【Netty】netty学习之nio了解

【一】五种IO模型：

（1）阻塞IO
（2）非阻塞IO（任务提交，工作线程处理，委托线程等待工作线程处理结果的同时，也可以做其他的事情）
（3）IO复用模型.（委托线程接收多个任务，将任务提交给工作线程。委托线程等待多个工作线程结果，等待到其中一个，处理其中一个具体的工作）
（4）信号驱动模型
（5）异步IO模型

【二】网络编程

（1）网络编程的基本模型：Client/Server模型，也就是两个进程之间进行相互通信。其中服务端提供位置信息（绑定的ip地址和监听的端口号），客户端通过链接操作向服务端监听的地址发起连接请求。通过三次握手建立链接，如果建立链接成功，双方就可以通过网络套接字（Socket）进行通信。


【三】阻塞IO和非阻塞IO的区别
（1）IO的操作：对硬盘的读写、对socket的读写以及外设的读写。
（2）IO读请求操作包括两个 阶段:
    --->查看数据是否就绪；
    --->进行数据拷贝（内核将数据拷贝到用户线程）。
（3）阻塞IO：当用户线程发起一个IO请求操作（本文以读请求操作为例），内核会去查看要读取的数据是 否就绪，对于阻塞IO来说，如果数据没有就绪，则会一直在那等待，直到数据就绪
（4）非阻塞IO：当用户线程发起一个IO请求操作（本文以读请求操作为例），内核会去查看要读取的数据是 否就绪，对于非阻塞IO来说，如果数据没有就绪，则会返回一个标志信息告知用户线 程当前要读的数据没有就绪。当数据就绪之后，便将数据拷贝到用户线程
（5）那么阻塞（blocking IO）和非阻塞（non-blocking IO）的区别就在于第一个阶段，如果数据没有就绪，在查看数据是否就绪的过程中是一直等待，还是直接返回一个标志信息。Java中传统的IO都是阻塞IO，比如通过socket来读数据，调用read()方 法之后，如果数据没有就绪，当前线程就会一直阻塞在read方法调用那里，直到有数据才返回；而如果是非阻塞IO的话，当数据没有就绪，read()方法 应该返回一个标志信息，告知当前线程数据没有就绪，而不是一直在那里等待。

【四】：BIO和NIO

BIO
===>阻塞IO通信，通常导致通信线程被长时间阻塞。
NIO
===>IO多路复用技术
===>非阻塞IO.

【五】：NIO的几个关键的类
（1）缓冲区Buffer
===>Buffer是一个对象，它包含一些要写入或要读出的数据。
===>在NIO的库中，所有数据都是用缓冲区处理的。在读取数据时候，它是直接读到缓冲区中进行的。在写数据时候，写入缓冲区中。任何时候访问NIO中的数据，都是通过缓冲区进行操作。
===>缓冲区实质上是一个数组，通常它是一个字节数组（ByteBuffer），也可以是其他种类的数组。但一个缓冲区不仅仅是一个数组，缓冲区提供了对数据结构化访问以及维护读写位置等信息。
===>ByteBuffer(字节缓冲区)，CharBuffer(子符缓冲区)，ShortBuffer(短整型缓冲区)，IntBuffer(整型缓冲区)，LongBuffer（长整型缓冲区），FloatBuffer(浮点型缓冲区)，DoubleBuffer(双精度浮点型缓冲区)


（2）通道Channel
===>Channel是一个通道，可以通过它读取和写入数据
===>它就像自来水管一样，网络数据通过Channel读取和写入。
===>通道与流不同之处在于通道是双向的。流只是在一个方向上移动（一个流必须是InputStream或者OutputStream）
===>而且通道可以用于读，写或同时用于读写。
===>Channel分为两大类，分别是用于网络读写的SelectableChannel和用于文件操作的FileChannel
===>NIO网络编程的ServerSocketChannel和SocketChannel都是SelectabelChannel的子类。


（3）多路复用器Selector
===>它是javaNio编程的基础，熟练掌握Selector对于掌握NIO编程至关重要。
===>多路复用器提供选择已经就绪的任务的能力。
===>简单的来讲，Selector会不断轮询注册在其上的Channel。如果某个Channel上面有新的TCP连接接入，读和写事件。这个Channel就处于就绪状态，会被Selector轮询出来，然后通过SelectionKey可以获取就绪Channel的集合，进行后续的I/O操作。
===>一个多路复用器Selector可以同时轮询多个Channel,由于JDK使用epoll()代替传统的select实现。所以它并没有最大连接句柄1024/2048的限制。这也意味者只需要一个线程负责Selector的轮询，就可以接入成千上万的客户端。


【六】NIO实现服务端通信序列图

NIO简单实现服务端代码

package com.sxf.test.netty;

import java.io.IOException;
import java.net.InetSocketAddress;
import java.nio.ByteBuffer;
import java.nio.channels.SelectionKey;
import java.nio.channels.Selector;
import java.nio.channels.ServerSocketChannel;
import java.nio.channels.SocketChannel;
import java.util.Iterator;
import java.util.Set;

import org.apache.commons.lang3.StringUtils;



public class NioServer  implements Runnable{
    
    //打开serverSocketChannel,用于监听客户端链接，它是所有客户端链接的父管道
    private ServerSocketChannel serverSocketChannel;
    
    //创建多路复用器
    private Selector selector;
    
    private volatile boolean stop=false;
    
    //初始化服务器
    public NioServer(Integer port){
        try {
            //创建多路复用器
             selector=Selector.open();
            //打开serverSocketChannel,用于监听客户端链接，它是所有客户端链接的父管道
            serverSocketChannel=ServerSocketChannel.open();
            //非阻塞模式
            serverSocketChannel.configureBlocking(false);
            //绑定监听端口
            serverSocketChannel.socket().bind(new InetSocketAddress(port),1024);
            //将serverSocketChannel注册到复用器上，并轮询出读的就绪事件。
            serverSocketChannel.register(selector,SelectionKey.OP_ACCEPT);
            System.out.println("NioServer.NioServer()=====>NIOServer start...");
        } catch (Exception e) {
            System.out.println("NioServer.NioServer()"+e);
        }
    }
    
    public void stop(){
        this.stop=true;
    }
    
    
    /**
     * 服务器执行过程
     */
    @Override
    public void run() {
        while(!stop){
            try {
                //
                selector.select();
                //多路复用器，选出已经就绪的事件
                Set<SelectionKey> selectedKeys=selector.selectedKeys();
                //遍历就绪事件进行处理
                Iterator<SelectionKey> it=selectedKeys.iterator();
                while(it.hasNext()){
                    //其中一个事件
                    SelectionKey selectionKey=it.next();
                    it.remove();
                    handleInput(selectionKey);
                }
                
            } catch (Exception e) {
                // TODO: handle exception
                System.out.println("NioServer.run()"+e);
            }
        }
        //多路复用器关闭后，所有注册在上面的Channel和Pipe都会被自动去注册并关闭，所以不需要重复释放资源
        if(selector!=null){
            try {
                selector.close();
            } catch (Exception e) {
                
            }
        }
    }
    
    
    
    private void handleInput(SelectionKey selectionKey) throws IOException{
        //判断是否有效
        if(selectionKey.isValid()){
            
            //=============处理新接入的网络链接================
            if(selectionKey.isAcceptable()){
                //从事件key上获取请求通道
                ServerSocketChannel requestChannel=(ServerSocketChannel) selectionKey.channel();
                SocketChannel channel=requestChannel.accept();
                //设置非阻塞模式
                channel.configureBlocking(false);
                channel.register(selector,selectionKey.OP_READ);
                }
            
            //=============处理可以读取请求内容的链接================
            if(selectionKey.isReadable()){
                //从事件中得到链接通道
                SocketChannel channel=(SocketChannel) selectionKey.channel();
                //声明缓冲区，准备读取数据。
                ByteBuffer readByteBuffer=ByteBuffer.allocate(1024);
                //读取请求管道的数据
                int readBytes=channel.read(readByteBuffer);
                
                if(readBytes>0){
                    //读取到内容
                    readByteBuffer.flip();
                    byte[] requestByte=new byte[readByteBuffer.remaining()];
                    readByteBuffer.get(requestByte);
                    String requestBody=new String(requestByte, "utf-8");
                    System.out.println("NioServer.handleInput()the nio server receive body（接收到请求内容为）===>"+requestBody);
                    //模拟处理请求内容
                    try {
                        Thread.sleep(2000);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        // TODO Auto-generated catch block
                        e.printStackTrace();
                    }
                    String response="中华兴旺";
                    //将处理结果进行响应
                    doWrite(channel, response);
                }else if(readBytes<0){
                    //客户端关闭
                    selectionKey.cancel();
                    channel.close();
                }else{
                    //读到0字节忽略
                }
            }
        }
    }
    
    
    /**
     * 响应请求
     * @param socketChannel
     * @param response
     * @throws IOException
     */
    public void doWrite(SocketChannel socketChannel,String response) throws IOException{
        if(StringUtils.isNotBlank(response)){
            byte[] res=response.getBytes();
            ByteBuffer writeByteBuffer=ByteBuffer.allocate(res.length);
            writeByteBuffer.put(res);
            writeByteBuffer.flip();
            socketChannel.write(writeByteBuffer);
        }
    }

    public static void main(String[] args) throws IOException, InterruptedException {
            NioServer nioServer=new NioServer(8000);
            new Thread(nioServer,"NioServer===>").start();
            Thread.sleep(1000*10);
            NioClient nioClient=new NioClient("127.0.0.1", 8000);
            new Thread(nioClient,"NioClient===>").start();
            
            while(true){
                Thread.sleep(1000*60);
            }
    }
}

【七】Nio客户端链接

NIO简单实现客户端代码

package com.sxf.test.netty;

import java.io.IOException;
import java.net.InetSocketAddress;
import java.nio.ByteBuffer;
import java.nio.channels.SelectionKey;
import java.nio.channels.Selector;
import java.nio.channels.SocketChannel;
import java.util.Iterator;
import java.util.Set;



public class NioClient implements Runnable {
    /**
     * 请求的地址
     */
    private String host;
    /**
     * 请求的端口号
     */
    private int port;
    /**
     * 请求的多路复用器
     */
    private Selector selector;
    /**
     * 请求的通道
     */
    private SocketChannel socketChannel;
    /**
     * 客户端是否停止
     */
    private volatile boolean stop=false;
    
    
    public NioClient(String host,Integer port) throws IOException {
        try {
            this.host=host;
            this.port=port;
            this.selector=Selector.open();
            this.socketChannel=SocketChannel.open();
            socketChannel.configureBlocking(false);
        } catch (Exception e) {
        }    
    }
    
    
    @Override
    public void run() {
        //链接服务端
        try {
            doConnect();
        } catch (Exception e) {
            System.out.println("NioClient.run()"+e);
        }
        
        //循环发送请求
        while(!stop){
            try {
                //超时时间
                selector.select();
                //获取就绪事件的key
                Set<SelectionKey> selectionKeys=selector.selectedKeys();
                //开始遍历事件
                Iterator<SelectionKey> it=selectionKeys.iterator();
                while(it.hasNext()){
                    SelectionKey selectionKey=it.next();
                    it.remove();
                    try {
                        handlerInput(selectionKey);
                    } catch (Exception e) {
                        //关闭
                        selectionKey.cancel();
                        if(selectionKey.channel()!=null){
                            selectionKey.channel().close();
                        }
                    }
                }
            } catch (Exception e) {
                System.out.println("NioClient.run()"+e);
            }
        }
        
        //多路复用器关闭后，所有注册在上面的channel和Pipe等资源都会被自动去注册并关闭
                 //所以不需要重复释放资源
         //        if(selector!=null){
         //            try {
         //                selector.close();
         //            } catch (Exception e) {
         //                e.printStackTrace();
         //            }
         //        }
        
    }
    
    //链接操作
    private void doConnect() throws IOException{
        //判断是否能链接到服务器
        if(socketChannel.connect(new InetSocketAddress(host,port))){
            socketChannel.register(selector, SelectionKey.OP_READ);
        }else{
            socketChannel.register(selector,SelectionKey.OP_CONNECT);
        }
    }
    
    //发送请求操作
    private void write(SocketChannel socketChannel) throws IOException{
        byte[] requestByte="shangxiaofei".getBytes();
        //将请求内容写入缓冲区
        ByteBuffer requestByteBuffer=ByteBuffer.allocate(requestByte.length);
        requestByteBuffer.put(requestByte);
        requestByteBuffer.flip();
        //向请求通道写数据
        socketChannel.write(requestByteBuffer);
        if(!requestByteBuffer.hasRemaining()){
            System.out.println("NioClient.write()向服务端发送请求");
        }
    }
    
    
    private void handlerInput(SelectionKey selectionKey) throws IOException{
        //判断是否有效
        if(selectionKey.isValid()){
            SocketChannel channel=(SocketChannel) selectionKey.channel();
            //已成功和服务端建立链接
            if(selectionKey.isConnectable()){
                if(channel.finishConnect()){
                    //成功和服务端建立链接，开始写数据
                    channel.register(selector, selectionKey.OP_READ);
                    write(channel);
                }else{
                    //链接失败，退出
                    System.exit(1);
                }
            }
            if(selectionKey.isReadable()){
                //读取事件就绪
                ByteBuffer readByteBuffer=ByteBuffer.allocate(1024);
                int a=channel.read(readByteBuffer);
                if(a>0){
                    //读取到数据
                    readByteBuffer.flip();
                    byte[] response=new byte[readByteBuffer.remaining()];
                    readByteBuffer.get(response);
                    String responseBody=new String(response,"utf-8");
                    System.out.println("NioClient.handlerInput(响应内容)===>"+responseBody);
                    //退出
                    this.stop=true;
                }else if(a<0){
                    //服务端链路关闭
                    selectionKey.cancel();
                    channel.close();
                }else{
                    //读到0字节忽略
                }
            }
            
            
        }
        
    }
    

}