Java Socket IO（BIO、NIO）

总结下Java socket IO。首先是各种IO的定义，这个定义似乎也是众说纷纭。我按照stackoverflow上面的解释：

IO有两种分法：按照阻塞或者按照同步。按照阻塞，有阻塞IO和非阻塞IO。按照同步就是同步IO或者异步IO。我们可以认为阻塞IO和同步IO相等，而非阻塞IO和异步IO不同。

阻塞IO或者同步IO是指：IO的请求发出去之后，请求者一直在等待回复，当IO的数据回来到来之后，请求者就开始接受数据。阻塞的意思就是：IO请求发出去之后请求线程就停止在那里，一直等待数据到来。

非阻塞则是：IO请求发出去之后，会立刻收到回复，这个回复可能是IO可以立即进行，或者是无法进行IO的错误。所以非阻塞IO请求者必须一直调用那个API，一直到API返回可以进行IO的信号。

异步IO：IO请求发出之后，后台会建立一个进程，处理IO，当IO都处理完之后，把处理完的数据交给IO的请求者。

本文用Java socket实现阻塞和非阻塞IO（这里大部分内容都学习自千与的专栏，这是位大牛，居然hadoop源码分析写了19篇博客）。然后本文章的所有代码我都放在Github上了。

阻塞IO

阻塞IO比较简单，就是用普通的socket去写，因为没有什么太复杂的处理。建立一个socket，然后，获取它的inputstream和outputstream，然后进行读写操作。

Server端主要代码，handleSocket就是从socket里面读取数据，然后向client写数据：

ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(port);
while (true) {
socket = serverSocket.accept();
handleSocket(socket);
}

Client只是简单的发送一句消息：

socket = new Socket(host, port);
out = socket.getOutputStream();
out.write(data);
out.flush();
in = socket.getInputStream();
byte[] buffer = new byte[128];
int receivedBytes;
if((receivedBytes = in.read(buffer))!=-1){
System.out.println("Client: received msg from server: " + new String(buffer, 0, receivedBytes));
}

同时client5000个，使用了大概5s。然后还可以使用多线程Server，就是在每一个client到的时候分配一个线程来处理这个IO，理论上可以增加效率，但是似乎是因为每次处理时间太短，效果不明显。主要代码：

boolean flag = false;
int count = 0;
ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(port);
Date start = null;
while (true) {
socket = serverSocket.accept();
if (!flag) {
start = new Date();
flag = true;
}
pool.execute(new RequestHandler(socket));
if(++count== threadCount){
flag = false;
Date end = new Date();
System.out.println(threadCount+" client requests spends: " + (end.getTime() -start.getTime()));
}
}

其中的pool是ExecutorService，提供线程池，然后RequestHandler是一个Runnable类，用来处理一个socket连接。简单讲来，就是把前面server处理socket的代码放到了这个handler里面。

NIO，非阻塞IO

我认定Java的NIO包实现的是同步非阻塞IO，也有人说不是，至少我这里这么认为。在server端，首先打开一个channel，然后向其中注册一个selector，这个selector会在channel中轮询注册的事件，然后根据事件的类型作出处理。一般事件的类型有Accept、read、write。

在Client端也可以是一样的注册，然后通过和server同样的处理方式处理事件（但是没有accept事件，因为只有server才能accept的）。但是我的例子里面只是简单的发送了一条消息。

Server的主要代码：

Selector selector = Selector.open();
ServerSocketChannel serverSocketChannel = ServerSocketChannel
.open();
serverSocketChannel.configureBlocking(false);
serverSocketChannel.socket().bind(address);
serverSocketChannel.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT);
log.info("Server: socket server started!");
while (true) {
int nKeys = selector.select();
if (nKeys > 0) {
Set selectedKeys = selector.selectedKeys();
Iterator it = selectedKeys.iterator();
while (it.hasNext()) {
SelectionKey key = (SelectionKey) it.next();
if (key.isAcceptable()) {
log.info("Server: Selection key is acceptable");
handler.handleAccept(key);
} else if (key.isReadable()) {
log.info("Server: Selection key is readable");
handler.handleRead(key);
} else if (key.isWritable()) {
log.info("Server: Selection key is writable");
handler.handleWrite(key);
}
it.remove();
}
}
}

其中的handler就是处理每种类型的事件的类，举个Read的例子：

public void handleRead(SelectionKey key) throws IOException {
ByteBuffer byteBuffer = ByteBuffer.allocate(512);
SocketChannel socketChannel = (SocketChannel) key
.channel();
while (true) {
int readBytes = socketChannel.read(byteBuffer);
if (readBytes > 0) {
log.info("Server: readBytes = " + readBytes);
log.info("Server: data = " + new String(byteBuffer.array(), 0, readBytes));
byteBuffer.flip();
socketChannel.write(byteBuffer);
break;
}
}
socketChannel.close();
}

Client就比较简单了，就是用channel直接发送了一句消息：

public void send(String data) {
try {
SocketChannel socketChannel = SocketChannel.open(inetSocketAddress);
socketChannel.configureBlocking(false);
ByteBuffer byteBuffer = ByteBuffer.allocate(512);
socketChannel.write(ByteBuffer.wrap(data.getBytes()));
while (true) {
byteBuffer.clear();
int readBytes = socketChannel.read(byteBuffer);
if (readBytes > 0) {
byteBuffer.flip();
log.info("Client: readBytes = " + readBytes);
log.info("Client: data = " + byteBuffer.toString());
socketChannel.close();
break;
}
}
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}

最后，这些Java的socket编程在实际工程中已经很少使用了，由于Unix的poll等功能的出现，select相比较之下，有点弱了。接下来可以考虑研究下。

NIO包的API介绍：

http://wufan0023.iteye.com/blog/198722

http://wufan0023.iteye.com/blog/198710

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