【Netty】Java NIO 基础

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爱吃糖的范同学 发表于 2023/02/11 20:41:54 2023/02/11
【摘要】 Netty本质是一个NIO框架，适用于服务器通讯相关的多种应用场景。 Netty作为一款基于Java开发的高性能网络框架，想要从认识到熟悉再到掌握最终理解，因此我们需要从最基础的NIO开始学习。如果你已经学习并掌握了NIO相关知识，那么可以直接进入Netty相关文章的学习；如果没有了解过也没有关系，那我们就从当前文章开始学习吧！🎉🎉🎉


✏️ 写在前面的话：

Netty本质是一个NIO框架，适用于服务器通讯相关的多种应用场景。

Netty作为一款基于Java开发的高性能网络框架，想要从认识到熟悉再到掌握最终理解，因此我们需要从最基础的NIO开始学习。如果你已经学习并掌握了NIO相关知识，那么可以直接进入Netty相关文章的学习；如果没有了解过也没有关系，那我们就从当前文章开始学习吧！🎉🎉🎉


这里我们先简单了解一下这一篇文章中我们将要学习的内容：

  • 首先是NIO的基本介绍，了解NIO的三大组件
  • ByteBuffer 字节缓冲区的基本使用
  • FileChannel 文件通道的基本使用
  • 文件编程基础
  • 网络编程基础
  • Selecter 选择器的基本使用


如果你已经学习过其中某些部分，当然你可以挑选其中某些章节进行回顾复习，也可以参考学习一下其他部分内容。

1.NIO 概述：

Java NIO（New IO或 Non Blocking IO）是从Java 1.4 版本开始引入的一个新的 IO API，可以替代标准的Java IO API。NIO支持面向缓冲区的、基于通道的IO操作。NIO将以更加高效的方式进行文件的读写操作。（NIO非阻塞 IO操作）

1.1 NIO 三大组件：

1.1.1 通道（Channel）：

Channel是读写数据的双向通道，可以从 Channel 将数据读入 Buffer，也可以将 Buffer 中的数据写出到 Channel。Channel 类似于Stream，但是 Stream 输入输出流一般是单向传递，而Channel是双向传递的，既可以输出又可以输入）

常见的 Channel 有：

  • FileChannel
  • DatagramChannel
  • SocketChannel
  • ServerSocketChannel

1.1.2 缓冲区（Buffer）：

Buffer 则用来缓冲读写数据，常见的 Buffer 有

  • ByteBuffer
    • MappedByteBuffer
    • DirectByteBuffer
    • HeapByteBuffer
  • ShortBuffer
  • IntBuffer
  • LongBuffer
  • FloatBuffer
  • DoubleBuffer
  • CharBuffer

1.1.3 选择器（Selector）：

我们从服务器端的设置方案来思考Selector的作用：

⚠️ 多线程版：

多线程版本设计是针对服务器端每接收到一个客户端的Socket连接都会创建一个新的线程进行业务处理。这样设计的问题就在于对服务而言：

  • 服务器系统内存占用太高。每一个线程只对当前连接处理，如果连接处于长时间等待状态，而不执行任何业务逻辑，那么这样的连接线程就是一种资源的浪费。
  • 线程上下文切换成本高。创建线程和销毁线程会消费过多的系统资源，如果大部分连接是短连接（处理业务时间端，数量大），很容造成服务器应资源消耗而宕机。
  • 只适合连接数少的场景。


⚠️ 线程池版：

我们可以使用线程池来维护线程，保证了在一定程度下节省了系统创建和销毁线程的资源浪费。但是基础线程池的问题在于，线程工作处于阻塞模式下，一个线程仍然只能处理一个 Socket 连接。只适合短连接场景。


⚠️ Selector 版：

Selector 的作用就是配合一个线程来管理多个 Channel，获取这些 Channel 上发生的事件，这些 Channel 工作在非阻塞模式下，不会让线程吊死在一个 Channel 上。适合连接数特别多，但流量低的场景（low traffic）

调用 Selector 的 Select() 会阻塞直到 Channel 发生了读写就绪事件，这些事件发生，Select 方法就会返回这些事件交给 Thread 来处理。

1.2 依赖引入：

Netty 核心依赖：

<dependency>
    <groupId>io.netty</groupId>
    <artifactId>netty-all</artifactId>
    <version>4.1.49.Final</version>
</dependency>

其他依赖：

<dependency>
    <groupId>org.projectlombok</groupId>
    <artifactId>lombok</artifactId>
    <version>1.18.24</version>
</dependency>

<dependency>
    <groupId>com.google.code.gson</groupId>
    <artifactId>gson</artifactId>
    <version>2.8.7</version>
</dependency>

<dependency>
    <groupId>com.google.guava</groupId>
    <artifactId>guava</artifactId>
    <version>20.0</version>
</dependency>

<dependency>
    <groupId>ch.qos.logback</groupId>
    <artifactId>logback-classic</artifactId>
    <version>1.2.11</version>
</dependency>

2.ByteBuffer 字节缓冲区：

⚠️ Buffer 是非线程安全

2.1 ByteBuffer 基本使用：

  1. 向 Buffer 写入数据，例如调用channel.read(buffer)
  2. 调用filp()切换至读模式
  3. 从 buffer 中读取数据，例如调用buffer.get()
  4. 调用clear()或者compact()切换至写模式
  5. 重复 1~4 步骤


这里有一个使用场景，我们将文件中的数据读到内存，然后在控制台进行输出：

  1. 创建一个文本文件：

注意：Maven工程读取文件相对路径是基于当前模块。

1234567890abc
  1. 编写测试类：

使用 FileChannel 来读取文件内容

@Slf4j
public class TestByteBuffer {
    public static void main(String[] args) {
        // 由于是对文件进行读写操作，所以选择使用FileChannel
        // 1.创建输入流将文件写入到FileChannel中，通过输入流获取通道：
        // JDK7异常处理新特性
        try (FileChannel channel = new FileInputStream("D:\\Project\\NettyTest\\data.txt").getChannel()) {
            // 2.声明缓冲区，设置容量大小为10个字节：
            ByteBuffer byteBuffer = ByteBuffer.allocate(10);
            // 循环从通道中读取数据：
            while (true) {
                // 3.把通道中的数据读入缓冲区：
                int len = channel.read(byteBuffer);
                log.info("读取到的字节数：{}", len);
                if (len == -1) break;

                // 4.切换缓冲区读写模式，将数据写出：
                byteBuffer.flip();
                while (byteBuffer.hasRemaining()) {
                    byte b = byteBuffer.get();
                    log.info("读取到的字节：{}", (char)b);
                }

                // 5.切换缓冲区为写模式：
                byteBuffer.clear();
            }
        } catch (IOException e) {
            log.error(e.getMessage());
        }
    }
}
  1. 输出：
12:12:47.143 [main] INFO wiki.csbox.TestByteBuffer - 读取到的字节数：10
12:12:47.146 [main] INFO wiki.csbox.TestByteBuffer - 读取到的字节：1
12:12:47.146 [main] INFO wiki.csbox.TestByteBuffer - 读取到的字节：2
12:12:47.146 [main] INFO wiki.csbox.TestByteBuffer - 读取到的字节：3
12:12:47.146 [main] INFO wiki.csbox.TestByteBuffer - 读取到的字节：4
12:12:47.146 [main] INFO wiki.csbox.TestByteBuffer - 读取到的字节：5
12:12:47.146 [main] INFO wiki.csbox.TestByteBuffer - 读取到的字节：6
12:12:47.146 [main] INFO wiki.csbox.TestByteBuffer - 读取到的字节：7
12:12:47.147 [main] INFO wiki.csbox.TestByteBuffer - 读取到的字节：8
12:12:47.147 [main] INFO wiki.csbox.TestByteBuffer - 读取到的字节：9
12:12:47.147 [main] INFO wiki.csbox.TestByteBuffer - 读取到的字节：0
12:12:47.147 [main] INFO wiki.csbox.TestByteBuffer - 读取到的字节数：3
12:12:47.147 [main] INFO wiki.csbox.TestByteBuffer - 读取到的字节：a
12:12:47.147 [main] INFO wiki.csbox.TestByteBuffer - 读取到的字节：b
12:12:47.147 [main] INFO wiki.csbox.TestByteBuffer - 读取到的字节：c
12:12:47.147 [main] INFO wiki.csbox.TestByteBuffer - 读取到的字节数：-1

2.2 ByteBuffer 内部结构：

ByteBuffer 有三个重要的属性：

  • capacity：当前声明的缓冲区容量
  • position：当前缓冲区的读写指针索引位置
  • limit：当前缓冲区的写入限制

2.2.1 ByteBuffer 读写流程：

  1. 初始化缓冲区时状态：

  1. 写模式下，position 是写入位置，limit 等于容量，下图表示写入了 4 个字节后的状态

  1. flip 动作发生后，position 切换为读取位置，limit 切换为读取限制：

  1. 读取 4 个字节后，状态：

  1. clear 动作发生后，状态：

  1. compact 方法，是把未读完的部分向前压缩，然后切换至写模式：

2.3 ByteBuffer 调试工具类：

💡 使用这个工具类提供的方法可以查看 ByteBuffer 缓冲区中的属性变化情况。

注意：使用改工具类时，需要引入Netty依赖

import io.netty.util.internal.StringUtil;

import java.nio.ByteBuffer;

import static io.netty.util.internal.MathUtil.isOutOfBounds;
import static io.netty.util.internal.StringUtil.NEWLINE;

public class ByteBufferUtil {
    private static final char[] BYTE2CHAR = new char[256];
    private static final char[] HEXDUMP_TABLE = new char[256 * 4];
    private static final String[] HEXPADDING = new String[16];
    private static final String[] HEXDUMP_ROWPREFIXES = new String[65536 >>> 4];
    private static final String[] BYTE2HEX = new String[256];
    private static final String[] BYTEPADDING = new String[16];

    static {
        final char[] DIGITS = "0123456789abcdef".toCharArray();
        for (int i = 0; i < 256; i++) {
            HEXDUMP_TABLE[i << 1] = DIGITS[i >>> 4 & 0x0F];
            HEXDUMP_TABLE[(i << 1) + 1] = DIGITS[i & 0x0F];
        }

        int i;

        // Generate the lookup table for hex dump paddings
        for (i = 0; i < HEXPADDING.length; i++) {
            int padding = HEXPADDING.length - i;
            StringBuilder buf = new StringBuilder(padding * 3);
            for (int j = 0; j < padding; j++) {
                buf.append("   ");
            }
            HEXPADDING[i] = buf.toString();
        }

        // Generate the lookup table for the start-offset header in each row (up to 64KiB).
        for (i = 0; i < HEXDUMP_ROWPREFIXES.length; i++) {
            StringBuilder buf = new StringBuilder(12);
            buf.append(NEWLINE);
            buf.append(Long.toHexString(i << 4 & 0xFFFFFFFFL | 0x100000000L));
            buf.setCharAt(buf.length() - 9, '|');
            buf.append('|');
            HEXDUMP_ROWPREFIXES[i] = buf.toString();
        }

        // Generate the lookup table for byte-to-hex-dump conversion
        for (i = 0; i < BYTE2HEX.length; i++) {
            BYTE2HEX[i] = ' ' + StringUtil.byteToHexStringPadded(i);
        }

        // Generate the lookup table for byte dump paddings
        for (i = 0; i < BYTEPADDING.length; i++) {
            int padding = BYTEPADDING.length - i;
            StringBuilder buf = new StringBuilder(padding);
            for (int j = 0; j < padding; j++) {
                buf.append(' ');
            }
            BYTEPADDING[i] = buf.toString();
        }

        // Generate the lookup table for byte-to-char conversion
        for (i = 0; i < BYTE2CHAR.length; i++) {
            if (i <= 0x1f || i >= 0x7f) {
                BYTE2CHAR[i] = '.';
            } else {
                BYTE2CHAR[i] = (char) i;
            }
        }
    }

    /**
     * 打印所有内容
     *
     * @param buffer
     */
    public static void debugAll(ByteBuffer buffer) {
        int oldlimit = buffer.limit();
        buffer.limit(buffer.capacity());
        StringBuilder origin = new StringBuilder(256);
        appendPrettyHexDump(origin, buffer, 0, buffer.capacity());
        System.out.println("+--------+-------------------- all ------------------------+----------------+");
        System.out.printf("position: [%d], limit: [%d]\n", buffer.position(), oldlimit);
        System.out.println(origin);
        buffer.limit(oldlimit);
    }

    /**
     * 打印可读取内容
     *
     * @param buffer
     */
    public static void debugRead(ByteBuffer buffer) {
        StringBuilder builder = new StringBuilder(256);
        appendPrettyHexDump(builder, buffer, buffer.position(), buffer.limit() - buffer.position());
        System.out.println("+--------+-------------------- read -----------------------+----------------+");
        System.out.printf("position: [%d], limit: [%d]\n", buffer.position(), buffer.limit());
        System.out.println(builder);
    }

    private static void appendPrettyHexDump(StringBuilder dump, ByteBuffer buf, int offset, int length) {
        if (isOutOfBounds(offset, length, buf.capacity())) {
            throw new IndexOutOfBoundsException(
                    "expected: " + "0 <= offset(" + offset + ") <= offset + length(" + length
                            + ") <= " + "buf.capacity(" + buf.capacity() + ')');
        }
        if (length == 0) {
            return;
        }
        dump.append(
                "         +-------------------------------------------------+" +
                        NEWLINE + "         |  0  1  2  3  4  5  6  7  8  9  a  b  c  d  e  f |" +
                        NEWLINE + "+--------+-------------------------------------------------+----------------+");

        final int startIndex = offset;
        final int fullRows = length >>> 4;
        final int remainder = length & 0xF;

        // Dump the rows which have 16 bytes.
        for (int row = 0; row < fullRows; row++) {
            int rowStartIndex = (row << 4) + startIndex;

            // Per-row prefix.
            appendHexDumpRowPrefix(dump, row, rowStartIndex);

            // Hex dump
            int rowEndIndex = rowStartIndex + 16;
            for (int j = rowStartIndex; j < rowEndIndex; j++) {
                dump.append(BYTE2HEX[getUnsignedByte(buf, j)]);
            }
            dump.append(" |");

            // ASCII dump
            for (int j = rowStartIndex; j < rowEndIndex; j++) {
                dump.append(BYTE2CHAR[getUnsignedByte(buf, j)]);
            }
            dump.append('|');
        }

        // Dump the last row which has less than 16 bytes.
        if (remainder != 0) {
            int rowStartIndex = (fullRows << 4) + startIndex;
            appendHexDumpRowPrefix(dump, fullRows, rowStartIndex);

            // Hex dump
            int rowEndIndex = rowStartIndex + remainder;
            for (int j = rowStartIndex; j < rowEndIndex; j++) {
                dump.append(BYTE2HEX[getUnsignedByte(buf, j)]);
            }
            dump.append(HEXPADDING[remainder]);
            dump.append(" |");

            // Ascii dump
            for (int j = rowStartIndex; j < rowEndIndex; j++) {
                dump.append(BYTE2CHAR[getUnsignedByte(buf, j)]);
            }
            dump.append(BYTEPADDING[remainder]);
            dump.append('|');
        }

        dump.append(NEWLINE +
                "+--------+-------------------------------------------------+----------------+");
    }

    private static void appendHexDumpRowPrefix(StringBuilder dump, int row, int rowStartIndex) {
        if (row < HEXDUMP_ROWPREFIXES.length) {
            dump.append(HEXDUMP_ROWPREFIXES[row]);
        } else {
            dump.append(NEWLINE);
            dump.append(Long.toHexString(rowStartIndex & 0xFFFFFFFFL | 0x100000000L));
            dump.setCharAt(dump.length() - 9, '|');
            dump.append('|');
        }
    }

    public static short getUnsignedByte(ByteBuffer buffer, int index) {
        return (short) (buffer.get(index) & 0xFF);
    }
}

2.4 ByteBuffer API：

2.4.1 分配空间：

allocate()

ByteBuffer byteBuffer = ByteBuffer.allocate(缓冲区容量);

调用 ByteBuffer 的 allocate 方法，返回一个class java.nio.HeapByteBuffer（Java堆内存缓冲区）。基于堆内存的缓冲区读写效率较低。受到垃圾回收GC的影响。

public static ByteBuffer allocate(int capacity) {
    if (capacity < 0)
        throw new IllegalArgumentException();
    return new HeapByteBuffer(capacity, capacity);
}

allocateDirect

ByteBuffer byteBuffer = ByteBuffer.allocateDirect(缓冲区容量);

allocateDirect 返回的时class java.nio.DirectByteBuffer，直接基于系统内存创建缓冲区，相比于Java虚拟机的堆内存直接内存读写效率更高，但是由于申请内存空间需要发生系统调用（等待操作系统响应），所以分配效率低于堆内存。不会被GC影响，但是如果使用不当会造成内存泄漏等问题。

public static ByteBuffer allocateDirect(int capacity) {
    return new DirectByteBuffer(capacity);
}

2.4.2 读入数据：

向ByteBuffer中读入数据有两种办法：

  • 调用 channel 的 channel.read(buffer)
int readBytes = channel.read(buf);
  • 调用 buffer 自己的 buffer.put(byte)
buffer.put((byte)127);

2.4.3 写出数据：

从 buffer 获取数据有两种办法：

  • 调用 channel 的 write()
int writeBytes = channel.write(buf);
  • 调用 buffer 的 get()
byte b = buf.get();

 注意：get()会让 position 读指针向后走，如果想重复读取数据：

  • 可以调用rewind()将 position 重新置为 0。
  • 或者调用 get(int i) 方法获取索引 i 的内容，它不会移动读指针。

mark() 和reset()：

mark 是在读取时，做一个标记，即使 position 改变，只要调用 reset 就能回到 mark 的位置。mark 本质是使用了get(index)，传入索引获取缓冲区元素，不会改变 position。

注意：rewind 和 flip 都会清除 mark 位置

2.4.4 String 与 ByteBuffer 互转：

String 转换为 ByteBuffer ：

  • 字符串转换为 Byte数组写入ByteBuffer：
// 使用字符串直接获取Byte数组方式：
buffer.put("Hello Krian !".getBytes());
  • 使用java.nio.charset.StandardCharsets类方法：
ByteBuffer buffer = StandardCharsets.UTF_8.encode("Hello Krian !");
  • 使用java.nio.charset.Charset抽象类方法：
ByteBuffer buffer = Charset.forName("utf-8").encode("Hello Krian !");
  • 使用ByteBuffer的wrap()方法：
ByteBuffer buffer = ByteBuffer.wrap("Hello Krian !".getBytes());

ByteBuffer 转换为 String ：

  • 使用java.nio.charset.StandardCharsets类方法：
String str = StandardCharsets.UTF_8.decode(buffer).toString;

注意：缓冲区的读写模式转换！

2.5 ByteBuffer 大小分配问题：

  • 每个 channel 都需要记录可能被切分的消息，因为 ByteBuffer 不能被多个 channel 共同使用，因此需要为每个 channel 维护一个独立的 ByteBuffer
  • ByteBuffer 不能太大，比如一个 ByteBuffer 1Mb 的话，要支持百万连接就要 1Tb 内存，因此需要设计大小可变的 ByteBuffer
    • 一种思路是首先分配一个较小的 buffer，例如 4k，如果发现数据不够，再分配 8k 的 buffer，将 4k buffer 内容拷贝至 8k buffer，优点是消息连续容易处理，缺点是数据拷贝耗费性能，参考实现 http://tutorials.jenkov.com/java-performance/resizable-array.html
    • 另一种思路是用多个数组组成 buffer，一个数组不够，把多出来的内容写入新的数组，与前面的区别是消息存储不连续解析复杂，优点是避免了拷贝引起的性能损耗

3.分散读集中写：

3.1 Scattering Reads 分散读：

分散读取文件内容。这里有一个文本文件 3parts.txt

 onetwothree

使用如下方式读取，可以将数据填充至多个 buffer

try (RandomAccessFile file = new RandomAccessFile("3parts.txt", "rw")) {
    FileChannel channel = file.getChannel();
    ByteBuffer a = ByteBuffer.allocate(3);
    ByteBuffer b = ByteBuffer.allocate(3);
    ByteBuffer c = ByteBuffer.allocate(5);
    channel.read(new ByteBuffer[]{a, b, c});
    a.flip();
    b.flip();
    c.flip();
    debug(a);
    debug(b);
    debug(c);
} catch (IOException e) {
    e.printStackTrace();
}

结果

+-------------------------------------------------+
          |  0  1  2  3  4  5  6  7  8  9  a  b  c  d  e  f |
 +--------+-------------------------------------------------+----------------+
 |00000000| 6f 6e 65                                        |one             |
 +--------+-------------------------------------------------+----------------+
          +-------------------------------------------------+
          |  0  1  2  3  4  5  6  7  8  9  a  b  c  d  e  f |
 +--------+-------------------------------------------------+----------------+
 |00000000| 74 77 6f                                        |two             |
 +--------+-------------------------------------------------+----------------+
          +-------------------------------------------------+
          |  0  1  2  3  4  5  6  7  8  9  a  b  c  d  e  f |
 +--------+-------------------------------------------------+----------------+
 |00000000| 74 68 72 65 65                                  |three           |
 +--------+-------------------------------------------------+----------------+

3.2 Gathering Writes 集中写：

使用如下方式写入，可以将多个 Buffer 的数据填充至 Channel

try (RandomAccessFile file = new RandomAccessFile("3parts.txt", "rw")) {
    FileChannel channel = file.getChannel();
    ByteBuffer d = ByteBuffer.allocate(4);
    ByteBuffer e = ByteBuffer.allocate(4);
    channel.position(11);

    d.put(new byte[]{'f', 'o', 'u', 'r'});
    e.put(new byte[]{'f', 'i', 'v', 'e'});
    d.flip();
    e.flip();
    debug(d);
    debug(e);
    channel.write(new ByteBuffer[]{d, e});
} catch (IOException e) {
    e.printStackTrace();
}

输出：

+-------------------------------------------------+
          |  0  1  2  3  4  5  6  7  8  9  a  b  c  d  e  f |
 +--------+-------------------------------------------------+----------------+
 |00000000| 66 6f 75 72                                     |four            |
 +--------+-------------------------------------------------+----------------+
          +-------------------------------------------------+
          |  0  1  2  3  4  5  6  7  8  9  a  b  c  d  e  f |
 +--------+-------------------------------------------------+----------------+
 |00000000| 66 69 76 65                                     |five            |
 +--------+-------------------------------------------------+----------------+

文件内容：

 onetwothreefourfive

4.FileChannel 文件通道：

⚠️ FileChannel 只能工作在阻塞模式下

4.1 FileChannel API：

4.1.1 通道获取：

FileChannel 不能直接打开，必须通过 FileInputStream、FileOutputStream 或者 RandomAccessFile 来获取 FileChannel，它们都有 getChannel 方法。

  • 通过 FileInputStream 获取的 channel 只能读
  • 通过 FileOutputStream 获取的 channel 只能写
  • 通过 RandomAccessFile 是否能读写根据构造 RandomAccessFile 时的读写模式决定

4.1.2 写入数据：

从 Buffer 缓冲区中把数据写入到 Channel 中：

ByteBuffer buffer = ...;
buffer.put(...); // 存入数据
buffer.flip();   // 切换读模式

while(buffer.hasRemaining()) {
    channel.write(buffer);
}

在 while 中调用 channel.write() 是因为 write 方法并不能保证一次将 Buffer 中的内容全部写入 Channel。

4.1.3 读取数据：

从 Channel 读取数据填充 ByteBuffer，返回值表示读到了多少字节，-1 表示到达了文件的末尾。

int readBytes = channel.read(buffer);

4.1.4 通道关闭：

Channel 必须关闭，不过调用了 FileInputStream、FileOutputStream 或者 RandomAccessFile 的 close 方法会间接地调用 channel 的 close 方法。

4.1.5 位置：

获取当前读写位置：

long pos = channel.position();

设置当前位置：

long newPos = ...;
channel.position(newPos);

设置当前位置时，如果设置为文件的末尾：

  • 这时读取会返回 -1
  • 这时写入，会追加内容，但要注意如果 position 超过了文件末尾，再写入时在新内容和原末尾之间会有空洞（00）

4.1.6 大小：

使用 size 方法获取文件的大小。

channel.size();

4.1.7 强制写入：

操作系统出于性能的考虑，会将数据缓存，不是立刻写入磁盘。可以调用 force(true) 方法将文件内容和元数据（文件的权限等信息）立刻写入磁盘。

channel.force(true);

4.2 Channel 间数据传输：

transferTo方法，实现了两个通道之间的数据交换。底层是利用了操作系统的零拷贝技术进行优化。但是通道的文件容量上限是2G。

String FROM = "helloword/data.txt";
String TO = "helloword/to.txt";
long start = System.nanoTime();

try (FileChannel from = new FileInputStream(FROM).getChannel();
     FileChannel to = new FileOutputStream(TO).getChannel();
    ) {
    from.transferTo(0, from.size(), to);
} catch (IOException e) {
    e.printStackTrace();
}

long end = System.nanoTime();
System.out.println("transferTo 用时：" + (end - start) / 1000_000.0);
transferTo 用时：8.2011

超过 2g 大小的文件传输：

public class TestFileChannelTransferTo {
    public static void main(String[] args) {
        try (
            FileChannel from = new FileInputStream("data.txt").getChannel();
            FileChannel to = new FileOutputStream("to.txt").getChannel();
        ) {
            // 效率高，底层会利用操作系统的零拷贝进行优化
            long size = from.size();
            // left 变量代表还剩余多少字节
            for (long left = size; left > 0; ) {
                System.out.println("position:" + (size - left) + " left:" + left);
                left -= from.transferTo((size - left), left, to);
            }
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

实际传输一个超大文件：

position:0 left:7769948160
position:2147483647 left:5622464513
position:4294967294 left:3474980866
position:6442450941 left:1327497219

PS：Path、File等，在这里不做过多且深入的介绍，详细的学习会记录在【文件编程】系列文章中 😏

5.文件编程：

5.1 Path 路径：

JDK7 引入了 Path 和 Paths 类：

  • Path：用来表示文件路径
  • Paths：工具类，用来获取 Path 实例
Path source = Paths.get("data.txt"); // 相对路径 使用 user.dir 环境变量来定位 1.txt

Path source = Paths.get("d:\\data.txt"); // 绝对路径 代表了  d:\1.txt

Path source = Paths.get("d:/data.txt"); // 绝对路径 同样代表了  d:\1.txt

Path projects = Paths.get("d:\\data", "projects"); // 代表了  d:\data\projects
  • . 代表了当前路径
  • ..代表了上一级路径


例如目录结构如下：

d:
     |- data
         |- projects
             |- a
             |- b

代码：

Path path = Paths.get("d:\\data\\projects\\a\\..\\b");
System.out.println(path);
System.out.println(path.normalize()); // 正常化路径

会输出：

d:\data\projects\a\..\b
d:\data\projects\b

5.2 Files 文件：

检查文件是否存在：

Path path = Paths.get("helloword/data.txt");
System.out.println(Files.exists(path));

创建一级目录：

Path path = Paths.get("helloword/d1");
Files.createDirectory(path);
  • 如果目录已存在，会抛异常 FileAlreadyExistsException
  • 不能一次创建多级目录，否则会抛异常 NoSuchFileException


创建多级目录用：

Path path = Paths.get("helloword/d1/d2");
Files.createDirectories(path);

拷贝文件：

Path source = Paths.get("helloword/data.txt");
Path target = Paths.get("helloword/target.txt");

Files.copy(source, target);
  • 如果文件已存在，会抛异常 FileAlreadyExistsException

如果希望用 source 覆盖掉 target，需要用 StandardCopyOption 来控制

 Files.copy(source, target, StandardCopyOption.REPLACE_EXISTING);


移动文件：

Path source = Paths.get("helloword/data.txt");
Path target = Paths.get("helloword/data.txt");

Files.move(source, target, StandardCopyOption.ATOMIC_MOVE);
  • StandardCopyOption.ATOMIC_MOVE 保证文件移动的原子性


删除文件：

Path target = Paths.get("helloword/target.txt");

Files.delete(target);
  • 如果文件不存在，会抛异常 NoSuchFileException


删除目录：

Path target = Paths.get("helloword/d1");

Files.delete(target);
  • 如果目录还有内容，会抛异常 DirectoryNotEmptyException


遍历目录文件：

public static void main(String[] args) throws IOException {
    Path path = Paths.get("C:\\Program Files\\Java\\jdk1.8.0_91");
    AtomicInteger dirCount = new AtomicInteger();
    AtomicInteger fileCount = new AtomicInteger();
    Files.walkFileTree(path, new SimpleFileVisitor<Path>(){
        @Override
        public FileVisitResult preVisitDirectory(Path dir, BasicFileAttributes attrs) 
        throws IOException {
            System.out.println(dir);
            dirCount.incrementAndGet();
            return super.preVisitDirectory(dir, attrs);
        }

        @Override
        public FileVisitResult visitFile(Path file, BasicFileAttributes attrs) 
        throws IOException {
            System.out.println(file);
            fileCount.incrementAndGet();
            return super.visitFile(file, attrs);
        }
    });
    System.out.println(dirCount); // 133
    System.out.println(fileCount); // 1479
}

统计 jar 的数目

Path path = Paths.get("C:\\Program Files\\Java\\jdk1.8.0_91");
AtomicInteger fileCount = new AtomicInteger();
Files.walkFileTree(path, new SimpleFileVisitor<Path>(){
    @Override
    public FileVisitResult visitFile(Path file, BasicFileAttributes attrs) 
    throws IOException {
        if (file.toFile().getName().endsWith(".jar")) {
            fileCount.incrementAndGet();
        }
        return super.visitFile(file, attrs);
    }
});
System.out.println(fileCount); // 724

删除多级目录：

Path path = Paths.get("d:\\a");
Files.walkFileTree(path, new SimpleFileVisitor<Path>(){
    @Override
    public FileVisitResult visitFile(Path file, BasicFileAttributes attrs) 
    throws IOException {
        Files.delete(file);
        return super.visitFile(file, attrs);
    }

    @Override
    public FileVisitResult postVisitDirectory(Path dir, IOException exc) 
    throws IOException {
        Files.delete(dir);
        return super.postVisitDirectory(dir, exc);
    }
});

⚠️ 删除是危险操作，确保要递归删除的文件夹没有重要内容


拷贝多级目录：

long start = System.currentTimeMillis();
String source = "D:\\Snipaste-1.16.2-x64";
String target = "D:\\Snipaste-1.16.2-x64aaa";

Files.walk(Paths.get(source)).forEach(path -> {
    try {
        String targetName = path.toString().replace(source, target);
        // 是目录
        if (Files.isDirectory(path)) {
            Files.createDirectory(Paths.get(targetName));
        }
            // 是普通文件
        else if (Files.isRegularFile(path)) {
            Files.copy(path, Paths.get(targetName));
        }
    } catch (IOException e) {
        e.printStackTrace();
    }
});
long end = System.currentTimeMillis();
System.out.println(end - start);

PS：网络编程中的其他内容在这里不做过多的介绍，详细的学习会记录在【网络编程】系列文章中 😏

6.网络编程：

6.1 阻塞模式：

服务器端代码：

// 使用 nio 来理解阻塞模式, 单线程
// 0. ByteBuffer
ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(16);
// 1. 创建了服务器
ServerSocketChannel ssc = ServerSocketChannel.open();

// 2. 绑定监听端口
ssc.bind(new InetSocketAddress(8080));

// 3. 连接集合
List<SocketChannel> channels = new ArrayList<>();
while (true) {
    // 4. accept 建立与客户端连接， SocketChannel 用来与客户端之间通信
    log.debug("connecting...");
    SocketChannel sc = ssc.accept(); // 阻塞方法，线程停止运行
    log.debug("connected... {}", sc);
    channels.add(sc);
    for (SocketChannel channel : channels) {
        // 5. 接收客户端发送的数据
        log.debug("before read... {}", channel);
        channel.read(buffer); // 阻塞方法，线程停止运行
        buffer.flip();
        debugRead(buffer);
        buffer.clear();
        log.debug("after read...{}", channel);
    }
}

客户端代码：

SocketChannel sc = SocketChannel.open();
sc.connect(new InetSocketAddress("localhost", 8080));
System.out.println("waiting...");
  • 阻塞模式下，相关方法都会导致线程暂停
    • ServerSocketChannel.accept 会在没有连接建立时让线程暂停
    • SocketChannel.read 会在没有数据可读时让线程暂停
    • 阻塞的表现其实就是线程暂停了，暂停期间不会占用 cpu，但线程相当于闲置
  • 单线程下，阻塞方法之间相互影响，几乎不能正常工作，需要多线程支持
  • 但多线程下，有新的问题，体现在以下方面
    • 32 位 jvm 一个线程 320k，64 位 jvm 一个线程 1024k，如果连接数过多，必然导致 OOM，并且线程太多，反而会因为频繁上下文切换导致性能降低
    • 可以采用线程池技术来减少线程数和线程上下文切换，但治标不治本，如果有很多连接建立，但长时间 inactive，会阻塞线程池中所有线程，因此不适合长连接，只适合短连接

6.2 非阻塞模式：

服务器端代码：

// 使用 nio 来理解非阻塞模式, 单线程
// 0. ByteBuffer
ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(16);
// 1. 创建了服务器
ServerSocketChannel ssc = ServerSocketChannel.open();
ssc.configureBlocking(false); // 非阻塞模式
// 2. 绑定监听端口
ssc.bind(new InetSocketAddress(8080));
// 3. 连接集合
List<SocketChannel> channels = new ArrayList<>();
while (true) {
    // 4. accept 建立与客户端连接， SocketChannel 用来与客户端之间通信
    SocketChannel sc = ssc.accept(); // 非阻塞，线程还会继续运行，如果没有连接建立，但sc是null
    if (sc != null) {
        log.debug("connected... {}", sc);
        sc.configureBlocking(false); // 非阻塞模式
        channels.add(sc);
    }
    for (SocketChannel channel : channels) {
        // 5. 接收客户端发送的数据
        int read = channel.read(buffer);// 非阻塞，线程仍然会继续运行，如果没有读到数据，read 返回 0
        if (read > 0) {
            buffer.flip();
            debugRead(buffer);
            buffer.clear();
            log.debug("after read...{}", channel);
        }
    }
}

客户端代码：

SocketChannel sc = SocketChannel.open();
sc.connect(new InetSocketAddress("localhost", 8080));
System.out.println("waiting...");
  • 非阻塞模式下，相关方法都会不会让线程暂停
    • 在 ServerSocketChannel.accept 在没有连接建立时，会返回 null，继续运行
    • SocketChannel.read 在没有数据可读时，会返回 0，但线程不必阻塞，可以去执行其它 SocketChannel 的 read 或是去执行 ServerSocketChannel.accept
    • 写数据时，线程只是等待数据写入 Channel 即可，无需等 Channel 通过网络把数据发送出去
  • 但非阻塞模式下，即使没有连接建立，和可读数据，线程仍然在不断运行，白白浪费了 cpu
  • 数据复制过程中，线程实际还是阻塞的（AIO 改进的地方）

6.3 多路复用：

单线程可以配合 Selector 完成对多个 Channel 可读写事件的监控，这称之为多路复用。限于网络传输能力，Channel 未必时时可写，一旦 Channel 可写，会触发 Selector 的可写事件

多路复用仅针对网络 IO、普通文件 IO 没法利用多路复用。如果不用 Selector 的非阻塞模式，线程大部分时间都在做无用功，而 Selector 能够保证：

  • 有可连接事件时才去连接
  • 有可读事件才去读取
  • 有可写事件才去写入


服务器端代码：

@Slf4j
public class Server {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        // 1.创建Selector，管理多个 Channel：
        Selector selector = Selector.open();
        ServerSocketChannel serverSocketChannel = ServerSocketChannel.open();
        // 设置当前通道为非阻塞：
        serverSocketChannel.configureBlocking(false);

        // 2.建立Selector 和 Channel的联系（注册Channel到Selector中）
        // SelectionKey 就是将来事件发生后，通过Key可以知道事件和哪个Channel。
        SelectionKey selectionKey = serverSocketChannel.register(selector, 0, null);
        log.info("registerKey: {}",selectionKey);
        // 设置Key只关注accept事件：
        selectionKey.interestOps(SelectionKey.OP_ACCEPT);

        serverSocketChannel.bind(new InetSocketAddress(8090));
        while (true) {
            // 3.select方法，没有事件发生时，线程阻塞；有事件发生时，线程才会恢复运行。
            selector.select();
            // 4.处理事件，selectionKey 内部包含了所有发生的事件
            Iterator<SelectionKey> iterator = selector.selectedKeys().iterator();
            while (iterator.hasNext()) {
                SelectionKey key = iterator.next();
                log.info("key: {}", key);
                ServerSocketChannel channel = (ServerSocketChannel) key.channel();
                channel.accept();
                log.info("{}", channel);
            }
        }
    }
}

客户端代码：

SocketChannel sc = SocketChannel.open();
sc.connect(new InetSocketAddress("localhost", 8090));
System.out.println("waiting...");

使用多路复用的好处：

  • 一个线程配合 selector 就可以监控多个 channel 的事件，事件发生线程才去处理。避免非阻塞模式下所做无用功
  • 让这个线程能够被充分利用
  • 节约了线程的数量
  • 减少了线程上下文切换

7.Selector 选择器：

7.1 Selector 基本使用：

7.1.1 创建 Selector：

Selector selector = Selector.open()

7.1.2 绑定 Channel 事件：

绑定事件也称之为注册事件，绑定的事件 selector 才会关心 

channel.configureBlocking(false);
SelectionKey key = channel.register(selector, 绑定事件);

注意：channel 必须工作在非阻塞模式。FileChannel 没有非阻塞模式，因此不能配合 selector 一起使用

绑定的事件类型可以有：

  • connect：客户端连接成功时触发
  • accept：服务器端成功接受连接时触发
  • read：数据可读入时触发，有因为接收能力弱，数据暂不能读入的情况
  • write：数据可写出时触发，有因为发送能力弱，数据暂不能写出的情况

7.1.3 监听 Channel 事件：

可以通过下面三种方法来监听是否有事件发生，方法的返回值代表有多少 channel 发生了事件。

  • 阻塞直到绑定事件发生
int count = selector.select();
  • 阻塞直到绑定事件发生，或是超时（时间单位为 ms）
int count = selector.select(long timeout);
  • 不会阻塞，也就是不管有没有事件，立刻返回，自己根据返回值检查是否有事件
int count = selector.selectNow();

💡 select 何时不阻塞：

  • 事件发生时：
    • 客户端发起连接请求，会触发 accept 事件
    • 客户端发送数据过来，客户端正常、异常关闭时，都会触发 read 事件，另外如果发送的数据大于 buffer 缓冲区，会触发多次读取事件
    • channel 可写，会触发 write 事件
    • 在 linux 下 nio bug 发生时
  • 调用 selector.wakeup()
  • 调用 selector.close()
  • selector 所在线程 interrupt

7.2 事件处理：

7.2.1 处理 accept 事件：

客户端代码：

public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        try (Socket socket = new Socket("localhost", 8080)) {
            System.out.println(socket);
            socket.getOutputStream().write("world".getBytes());
            System.in.read();
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

服务器端代码：

@Slf4j
public class ChannelDemo {
    public static void main(String[] args) {
        try (ServerSocketChannel channel = ServerSocketChannel.open()) {
            channel.bind(new InetSocketAddress(8080));
            System.out.println(channel);
            Selector selector = Selector.open();
            channel.configureBlocking(false);
            channel.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT);

            while (true) {
                int count = selector.select();
                //                int count = selector.selectNow();
                log.debug("select count: {}", count);
                //                if(count <= 0) {
                //                    continue;
                //                }

                // 获取所有事件
                Set<SelectionKey> keys = selector.selectedKeys();

                // 遍历所有事件，逐一处理
                Iterator<SelectionKey> iter = keys.iterator();
                while (iter.hasNext()) {
                    SelectionKey key = iter.next();
                    // 判断事件类型
                    if (key.isAcceptable()) {
                        ServerSocketChannel c = (ServerSocketChannel) key.channel();
                        // 必须处理
                        SocketChannel sc = c.accept();
                        log.debug("{}", sc);
                    }
                    // 处理完毕，必须将事件移除
                    iter.remove();
                }
            }
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

💡 事件发生后能否不处理：

事件发生后，要么处理，要么取消（cancel），不能什么都不做，否则下次该事件仍会触发，这是因为 NIO 底层使用的是水平触发。

7.2.2 处理 read 事件：

@Slf4j
public class ChannelDemo6 {
    public static void main(String[] args) {
        try (ServerSocketChannel channel = ServerSocketChannel.open()) {
            channel.bind(new InetSocketAddress(8080));
            System.out.println(channel);
            Selector selector = Selector.open();
            channel.configureBlocking(false);
            channel.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT);

            while (true) {
                int count = selector.select();
//                int count = selector.selectNow();
                log.debug("select count: {}", count);
//                if(count <= 0) {
//                    continue;
//                }

                // 获取所有事件
                Set<SelectionKey> keys = selector.selectedKeys();

                // 遍历所有事件，逐一处理
                Iterator<SelectionKey> iter = keys.iterator();
                while (iter.hasNext()) {
                    SelectionKey key = iter.next();
                    // 判断事件类型
                    if (key.isAcceptable()) {
                        ServerSocketChannel c = (ServerSocketChannel) key.channel();
                        // 必须处理
                        SocketChannel sc = c.accept();
                        sc.configureBlocking(false);
                        sc.register(selector, SelectionKey.OP_READ);
                        log.debug("连接已建立: {}", sc);
                    } else if (key.isReadable()) {
                        SocketChannel sc = (SocketChannel) key.channel();
                        ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(128);
                        int read = sc.read(buffer);
                        if(read == -1) {
                            key.cancel();
                            sc.close();
                        } else {
                            buffer.flip();
                            debug(buffer);
                        }
                    }
                    // 处理完毕，必须将事件移除
                    iter.remove();
                }
            }
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

开启两个客户端，修改一下发送文字，输出：

sun.nio.ch.ServerSocketChannelImpl[/0:0:0:0:0:0:0:0:8080]
21:16:39 [DEBUG] [main] c.i.n.ChannelDemo6 - select count: 1
21:16:39 [DEBUG] [main] c.i.n.ChannelDemo6 - 连接已建立: java.nio.channels.SocketChannel[connected local=/127.0.0.1:8080 remote=/127.0.0.1:60367]
21:16:39 [DEBUG] [main] c.i.n.ChannelDemo6 - select count: 1
+-------------------------------------------------+
|  0  1  2  3  4  5  6  7  8  9  a  b  c  d  e  f |
+--------+-------------------------------------------------+----------------+
|00000000| 68 65 6c 6c 6f                                  |hello           |
+--------+-------------------------------------------------+----------------+
21:16:59 [DEBUG] [main] c.i.n.ChannelDemo6 - select count: 1
21:16:59 [DEBUG] [main] c.i.n.ChannelDemo6 - 连接已建立: java.nio.channels.SocketChannel[connected local=/127.0.0.1:8080 remote=/127.0.0.1:60378]
21:16:59 [DEBUG] [main] c.i.n.ChannelDemo6 - select count: 1
+-------------------------------------------------+
|  0  1  2  3  4  5  6  7  8  9  a  b  c  d  e  f |
+--------+-------------------------------------------------+----------------+
|00000000| 77 6f 72 6c 64                                  |world           |
+--------+-------------------------------------------------+----------------+

💡 为何要iter.remove()？

因为 select 在事件发生后，就会将相关的 key 放入 selectedKeys 集合，但不会在处理完后从 selectedKeys 集合中移除，需要我们自己编码删除。例如

  • 第一次触发了 ssckey 上的 accept 事件，没有移除 ssckey
  • 第二次触发了 sckey 上的 read 事件，但这时 selectedKeys 中还有上次的 ssckey ，在处理时因为没有真正的 serverSocket 连上了，就会导致空指针异常


💡 cancel 的作用：

cancel 会取消注册在 selector 上的 channel，并从 keys 集合中删除 key 后续不会再监听事件

7.2.3 处理 write 事件：

一次无法写完例子：

  • 非阻塞模式下，无法保证把 buffer 中所有数据都写入 channel，因此需要追踪 write 方法的返回值（代表实际写入字节数）
  • 用 selector 监听所有 channel 的可写事件，每个 channel 都需要一个 key 来跟踪 buffer，但这样又会导致占用内存过多，就有两阶段策略
    • 当消息处理器第一次写入消息时，才将 channel 注册到 selector 上
    • selector 检查 channel 上的可写事件，如果所有的数据写完了，就取消 channel 的注册
    • 如果不取消，会每次可写均会触发 write 事件


服务端代码：

public class WriteServer {

    public static void main(String[] args) throws IOException {
        ServerSocketChannel ssc = ServerSocketChannel.open();
        ssc.configureBlocking(false);
        ssc.bind(new InetSocketAddress(8080));

        Selector selector = Selector.open();
        ssc.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT);

        while(true) {
            selector.select();

            Iterator<SelectionKey> iter = selector.selectedKeys().iterator();
            while (iter.hasNext()) {
                SelectionKey key = iter.next();
                iter.remove();
                if (key.isAcceptable()) {
                    SocketChannel sc = ssc.accept();
                    sc.configureBlocking(false);
                    SelectionKey sckey = sc.register(selector, SelectionKey.OP_READ);
                    // 1. 向客户端发送内容
                    StringBuilder sb = new StringBuilder();
                    for (int i = 0; i < 3000000; i++) {
                        sb.append("a");
                    }
                    ByteBuffer buffer = Charset.defaultCharset().encode(sb.toString());
                    int write = sc.write(buffer);
                    // 3. write 表示实际写了多少字节
                    System.out.println("实际写入字节:" + write);
                    // 4. 如果有剩余未读字节，才需要关注写事件
                    if (buffer.hasRemaining()) {
                        // read 1  write 4
                        // 在原有关注事件的基础上，多关注 写事件
                        sckey.interestOps(sckey.interestOps() + SelectionKey.OP_WRITE);
                        // 把 buffer 作为附件加入 sckey
                        sckey.attach(buffer);
                    }
                } else if (key.isWritable()) {
                    ByteBuffer buffer = (ByteBuffer) key.attachment();
                    SocketChannel sc = (SocketChannel) key.channel();
                    int write = sc.write(buffer);
                    System.out.println("实际写入字节:" + write);
                    if (!buffer.hasRemaining()) { // 写完了
                        key.interestOps(key.interestOps() - SelectionKey.OP_WRITE);
                        key.attach(null);
                    }
                }
            }
        }
    }
}

客户端：

public class WriteClient {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        Selector selector = Selector.open();
        SocketChannel sc = SocketChannel.open();
        sc.configureBlocking(false);
        sc.register(selector, SelectionKey.OP_CONNECT | SelectionKey.OP_READ);
        sc.connect(new InetSocketAddress("localhost", 8080));
        int count = 0;
        while (true) {
            selector.select();
            Iterator<SelectionKey> iter = selector.selectedKeys().iterator();
            while (iter.hasNext()) {
                SelectionKey key = iter.next();
                iter.remove();
                if (key.isConnectable()) {
                    System.out.println(sc.finishConnect());
                } else if (key.isReadable()) {
                    ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024 * 1024);
                    count += sc.read(buffer);
                    buffer.clear();
                    System.out.println(count);
                }
            }
        }
    }
}

💡 write 为何要取消：

只要向 channel 发送数据时，socket 缓冲可写，这个事件会频繁触发，因此应当只在 socket 缓冲区写不下时再关注可写事件，数据写完之后再取消关注。

7.3 边界处理：

7.3.1 不处理边界问题：

服务端：

public class Server {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        ServerSocket ss=new ServerSocket(9000);
        while (true) {
            Socket s = ss.accept();
            InputStream in = s.getInputStream();
            // 这里这么写，有没有问题
            byte[] arr = new byte[4];
            while(true) {
                int read = in.read(arr);
                // 这里这么写，有没有问题
                if(read == -1) {
                    break;
                }
                System.out.println(new String(arr, 0, read));
            }
        }
    }
}

客户端：

public class Client {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        Socket max = new Socket("localhost", 9000);
        OutputStream out = max.getOutputStream();
        out.write("hello".getBytes());
        out.write("world".getBytes());
        out.write("你好".getBytes());
        max.close();
    }
}

输出：

hell
owor
ld�
�好

由于没有处理边界，所以会导致字节数组在编码处理的时候会出现异常情况。

7.3.2 处理消息的边界：

一种思路是固定消息长度，数据包大小一样，服务器按预定长度读取，缺点是浪费带宽。另一种思路是按分隔符拆分，缺点是效率低。

TLV 格式，即 Type 类型、Length 长度、Value 数据，类型和长度已知的情况下，就可以方便获取消息大小，分配合适的 buffer，缺点是 buffer 需要提前分配，如果内容过大，则影响 server 吞吐量

  • Http 1.1 是 TLV 格式
  • Http 2.0 是 LTV 格式

服务器端：

private static void split(ByteBuffer source) {
    source.flip();
    for (int i = 0; i < source.limit(); i++) {
        // 找到一条完整消息
        if (source.get(i) == '\n') {
            int length = i + 1 - source.position();
            // 把这条完整消息存入新的 ByteBuffer
            ByteBuffer target = ByteBuffer.allocate(length);
            // 从 source 读，向 target 写
            for (int j = 0; j < length; j++) {
                target.put(source.get());
            }
            debugAll(target);
        }
    }
    source.compact(); // 0123456789abcdef  position 16 limit 16
}

public static void main(String[] args) throws IOException {
    // 1. 创建 selector, 管理多个 channel
    Selector selector = Selector.open();
    ServerSocketChannel ssc = ServerSocketChannel.open();
    ssc.configureBlocking(false);
    // 2. 建立 selector 和 channel 的联系（注册）
    // SelectionKey 就是将来事件发生后，通过它可以知道事件和哪个channel的事件
    SelectionKey sscKey = ssc.register(selector, 0, null);
    // key 只关注 accept 事件
    sscKey.interestOps(SelectionKey.OP_ACCEPT);
    log.debug("sscKey:{}", sscKey);
    ssc.bind(new InetSocketAddress(8080));
    while (true) {
        // 3. select 方法, 没有事件发生，线程阻塞，有事件，线程才会恢复运行
        // select 在事件未处理时，它不会阻塞, 事件发生后要么处理，要么取消，不能置之不理
        selector.select();
        // 4. 处理事件, selectedKeys 内部包含了所有发生的事件
        Iterator<SelectionKey> iter = selector.selectedKeys().iterator(); // accept, read
        while (iter.hasNext()) {
            SelectionKey key = iter.next();
            // 处理key 时，要从 selectedKeys 集合中删除，否则下次处理就会有问题
            iter.remove();
            log.debug("key: {}", key);
            // 5. 区分事件类型
            if (key.isAcceptable()) { // 如果是 accept
                ServerSocketChannel channel = (ServerSocketChannel) key.channel();
                SocketChannel sc = channel.accept();
                sc.configureBlocking(false);
                ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(16); // attachment
                // 将一个 byteBuffer 作为附件关联到 selectionKey 上
                SelectionKey scKey = sc.register(selector, 0, buffer);
                scKey.interestOps(SelectionKey.OP_READ);
                log.debug("{}", sc);
                log.debug("scKey:{}", scKey);
            } else if (key.isReadable()) { // 如果是 read
                try {
                    SocketChannel channel = (SocketChannel) key.channel(); // 拿到触发事件的channel
                    // 获取 selectionKey 上关联的附件
                    ByteBuffer buffer = (ByteBuffer) key.attachment();
                    int read = channel.read(buffer); // 如果是正常断开，read 的方法的返回值是 -1
                    if(read == -1) {
                        key.cancel();
                    } else {
                        split(buffer);
                        // 需要扩容
                        if (buffer.position() == buffer.limit()) {
                            ByteBuffer newBuffer = ByteBuffer.allocate(buffer.capacity() * 2);
                            buffer.flip();
                            newBuffer.put(buffer); // 0123456789abcdef3333\n
                            key.attach(newBuffer);
                        }
                    }

                } catch (IOException e) {
                    e.printStackTrace();
                    key.cancel();  // 因为客户端断开了,因此需要将 key 取消（从 selector 的 keys 集合中真正删除 key）
                }
            }
        }
    }
}

客户端：

SocketChannel sc = SocketChannel.open();
sc.connect(new InetSocketAddress("localhost", 8080));
SocketAddress address = sc.getLocalAddress();
// sc.write(Charset.defaultCharset().encode("hello\nworld\n"));
sc.write(Charset.defaultCharset().encode("0123\n456789abcdef"));
sc.write(Charset.defaultCharset().encode("0123456789abcdef3333\n"));
System.in.read();
【版权声明】本文为华为云社区用户原创内容，未经允许不得转载，如需转载请自行联系原作者进行授权。如果您发现本社区中有涉嫌抄袭的内容，欢迎发送邮件进行举报，并提供相关证据，一经查实，本社区将立刻删除涉嫌侵权内容，举报邮箱： cloudbbs@huaweicloud.com
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