Java 非阻塞I/O使用方法

绝大部分知识与实例来自O'REILLY的《Java网络编程》（Java Network Programming,Fourth Edition,by Elliotte Rusty Harold(O'REILLY)）。

非阻塞I/O简介

非阻塞I/O（NIO）是处理高并发的一种手段。在高并发的情况下，创建和回收线程以及在线程间切换的开销变得不容忽视，此时就可以使用非阻塞I/O技术。这种技术的核心思想是每次选取一个准备好的连接，尽快地填充这个连接所能管理的尽可能多的数据，然后转向下一个准备好的连接。

利用非阻塞I/O实现的客户端

一般情况下，客户端不会需要处理很高数量的并发连接。事实上，非阻塞I/O主要是为服务器设计的，但它也可以用在客户端上。由于客户端的设计相比服务器容易，因此下面先用客户端来进行简单演示。

首先介绍通道（channel）和缓冲区。非阻塞I/O中使用SocketChannel类创建连接。要获取SocketChannel对象，需要将一个SocketAddress对象（通常会使用它的子类InetSocketAddress）传入它的静态工厂方法open()中。下面为一个示例：

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

open()方法是阻塞的，因此这之后的代码在连接建立之前不会执行。如果连接无法建立，会抛出一个IOException异常。

连接建立之后就需要获取输入和输出。不同于传统的getInputStream()与getOutputStream()，利用通道，你可以直接写入通道本身。不是写入字节数组，而是要写入一个ByteBuffer对象。ByteBuffer对象通过ByteBuffer.allocate(int capacity)获取，capacity为缓冲区大小，单位为字节：

ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(74);

获得ByteBuffer对象后，将其传递给SocketChannel对象的read()方法，SocketChannel对象会用从Socket读取的数据填充这个缓冲区。read()方法返回成功读取并储存在缓冲区中的字节数。默认情况下，它会至少读取一个字节，或者返回-1指示数据结束，没有字节可用时阻塞。这与InputStream的行为大致相同。但如果设置成非阻塞模式，没有字节可用时它会立即返回0，不会阻塞。

现在假定缓冲区内已经有了一些数据，之后就需要将它们提取出来。可以使用传统的方式，先将数据写入一个字节数组，之后再写入一个输出流中。这里介绍一种完全基于通道的方法：利用Channels工具类将输出流封装到一个通道中：

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

上面的代码将System.out封装入一个通道中。这之后就可以进行输出了。ByteBuffer对象在每次输出之前，需要调用一下它的flip()方法，使得通道从开头开始读。在读写完毕后，还需要调用它的clear()方法，重置缓冲区的状态。下面是进行一次数据输出的代码：

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

实例1：利用非阻塞I/O实现的CharGenerator（字符生成器）客户端

服务器代码：

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();
  }
}

客户端代码：

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();
}
输出（无限循环）：
]^_`abcdefghijklmnopqrstuvwxyz{|}~!"#$%&'()*+,-./0123456789:;<=>?@ABCDEF
^_`abcdefghijklmnopqrstuvwxyz{|}~!"#$%&'()*+,-./0123456789:;<=>?@ABCDEFG
_`abcdefghijklmnopqrstuvwxyz{|}~!"#$%&'()*+,-./0123456789:;<=>?@ABCDEFGH
`abcdefghijklmnopqrstuvwxyz{|}~!"#$%&'()*+,-./0123456789:;<=>?@ABCDEFGHI
abcdefghijklmnopqrstuvwxyz{|}~!"#$%&'()*+,-./0123456789:;<=>?@ABCDEFGHIJ
bcdefghijklmnopqrstuvwxyz{|}~!"#$%&'()*+,-./0123456789:;<=>?@ABCDEFGHIJK

启用非阻塞模式

上面的程序和使用输入/输出流的传统方式并没有太大差别。不过，可以调用ServerSocket的configureBlocking(false)方法将其设置为非阻塞模式。这个模式下，如果没有可用的数据，read()方法会立即返回，这让客户端可以去做其他事情。不过，由于read()方法在读不到数据时会返回0，读取数据的循环需要做一些改动：

while(true){
  //这里可以写每次循环都要做的事，无论有没有读到数据
  int n = client.read(buffer);
  if(n > 0){
    buffer.flip();
    out.write(buffer);
    buffer.clear();
  }else if (n == -1) {
    //除非服务器故障，否则不会发生
    break;
  }
}

总结

以上就是本文关于Java 非阻塞I/O使用方法的全部内容，希望对大家有所帮助。欢迎各位参阅：Java网络编程基础篇之单向通信， Java使用代理进行网络连接方法示例等，有什么问题可以随时留言，小编会及时回复大家。感谢大家对本站的支持！