChannel:它代表可以支持非阻塞IO操作的Channel对象,可以将其注册到Selector上,这种注册的关系由SelectionKey实例表示。
Selector对象提供了一个select()方法,该方法允许应用程序同时监控多个IO Channel。

应用程序可调用SelectableChannel 的register()方法将其注册到指定Selector上,当该Selector上某些SelectableChannel上有需要处理的IO操作时,程序可以调用Selector实例的select()方法获取它们的数量,并可以通过selectedKeys()方法返回它们对应的SelectKey集合——通过该集合就可以获取所有需要处理IO操作的SelectableChannel集。

SelectableChannel对象支持阻塞和非阻塞两种模式(所有channel默认都是阻塞模式),必须使用非阻塞式模式才可以利用非阻塞IO操作。
SelectableChannel提供了如下两个方法来设置和返回该Channel的模式状态:

SelectableChannel configureBlocking(boolean block):设置是否采用阻塞模式。

boolean isBlocking():返回该Channel是否是阻塞模式。

不同的SelectableChannel所支持的操作不一样,例如ServerSocketChannel代表一个ServerSocket,它就只支持OP_ACCEPT操作。
SelectableChannel提供如下方法来返回它支持的所有操作:

int validOps() :返回一个bit mask,表示这个channel上支持的IO操作。

在SelectionKey中,用静态常量定义了4种IO操作:OP_READ(1)、OP_WRITE(4)、OP_CONNECT(8)、OP_ACCEP(16),这四值任意2个、3个、4个进行按位或的结果和相加的结果相等,而且它们任意2个、3个、4个相加的结果总是互不相同,所以系统可以根据validOps()方法的返回值确定该SelectableChannel支持的操作。例如返回5,我们知道它支持读(1)和写(4)。

除此之外,SelectableChannel还提供了如下几个方法来获取它的注册状态:

boolean isRegistered():返回该Channel是否已注册在一个或多个Selector上。

SelectionKey keyFor(Selector sel):返回该Channel和sel Selector之间的注册关系,如果不存在注册关系,则返回null。

SelectionKey:该对象代表SelectableChannel和Selector之间的注册关系。

ServerSocketChannel:支持非阻塞操作,对应于java.net.ServerSocket这个类,提供了TCP协议IO接口,只支持OP_ACCEPT操作。该类也提供了accept()方法,功能相当于ServerSocket提供的accept()方法。

SocketChannel:支持非阻塞操作,对应于java.net.Socket这个类,提供了TCP协议IO接口,支持OP_CONNECT,OP_READ和OP_WRITE操作。这个类还实现了ByteChannel接口、ScatteringByteChannel接口和GatheringByteChannel接口,所以可以直接通过SocketChannel来读写ByteBuffer对象。

显示了使用NIO实现非阻塞式服务器的示意图:

图17.6

从图17.6中可以看出,服务器上所有Channel(包括ServerSocketChannel和SocketChannel)都需要向Selector注册,而该Selector则负责监视这些Socket的IO状态,当其中任意一个或多个Channel具有可用的IO操作时,该Selector的select()方法将会返回大于0的整数,该整数值就表示该Selector上有多少个Channel具有可用的IO操作,并提供了selectedKeys()方法来返回这些Channel对应的SelectionKey集合。正是通过Selector,使得服务器端只需要不断地调用Selector实例的select()方法即可知道当前所有Channel是否有需要处理的IO操作。

当Selector上注册的所有Channel都没有需要处理的IO操作时,select()方法将被阻塞,调用该方法的线程被阻塞。

本示例程序使用NIO实现了多人聊天室的功能,服务器使用循环不断获取Selector的select()方法返回值,当该返回值大于0时就处理该Selector上被选择SelectionKey所对应的Channel。

服务器端需要使用ServerSocketChannel来监听客户端的连接请求,Java中该类的设计比较糟糕:它不是ServerSocket的完整抽象,所以不能直接让该Channel监听某个端口;而且不允许使用ServerSoceket的getChannel()方法来获取ServerSocketChannel实例。程序必须先调用它的socket()方法获得关联ServerSocket对象,再用该ServerSocket对象绑定到来指定监听IP和端口。创建一个可用的ServerSocketChannel需采用如下代码片段:

//通过open方法来打开一个未绑定的ServerSocketChannel实例
ServerSocketChannel server = ServerSocketChannel.open();
InetSocketAddress isa = new InetSocketAddress("127.0.0.1", 30000); 
//将该ServerSocketChannel绑定到指定IP地址
server.socket().bind(isa);

 如果需要使用非阻塞方式来处理该ServerSocketChannel,还应该设置它的非阻塞模式,并将其注册到指定的Selector。如下代码片段:

//设置ServerSocket以非阻塞方式工作
server.configureBlocking(false);
//将server注册到指定Selector对象
server.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT);

 

分享到:
评论

相关推荐

    使用NIO实现非阻塞socket通信

    本项目利用NIO实现了一个简单的非阻塞socket通信的聊天工具,使得在高并发环境下,服务器能够同时处理多个客户端连接,提高系统性能。 1. **非阻塞I/O**: 在BIO模型中,读写操作是阻塞的,即当没有数据可读或无法...

    Nio非阻塞socket通信demo

    在这个“Nio非阻塞socket通信demo”中,我们可以深入理解NIO在Socket通信中的应用。 1. **Java NIO基础** - **通道(Channels)**:NIO的核心概念之一,通道是数据读写的目标或来源,如文件通道、套接字通道等。...

    JavaSocket学习---NIO实现非阻塞的通信

    在实际应用中,NIO非阻塞Socket通信适用于高并发场景,如聊天服务器、在线游戏服务器等。通过复用线程和非阻塞的I/O操作,服务器能够处理大量并发连接,且资源消耗相对较低。然而,NIO的编程模型比传统的阻塞I/O复杂...

    使用AIO实现非阻塞socket通信

    总之,通过这个使用AIO实现的非阻塞socket通信项目,我们可以学习到如何利用Java AIO进行高效的网络编程,理解和实践异步I/O模型,这对于构建高性能、高并发的网络应用至关重要。通过实际操作,你可以更好地理解非...

    用Java实现非阻塞通信

    用Java实现非阻塞通信 java.nio包提供了支持非阻塞通信的类,主要包括: ● ServerSocketChannel:ServerSocket的替代类,支持阻塞通信与非阻塞通信。 ● SocketChannel:Socket的替代类,支持阻塞通信与非阻塞通信...

    java nio 实现socket

    **NIO非阻塞模式**:相比之下,NIO采用了非阻塞模式,即当没有数据可读时,`read()`方法不会阻塞,而是立即返回。这意味着应用程序可以同时处理多个输入/输出操作,而不需要为每个操作分配一个独立的线程。这样的...

    Java Socket学习---nio实现阻塞多线程通信

    本篇文章将深入探讨如何使用Java NIO(非阻塞I/O)来实现阻塞多线程通信,这对于高性能服务器端应用尤其重要。我们将会分析`EchoServer.java`、`EchoClient.java`和`SocketUtils.java`这三个文件中的关键知识点。 ...

    阻塞通信和非阻塞通信的区别

    例如,在使用非阻塞Socket时,如果服务器没有响应,客户端可以继续执行其他操作,而不需要等待服务器响应。 在Java中,通过使用ServerSocketChannel、SocketChannel和Selector可以实现非阻塞通信。...

    采用NIO实现一个Socket服务器

    本篇将基于给定的标题“采用NIO实现一个Socket服务器”来详细阐述如何使用NIO进行Socket服务端的开发。 首先,理解NIO的核心概念: 1. **通道(Channel)**:通道是连接到I/O设备的途径,可以读取或写入数据。常见的...

    java解读NIOSocket非阻塞模式宣贯.pdf

    这个简单的Hello World示例展示了NIO非阻塞Socket的基本工作原理,但在实际应用中,通常还需要处理更复杂的逻辑,如错误处理、心跳检测、连接管理等。理解并熟练运用Java NIO,可以帮助开发者构建出更加高效和可扩展...

    自己写的Java NIO 同步不阻塞IO操作

    描述中提到的"用nio想的一个不阻塞NIOSocket例子"可能是一个Java NIO的Socket通信示例,利用NIO的Channel和Selector来实现客户端和服务器之间的非阻塞通信。通常,NIO中的SocketChannel用于网络通信,Selector用于...

    基于NIO非阻塞的java聊天demo(支持单聊和群聊)

    在这个基于NIO非阻塞的Java聊天demo中,我们将会看到如何利用NIO实现一个支持单聊和群聊的应用。 首先,NIO的核心组件包括Channel、Buffer、Selector和Pipe。在传统的IO模型中,数据是从流的一端流向另一端,而在...

    基于java NIO的socket通信demo

    总的来说,这个示例展示了如何使用Java NIO进行Socket通信,通过非阻塞的方式提高系统的并发处理能力。同时,它还演示了如何处理字符集问题,保证了跨平台数据交换的准确性。对于理解和实践Java NIO在网络编程中的...

    socket通信NIO代理模式demo实例

    在"socket通信NIO代理模式demo实例"中,你可以找到具体的代码实现,包括`Server`端和`Client`端的逻辑,以及如何使用`Selector`进行事件监听。通过对这个示例的学习,你可以深入理解NIO在代理模式中的应用,并能灵活...

    《NIO与Socket编程技术指南》_高洪岩

    Socket通信基于TCP/IP协议,确保数据的可靠传输,通过输入流和输出流进行数据交换。在实际应用中,Socket常用于实现分布式服务、聊天应用、文件传输等场景。 本书可能涵盖了以下主题: 1. NIO基础:介绍NIO的基本...

    Socket 之 BIO、NIO、Netty 简单实现

    在Java中,Socket通信涉及三种不同的模型:BIO(Blocking I/O)、NIO(Non-blocking I/O)和Netty,这些都是实现高并发、高性能网络服务的重要手段。 **1. Socket基础** Socket,通常被称为套接字,是网络通信的...

    java使用socket和c++通信

    在Java中,非阻塞Socket通信主要涉及`java.nio`包下的Selector、Channel和Buffer等核心组件。 实现Java和C++之间的通信,首先需要在Java端创建ServerSocket监听特定端口,等待客户端连接。当C++客户端使用Socket...

    java Socket通信实现

    - Java NIO(New I/O)库提供了非阻塞的Socket通信方式,提高了高并发场景下的性能。 - `java.nio.channels.SocketChannel`和`java.nio.channels.ServerSocketChannel`是NIO中的Socket实现。 9. **SSL/TLS安全套...

Global site tag (gtag.js) - Google Analytics