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假設(shè)

假設(shè)你已經(jīng)了解并實現(xiàn)過了一些OIO消息服務(wù)端辐棒，并對異步消息服務(wù)端更有興趣，那么本文或許能帶你更好的入門，并了解JDK部分源碼的關(guān)系流程漾根，正如題目所說泰涂，筆者將竟可能還原，以初學(xué)者能理解的角度辐怕，講訴并構(gòu)建一個NIO消息服務(wù)端逼蒙。

啟動通道并注冊選擇器

啟動模式

感謝Java一直在持續(xù)更新，對應(yīng)的各個API也做得越來越好了寄疏，我們本次生成 服務(wù)端套接字通道 也是使用到JDK提供的一個方式 open 是牢，我們將啟動一個 ServerSocketChannel ，他是一個 支持同步異步模式 的 服務(wù)端套接字通道 陕截。

它是一個抽象類驳棱，官方給了推薦的方式 open 來開啟一個我們需要的 服務(wù)端套接字通道實例 。（如下的官方源碼相關(guān)注釋）

/**
 * A selectable channel for stream-oriented listening sockets.
 */
 public abstract class ServerSocketChannel
    extends AbstractSelectableChannel
    implements NetworkChannel
{
    /**
     * Opens a server-socket channel.
     */
    public static ServerSocketChannel open() throws IOException {
        return SelectorProvider.provider().openServerSocketChannel();
    }
}

那么好了农曲，我們現(xiàn)在可以確定我們第一步的代碼是什么樣子的了社搅！沒錯，和你想象中的一樣乳规，這很簡單形葬。

public class NioServer {

    public void server(int port) throws IOException{
        //1、打開服務(wù)器套接字通道
        ServerSocketChannel serverSocketChannel = ServerSocketChannel.open();
    }
}

本節(jié)的重點是 啟動模式 暮的，那么這意味著笙以，我們需要向 ServerSocketChannel 進(jìn)行標(biāo)識，那么它是否提供了對用的方法設(shè)置 同步異步（阻塞非阻塞） 呢冻辩？

這很明顯源织，它是提供的，這也是它的核心功能之一微猖，其實應(yīng)該是它繼承的 父抽象類AbstractSelectableChannel 的實現(xiàn)方法： configgureBlocking（Boolean），這個方法將標(biāo)識我們的 服務(wù)端套接字通道 是否阻塞模式缘屹。（如下的官方源碼相關(guān)注釋）

/**
 * Base implementation class for selectable channels.
 */
 public abstract class AbstractSelectableChannel
    extends SelectableChannel
{
    /**
     * Adjusts this channel's blocking mode.
     */
    public final SelectableChannel configureBlocking(boolean block)
        throws IOException
    {
        synchronized (regLock) {
            if (!isOpen())
                throw new ClosedChannelException();
            if (blocking == block)
                return this;
            if (block && haveValidKeys())
                throw new IllegalBlockingModeException();
            implConfigureBlocking(block);
            blocking = block;
        }
        return this;
    }
}

那么凛剥，我們現(xiàn)在可以進(jìn)行 啟動模式的配置 了，讀者很聰明轻姿。我們的項目Demo可以這樣寫： false為非阻塞模式犁珠、true為阻塞模式 。

public class NioServer {

    public void server(int port) throws IOException{
        //1互亮、打開服務(wù)器套接字通道
        ServerSocketChannel serverSocketzhannel = ServerSocketChannel.open();
        //2犁享、設(shè)定為非阻塞、調(diào)整此通道的阻塞模式豹休。
        serverSocketChannel.configureBlocking(false);
    }
}

若未配置阻塞模式炊昆，注冊選擇器 會報 java.nio.channels.IllegalBlockingModeException 異常，相關(guān)將于該小節(jié)大致講解說明。

套接字地址端口綁定

做過消息通訊服務(wù)器的朋友應(yīng)該都清楚凤巨，我們需要向服務(wù)端 指定IP與端口 视乐，即使是NIO服務(wù)器也是一樣的，否則敢茁，我們的客戶端會報 java.net.ConnectException: Connection refused: connect 異常

對于NIO的地址端口綁定佑淀，我們也需要用到 ServerSocket服務(wù)器套接字 。我們知道在寫OIO服務(wù)端的時候彰檬，我們可能僅僅需要寫一句即可伸刃，如下。

    //將服務(wù)器綁定到指定端口
    final ServerSocket socket = new ServerSocket(port);

當(dāng)然逢倍，JDK在實現(xiàn)NIO的時候就已經(jīng)想到了捧颅，同樣，我們可以使用 服務(wù)器套接字通道 來獲取一個 ServerSocket服務(wù)器套接字 瓶堕。這時的它并沒有綁定端口隘道，我們需要對應(yīng)綁定地址，這個類自身就有一個 bind 方法郎笆。（如下源碼相關(guān)注釋）

/**
 * This class implements server sockets. A server socket waits for
 * requests to come in over the network. It performs some operation
 * based on that request, and then possibly returns a result to the requester.
 */
public class ServerSocket implements java.io.Closeable {
    /**
     *
     * Binds the {@code ServerSocket} to a specific address
     * (IP address and port number).
     */
     public void bind(SocketAddress endpoint) throws IOException {
        bind(endpoint, 50);
    }
}

通過源碼谭梗，我們知道，綁定iP與端口 需要一個SocketAddress類宛蚓，我們僅需要將 IP與端口配置到對應(yīng)的SocketAddress類 中即可激捏。其實JDK中，已經(jīng)有了一個更加方便且繼承了SocketAddress的類：InetSocketAddress凄吏。

InetSocketAddress有一個需要一個port為參數(shù)的構(gòu)造方法远舅，它將創(chuàng)建 一個ip為通配符、端口為指定值的套接字地址 痕钢。這很方便我們的開發(fā)图柏，對吧？(如下源碼相關(guān)注釋)

/**
 *
 * This class implements an IP Socket Address (IP address + port number)
 * It can also be a pair (hostname + port number), in which case an attempt
 * will be made to resolve the hostname. If resolution fails then the address
 * is said to be <I>unresolved</I> but can still be used on some circumstances
 * like connecting through a proxy.
 */
 public class InetSocketAddress
    extends SocketAddress
{
    /**
     * Creates a socket address where the IP address is the wildcard address
     * and the port number a specified value.
     */
     public InetSocketAddress(int port) {
        this(InetAddress.anyLocalAddress(), port);
    }
}

好了任连，那么接下來我們的項目代碼可以繼續(xù)添加綁定IP與端口了蚤吹，我想聰明的你應(yīng)該有所感覺了。

public class NioServer {

    public void server(int port) throws IOException{
        //1随抠、打開服務(wù)器套接字通道
        ServerSocketChannel serverSocketzhannel = ServerSocketChannel.open();
        //2裁着、設(shè)定為非阻塞、調(diào)整此通道的阻塞模式拱她。
        serverSocketChannel.configureBlocking(false);
        //3二驰、檢索與此通道關(guān)聯(lián)的服務(wù)器套接字。
        ServerSocket serverSocket = serverSocketChannel.socket();
        //4秉沼、此類實現(xiàn) ip 套接字地址 (ip 地址 + 端口號) 
        InetSocketAddress address = new InetSocketAddress(port);
        //5桶雀、將服務(wù)器綁定到選定的套接字地址
        serverSocket.bind(address);
    }
}

正如開頭我們所說的矿酵，你的項目中不添加3-5環(huán)節(jié)的代碼并沒有問題，但是當(dāng)客戶端接入時背犯，則會報錯坏瘩，因為客戶端將要 接入的地址是連接不到的 ，如會報這樣的錯誤漠魏。

java.net.ConnectException: Connection refused: connect
    at sun.nio.ch.Net.connect0(Native Method)
    at sun.nio.ch.Net.connect(Net.java:457)
    at sun.nio.ch.Net.connect(Net.java:449)
    at sun.nio.ch.SocketChannelImpl.connect(SocketChannelImpl.java:647)
    at com.github.myself.WebClient.main(WebClient.java:16)

注冊選擇器

接下來會是 NIO實現(xiàn)的重點 倔矾，可能有點難理解，如果希望大家能一次理解柱锹，完全深入有點難講明白哪自，不過先大致點一下。

首先要先介紹以下JDK實現(xiàn)NIO的核心：多路復(fù)用器（Selector）——選擇器

先簡單并抽象的理解下禁熏，Java通過 選擇器來實現(xiàn)處理多個Channel鏈接 壤巷，將空閑未進(jìn)行數(shù)據(jù)操作的擱置，優(yōu)先執(zhí)行有需求的數(shù)據(jù)傳輸瞧毙，即 通過一個選擇器來選擇誰需要誰不需要使用共享的線程 胧华。

由此，理所當(dāng)然宙彪，這樣的選擇器應(yīng)該也有Java自己定義的獲取方法矩动， 其自身的 open 就是啟動一個這樣的選擇器。（如下源碼相關(guān)注釋）

/**
 * A multiplexor of {@link SelectableChannel} objects.
 */
 public abstract class Selector implements Closeable {
     /**
     * Opens a selector.
     */
     public static Selector open() throws IOException {
        return SelectorProvider.provider().openSelector();
     }
 }

那么現(xiàn)在释漆，我們還要考慮一件事情悲没，我們的 服務(wù)器套接字通道 要如何與 選擇器 相關(guān)聯(lián)呢？

ServerSocketChannel 有一個注冊的方法男图，這個方法就是將它們兩個進(jìn)行了關(guān)聯(lián)示姿，同時這個注冊方法 除了關(guān)聯(lián)選擇器外，還標(biāo)識了注冊的狀態(tài) 逊笆，讓我們先看看源碼吧栈戳。

以下的 ServerSocketChannel 繼承 ---》 AbstractSelectableChannel 繼承 ---》 SelectableChannel

/**
 * A channel that can be multiplexed via a {@link Selector}.
 */
 public abstract class SelectableChannel
    extends AbstractInterruptibleChannel
    implements Channel
{
    /**
     * Registers this channel with the given selector, returning a selection
     * key.
     */
     public final SelectionKey register(Selector sel, int ops)
        throws ClosedChannelException
    {
        return register(sel, ops, null);
    }
}

我們一般需要將選擇器注冊上去，并將 ServerSocketChannel 標(biāo)識為 接受連接 的狀態(tài)难裆。我們先看看我們的項目代碼應(yīng)該如何寫荧琼。

public class NioServer {

    public void server(int port) throws IOException{
        //1、打開服務(wù)器套接字通道
        ServerSocketChannel serverSocketzhannel = ServerSocketChannel.open();
        //2差牛、設(shè)定為非阻塞、調(diào)整此通道的阻塞模式堰乔。
        serverSocketChannel.configureBlocking(false);
        //3偏化、檢索與此通道關(guān)聯(lián)的服務(wù)器套接字。
        ServerSocket serverSocket = serverSocketChannel.socket();
        //4镐侯、此類實現(xiàn) ip 套接字地址 (ip 地址 + 端口號) 
        InetSocketAddress address = new InetSocketAddress(port);
        //5侦讨、將服務(wù)器綁定到選定的套接字地址
        serverSocket.bind(address);
        //6驶冒、打開Selector來處理Channel
        Selector selector = Selector.open();
        //7、將ServerSocket注冊到Selector已接受連接韵卤，注冊會判斷是否為非阻塞模式
        SelectionKey selectionKey = serverSocketChannel.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT);
        ByteBuffer readBuff = ByteBuffer.allocate(1024);
        final ByteBuffer msg = ByteBuffer.wrap("Hi!\r\n".getBytes());
        while(true){
            //下方代碼.....
        }
    }
}

注意： 我們前面說到，如果 ServerSocketChannel 沒有啟動非阻塞模式，那么我們在啟動的時候會報 java.lang.IllegalArgumentException 異常父款，這是為什么呢浓恶？ 我想我們可能需要更深入底層去看看 register 這個方法（如下源碼注釋）

/**
 * Base implementation class for selectable channels.
 */
 public abstract class AbstractSelectableChannel
    extends SelectableChannel
{
    /**
     * Registers this channel with the given selector, returning a selection key.
     */
    public final SelectionKey register(Selector sel, int ops,
                                       Object att)
        throws ClosedChannelException
    {
        synchronized (regLock) {
            if (!isOpen())
                throw new ClosedChannelException();
            if ((ops & ~validOps()) != 0)
                throw new IllegalArgumentException();
            if (blocking)
                throw new IllegalBlockingModeException();
            SelectionKey k = findKey(sel);
            if (k != null) {
                k.interestOps(ops);
                k.attach(att);
            }
            if (k == null) {
                // New registration
                synchronized (keyLock) {
                    if (!isOpen())
                        throw new ClosedChannelException();
                    k = ((AbstractSelector)sel).register(this, ops, att);
                    addKey(k);
                }
            }
            return k;
        }
    }
}

我想我們終于真相大白了，原來注冊這個方法會對 ServerSocketChannel 的一系列參數(shù)進(jìn)行 校驗 胸嘴，只有通過耳奕，才能注冊成功邪乍，所以我們也明白了，為什么 非阻塞是false姐刁，同時我們也可以看到芥牌，它還對我們所給的標(biāo)識做了校驗，一點要優(yōu)先注冊 接受連接（OP_ACCEPT） 這個狀態(tài)才行聂使，不然依舊會報 java.lang.IllegalArgumentException 異常壁拉。

這里解釋一下，之所以只接受 OP_ACCEPT 柏靶，是因為如果沒有一個接受其他鏈接的主服務(wù)弃理，那么通信根本無從說起，同時這樣的標(biāo)識在我們的NIO服務(wù)端中 只允許標(biāo)識一次（一個ServerSocketChannel） 屎蜓。

可能大家還會好奇有什么標(biāo)識痘昌，我想源碼的說明確實寫的很清楚了。

/**
 * Operation-set bit for read operations.
 */
 public static final int OP_READ = 1 << 0;

/**
 * Operation-set bit for write operations.
 */
 public static final int OP_WRITE = 1 << 2;

/**
 * Operation-set bit for socket-connect operations.
 */
 public static final int OP_CONNECT = 1 << 3;

/**
 * Operation-set bit for socket-accept operations.
 */
 public static final int OP_ACCEPT = 1 << 4;

好了炬转，這里給一個調(diào)試截圖辆苔，希望大家也可以慢慢的摸索一下。

Image Text

注意這里的服務(wù)端并沒有構(gòu)建完成哦扼劈，我們還需要下面的幾個步驟驻啤。

NIO選擇實例與興趣點

客戶端代碼

說到這里，我們暫時先休息下荐吵，轉(zhuǎn)頭看看 客戶端的代碼 吧骑冗，這里就簡單的介紹下，我們將建立 一個針對服務(wù)地址端口的連接 先煎，然后不停的循環(huán) 寫操作與讀操作 贼涩，沒有對客戶端進(jìn)行 關(guān)閉操作。

大家如果有興趣的話薯蝎，也可以自己調(diào)試遥倦，并看看部分類的JDK源碼，如下給出本項目案例的客戶端代碼良风。

public class WebClient {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        try {
            SocketChannel socketChannel = SocketChannel.open();
            socketChannel.connect(new InetSocketAddress("0.0.0.0",8090));

            ByteBuffer writeBuffer = ByteBuffer.allocate(32);
            ByteBuffer readBuffer = ByteBuffer.allocate(32);

            writeBuffer.put("hello".getBytes());
            writeBuffer.flip();
            while (true){
                writeBuffer.rewind();
                socketChannel.write(writeBuffer);
                readBuffer.clear();
                socketChannel.read(readBuffer);
                readBuffer.flip();
                System.out.println(new String(readBuffer.array()));
            }
        }catch (IOException e){
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

準(zhǔn)備IO接入操作

這里有點復(fù)雜谊迄，我也盡可能的思考了表達(dá)的方式，首先我們先明確一下烟央，所有的連接都會被Selector所囊括统诺，即我們要獲取新接入的連接，也要通過Selector來獲取疑俭，我們一開始啟動的 服務(wù)器套接字通道ServerSocketChannel 起到一個接入\入口（或許不夠準(zhǔn)確）的作用粮呢，客戶端連接通過IP與端口進(jìn)入后，會 被注冊的Selector所獲取 到钞艇，成為 Selector 其中的一員啄寡。

但是這里的一員 并不會包括一開始注冊并被標(biāo)志為接收連接 的 ServerSocketChannel 。

Selector有這樣一個方法哩照，它會自動去等待新的連接事件挺物，如果沒有連接接入，那么它將一直處于阻塞狀態(tài)飘弧。通過字面意思我們可以大致這樣寫代碼识藤。

while(true){
    try{
        //1、等到需要處理的新事件：阻塞將一直持續(xù)到下一個傳入事件
        selector.select();
    }catch(IOException e){
        e.printStackTrace();
        break;
    }
}

那么這樣寫好像有點像樣次伶，畢竟異常我們也捕獲了痴昧，同時也使用了剛剛 開啟并注冊完畢的選擇器Selector。

讓我們看看源碼中對于這個方法 select 的注釋吧冠王。

/**
 * A multiplexor of {@link SelectableChannel} objects.
 */
 public abstract class Selector implements Closeable {
     /**
     * Selects a set of keys whose corresponding channels are ready for I/O
     * operations.
     */
     public abstract int select() throws IOException;
 }

好的赶撰，看樣子是對的，它將返回一組套接字通道已經(jīng)準(zhǔn)備好執(zhí)行I/O操作的鍵柱彻。那么這個Key究竟是什么呢豪娜？

這里可能直觀的感受下會更好。如下圖是我調(diào)試下看到的key對象绒疗，我想大家應(yīng)該可以理解了侵歇，這個Key中也會 存放對應(yīng)連接的Channel與Selector 。

Image Text

具體的內(nèi)部更深層的就探討了吓蘑。那么這也解決了我們接下來的 一個疑問 惕虑，我們要怎么向Selector拿連接進(jìn)來的實例呢？

答案很明顯磨镶，我們僅需要 獲取到這個Keys 就好了溃蔫。

選擇鍵集合操作

對于獲取Keys這個現(xiàn)在應(yīng)該已經(jīng)不是什么問題了，通過上面章節(jié)的了解琳猫，我想大家也可以想到這樣的大致語法伟叛。

//獲取所有接收事件的SelectionKey實例
Set<SelectionKey> readykeys = selector.selectedKeys();

大家或許會好奇，這里的Key對象居然是前面的 SelectionKey.OP_ACCEPT 對象脐嫂，是的统刮，這也是接下來要講的紊遵，這很奇妙，也很好玩侥蒙。

前面說到的標(biāo)識暗膜，這是每一個Key自有的，并且是可以 改變的狀態(tài) 鞭衩，在剛剛連接的時候学搜，或許我應(yīng)該大致的描述一下 一個新連接進(jìn)入選擇器后的流程 ：select方法將接受到新接入的連接事件，它會被Selector以Key的形式存儲论衍，這時我們需要 對其進(jìn)行判斷 瑞佩，是否是已經(jīng)就緒可以被接受的連接，如果是坯台，這時我們需要 獲取這個連接 炬丸，同時也將其設(shè)定為 非阻塞的狀態(tài) ，并將它 注冊到選擇器上（當(dāng)然捂人，這時的標(biāo)識就不能是一開始的 OP_ACCEPT ）御雕，你可以選擇性的 注冊它的標(biāo)識 ，之后我們可以通過循環(huán)遍歷Keys來滥搭，讓 某一標(biāo)識的連接去執(zhí)行對應(yīng)的操作 酸纲。

說到這里，我想部分新手可能會有點模糊瑟匆，我想我還是把接下來的代碼都一起放出來吧闽坡，大家先看看是否能夠再次結(jié)合文本進(jìn)行了解。

while (true){
    try {
        //等到需要處理的新事件：阻塞將一直持續(xù)到下一個傳入事件
        selector.select();
    }catch (IOException e){
        e.printStackTrace();
        break;
    }
    //獲取所有接收事件的SelectionKey實例
    Set<SelectionKey> readykeys = selector.selectedKeys();
    Iterator<SelectionKey> iterator = readykeys.iterator();
    while(iterator.hasNext()){
        SelectionKey key = iterator.next();
        iterator.remove();
        try {
            //檢查事件是否是一個新的已經(jīng)就緒可以被接受的連接
            if (key.isAcceptable()){
                //channel：返回為其創(chuàng)建此鍵的通道愁溜。 即使在取消密鑰后, 此方法仍將繼續(xù)返回通道疾嗅。
                ServerSocketChannel server = (ServerSocketChannel)key.channel();
                //可選擇的通道, 用于面向流的連接插槽。
                SocketChannel client = server.accept();
                //設(shè)定為非阻塞
                client.configureBlocking(false);
                //接受客戶端冕象，并將它注冊到選擇器代承，并添加附件
                client.register(selector,SelectionKey.OP_WRITE | SelectionKey.OP_READ,msg.duplicate());
                System.out.println("Accepted connection from " + client);
            }
            //檢查套接字是否已經(jīng)準(zhǔn)備好讀數(shù)據(jù)
            if (key.isReadable()){
                SocketChannel client = (SocketChannel)key.channel();
                readBuff.clear();
                client.read(readBuff);
                readBuff.flip();
                System.out.println("received:"+new String(readBuff.array()));
                //將此鍵的興趣集設(shè)置為給定的值。 OP_WRITE
                key.interestOps(SelectionKey.OP_WRITE);
            }
            //檢查套接字是否已經(jīng)準(zhǔn)備好寫數(shù)據(jù)
            if (key.isWritable()){
                SocketChannel client = (SocketChannel)key.channel();
                //attachment : 檢索當(dāng)前附件
                ByteBuffer buffer = (ByteBuffer)key.attachment();
                buffer.rewind();
                client.write(buffer);
                //將此鍵的興趣集設(shè)置為給定的值渐扮。 OP_READ
                key.interestOps(SelectionKey.OP_READ);
            }
        }catch (IOException e){
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

提示：讀到此處论悴，還請各位讀者能運行整個demo，并調(diào)試下墓律，看看與自己理解的是否有差別膀估。

流程效果

以下我簡單敘述一下，我在調(diào)試時的理解與效果耻讽。

• 1察纯、啟動服務(wù)端后，運行到 selector.select(); 后阻塞，因為沒有監(jiān)聽到新的連接饼记。

• 2香伴、啟動客戶端后，selector.select() 監(jiān)聽到新連接具则，往下執(zhí)行獲取到的Keys的size為1瞒窒，進(jìn)入Key標(biāo)識分支判斷

• 3、key.isAcceptable() 首次接入為true乡洼，設(shè)置為非阻塞，并注釋到選擇器中修改標(biāo)識為 SelectionKey.OP_WRITE | SelectionKey.OP_READ 匕坯，同時添加附件信息 msg.duplicate() 束昵，首次循環(huán)結(jié)束

• 4、二次循環(huán)葛峻，連接未關(guān)閉锹雏，獲取到的Keys的size為1，進(jìn)入Key標(biāo)識分支判斷术奖。

• 5礁遵、由于第一次該Key標(biāo)識改變，所以這次 key.isAcceptable() 為false采记，而由于改了標(biāo)識佣耐，所以接下來的 key.isReadable() 、 key.isWritable() 都為true唧龄，執(zhí)行讀寫操作兼砖，循環(huán)結(jié)束。

• 6既棺、接下來的循環(huán)讽挟，基本上是key.isReadable() 、 key.isWritable() 都為true丸冕，執(zhí)行讀寫操作耽梅。

• 7、設(shè)想一下胖烛，如果多加一條鏈接是什么效果眼姐。

回顧

這里給出幾個代碼的注意點，希望大家可以自己去了解學(xué)習(xí)洪己。

• 1妥凳、關(guān)于 ByteBuffer 本文并不重點講解，大家可以自行了解
• 2答捕、關(guān)于Key標(biāo)識判斷的代碼逝钥，以下兩句的刪減是否會對代碼有所影響呢？

key.interestOps(SelectionKey.OP_WRITE);
key.interestOps(SelectionKey.OP_READ);

• 3、如果刪除了2中的代碼艘款，并把客戶端注冊選擇器并給標(biāo)識的代碼改為以下持际，那么項目運行效果怎么樣呢？

client.register(selector, SelectionKey.OP_READ,msg.duplicate());

• 4哗咆、如果改了3的代碼蜘欲，可是不刪除2的代碼，那么效果又是怎么樣呢晌柬？

答案留給讀者去揭曉吧姥份，如果你有答案，歡迎留言年碘。

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