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试读
本文来源：
http://blog.objectspace.cn/
前
言
这段时间自己在看一些Java中BIO和NIO之类的东西，看了很多博客，发现各种关于NIO的概念说的天花乱坠头头是道，可以说是非常的完整
但是整个看下来之后，自己对NIO还是一知半解的状态，所以这篇文章不会提到很多的概念，而是站在一个实践的角度，写一些我自己关于NIO的见解
站在实践过后的高度下再回去看概念，应该对概念会有一个更好的理解。
实现一个简易单线程服务器
要讲明白BIO和NIO，首先我们应该自己实现一个简易的服务器，不用太复杂，单线程即可。
为什么使用单线程作为演示
因为在单线程环境下可以很好地对比出BIO和NIO的一个区别，当然我也会演示在实际环境中BIO的所谓一个请求对应一个线程的状况。
服务端
public class Server {
public static void main(String[] args) {
byte[] buffer = new byte[1024];
try {
ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(8080);
System.out.println("服务器已启动并监听8080端口");
while (true) {
System.out.println();
System.out.println("服务器正在等待连接...");
Socket socket = serverSocket.accept();
System.out.println("服务器已接收到连接请求...");
System.out.println();
System.out.println("服务器正在等待数据...");
socket.getInputStream().read(buffer);
System.out.println("服务器已经接收到数据");
System.out.println();
String content = new String(buffer);
System.out.println("接收到的数据:" + content);
}
} catch (IOException e) {
// TODO Auto-generated catch block
e.printStackTrace();
}
}
}
客户端
public class Consumer {
public static void main(String[] args) {
try {
Socket socket = new Socket("127.0.0.1",8080);
socket.getOutputStream().write("向服务器发数据".getBytes());
socket.close();
} catch (IOException e) {
// TODO Auto-generated catch block
e.printStackTrace();
}
}
}
代码解析
我们首先创建了一个服务端类，在类中实现实例化了一个SocketServer并绑定了8080端口。之后调用accept方法来接收连接请求，并且调用read方法来接收客户端发送的数据。最后将接收到的数据打印。
完成了服务端的设计后，我们来实现一个客户端，首先实例化Socket对象，并且绑定ip为127.0.0.1（本机），端口号为8080，调用write方法向服务器发送数据。
运行结果
当我们启动服务器，但客户端还没有向服务器发起连接时，控制台结果如下：
当客户端启动并向服务器发送数据后，控制台结果如下：
结论
从上面的运行结果，首先我们至少可以看到，在服务器启动后，客户端还没有连接服务器时，服务器由于调用了accept方法，将一直阻塞，直到有客户端请求连接服务器。
对客户端功能进行扩展
在上文中，我们实现的客户端的逻辑主要是，建立Socket --> 连接服务器 --> 发送数据，我们的数据是在连接服务器之后就立即发送的
现在我们来对客户端进行一次扩展，当我们连接服务器后，不立即发送数据，而是等待控制台手动输入数据后，再发送给服务端。（服务端代码保持不变）
代码
public class Consumer {
public static void main(String[] args) {
try {
Socket socket = new Socket("127.0.0.1",8080);
String message = null;
Scanner sc = new Scanner(System.in);
message = sc.next();
socket.getOutputStream().write(message.getBytes());
socket.close();
sc.close();
} catch (IOException e) {
// TODO Auto-generated catch block
e.printStackTrace();
}
}
}
测试
当服务端启动，客户端还没有请求连接服务器时，控制台结果如下：
当服务端启动，客户端连接服务端，但没有发送数据时，控制台结果如下：
当服务端启动，客户端连接服务端，并且发送数据时，控制台结果如下：
结论
从上文的运行结果中我们可以看到，服务器端在启动后，首先需要等待客户端的连接请求（第一次阻塞），如果没有客户端连接，服务端将一直阻塞等待
然后当客户端连接后，服务器会等待客户端发送数据（第二次阻塞），如果客户端没有发送数据，那么服务端将会一直阻塞等待客户端发送数据。
服务端从启动到收到客户端数据的这个过程，将会有两次阻塞的过程。这就是BIO的非常重要的一个特点，
BIO会产生两次阻塞，第一次在等待连接时阻塞，第二次在等待数据时阻塞。
BIO
在单线程条件下BIO的弱点
在上文中，我们实现了一个简易的服务器，这个简易的服务器是以单线程运行的
其实我们不难看出，当我们的服务器接收到一个连接后，并且没有接收到客户端发送的数据时，是会阻塞在read()方法中的，那么此时如果再来一个客户端的请求，服务端是无法进行响应的。
换言之，在不考虑多线程的情况下，BIO是无法处理多个客户端请求的。
BIO如何处理并发
在刚才的服务器实现中，我们实现的是单线程版的BIO服务器，不难看出，单线程版的BIO并不能处理多个客户端的请求，那么如何能使BIO处理多个客户端请求呢。
其实不难想到，我们只需要在每一个连接请求到来时，创建一个线程去执行这个连接请求，就可以在BIO中处理多个客户端请求了
这也就是为什么BIO的其中一条概念是
服务器实现模式为一个连接一个线程，即客户端有连接请求时服务器端就需要启动一个线程进行处理。
多线程BIO服务器简易实现
public class Server {
public static void main(String[] args) {
byte[] buffer = new byte[1024];
try {
ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(8080);
System.out.println("服务器已启动并监听8080端口");
while (true) {
System.out.println();
System.out.println("服务器正在等待连接...");
Socket socket = serverSocket.accept();
new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
System.out.println("服务器已接收到连接请求...");
System.out.println();
System.out.println("服务器正在等待数据...");
try {
socket.getInputStream().read(buffer);
} catch (IOException e) {
// TODO Auto-generated catch block
e.printStackTrace();
}
System.out.println("服务器已经接收到数据");
System.out.println();
String content = new String(buffer);
System.out.println("接收到的数据:" + content);
}
}).start();
}
} catch (IOException e) {
// TODO Auto-generated catch block
e.printStackTrace();
}
}
}
运行结果
很明显，现在我们的服务器的状态就是一个线程对应一个请求，换言之，服务器为每一个连接请求都创建了一个线程来处理。
多线程BIO服务器的弊端
多线程BIO服务器虽然解决了单线程BIO无法处理并发的弱点，但是也带来一个问题：
如果有大量的请求连接到我们的服务器上，但是却不发送消息，那么我们的服务器也会为这些不发送消息的请求创建一个单独的线程，那么如果连接数少还好，连接数一多就会对服务端造成极大的压力。
所以如果这种不活跃的线程比较多，我们应该采取单线程的一个解决方案，但是单线程又无法处理并发，这就陷入了一种很矛盾的状态，于是就有了NIO。
NIO
NIO的引入
我们先来看看单线程模式下BIO服务器的代码，其实NIO需要解决的最根本的问题就是存在于BIO中的两个阻塞，分别是等待连接时的阻塞和等待数据时的阻塞。
public class Server {
public static void main(String[] args) {
byte[] buffer = new byte[1024];
try {
ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(8080);
System.out.println("服务器已启动并监听8080端口");
while (true) {
System.out.println();
System.out.println("服务器正在等待连接...");
//阻塞1：等待连接时阻塞
Socket socket = serverSocket.accept();
System.out.println("服务器已接收到连接请求...");
System.out.println();
System.out.println("服务器正在等待数据...");
//阻塞2：等待数据时阻塞
socket.getInputStream().read(buffer);
System.out.println("服务器已经接收到数据");
System.out.println();
String content = new String(buffer);
System.out.println("接收到的数据:" + content);
}
} catch (IOException e) {
// TODO Auto-generated catch block
e.printStackTrace();
}
}
}
我们需要再老调重谈的一点是，如果单线程服务器在等待数据时阻塞，那么第二个连接请求到来时，服务器是无法响应的。
如果是多线程服务器，那么又会有为大量空闲请求产生新线程从而造成线程占用系统资源，线程浪费的情况。
那么我们的问题就转移到，如何让单线程服务器在等待客户端数据到来时，依旧可以接收新的客户端连接请求。
模拟NIO解决方案
如果要解决上文中提到的单线程服务器接收数据时阻塞，而无法接收新请求的问题，那么其实可以让服务器在等待数据时不进入阻塞状态，问题不就迎刃而解了吗？
第一种解决方案（等待连接时和等待数据时不阻塞）
public
class Server {
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
ByteBuffer byteBuffer = ByteBuffer.allocate(1024);
try {
//Java为非阻塞设置的类
ServerSocketChannel serverSocketChannel = ServerSocketChannel.open();
serverSocketChannel.bind(new InetSocketAddress(8080));
//设置为非阻塞
serverSocketChannel.configureBlocking(false);
while(true) {
SocketChannel socketChannel = serverSocketChannel.accept();
if(socketChannel==null) {
//表示没人连接
System.out.println("正在等待客户端请求连接...");
Thread.sleep(5000);
}else {
System.out.println("当前接收到客户端请求连接...");
}
if(socketChannel!=null) {
//设置为非阻塞
socketChannel.configureBlocking(false);
byteBuffer.flip();//切换模式 写-->读
int effective = socketChannel.read(byteBuffer);
if(effective!=0) {
String content = Charset.forName("utf-8").decode(byteBuffer).toString();
System.out.println(content);
}else {
System.out.println("当前未收到客户端消息");
}
}
}
} catch (IOException e) {
// TODO Auto-generated catch block
e.printStackTrace();
}
}
}
运行结果
不难看出，在这种解决方案下，虽然在接收客户端消息时不会阻塞，但是又开始重新接收服务器请求，用户根本来不及输入消息，服务器就转向接收别的客户端请求了，换言之，服务器弄丢了当前客户端的请求。
解决方案二（缓存Socket，轮询数据是否准备好）
public class Server {
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
ByteBuffer byteBuffer = ByteBuffer.allocate(1024);
List socketList = new ArrayList();
try {
//Java为非阻塞设置的类
ServerSocketChannel serverSocketChannel = ServerSocketChannel.open();
serverSocketChannel.bind(new InetSocketAddress(8080));
//设置为非阻塞
serverSocketChannel.configureBlocking(false);
while(true) {
SocketChannel socketChannel = serverSocketChannel.accept();
if(socketChannel==null) {
//表示没人连接
System.out.println("正在等待客户端请求连接...");
Thread.sleep(5000);
}else {
System.out.println("当前接收到客户端请求连接...");
socketList.add(socketChannel);
}
for(SocketChannel socket:socketList) {
socket.configureBlocking(false);
int effective = socket.read(byteBuffer);
if(effective!=0) {
byteBuffer.flip();//切换模式 写-->读
