在第二章中用BIO編程模型缓呛，簡(jiǎn)單的實(shí)現(xiàn)了一個(gè)聊天室。但是其最大的問(wèn)題在解釋BIO時(shí)就已經(jīng)說(shuō)了：ServerSocket接收請(qǐng)求時(shí)（accept()方法）杭隙、InputStream哟绊、OutputStream（輸入輸出流的讀和寫）都是阻塞的。還有一個(gè)問(wèn)題就是線程池痰憎，線程多了票髓，服務(wù)器性能耗不起攀涵。線程少了，在聊天室這種場(chǎng)景下洽沟，讓用戶等待連接肯定不可取以故。今天要說(shuō)到的NIO編程模型就很好的解決了這幾個(gè)問(wèn)題。有兩個(gè)主要的替換地方：

1.用Channel代替Stream裆操。2.使用Selector監(jiān)控多條Channel怒详，起到類似線程池的作用，但是它只需一條線程踪区。

既然要用NIO編程模型昆烁，那就要說(shuō)說(shuō)它的三個(gè)主要核心：Selector、Channel缎岗、Buffer静尼。它們的關(guān)系是：一個(gè)Selector管理多個(gè)Channel，一個(gè)Channel可以往Buffer中寫入和讀取數(shù)據(jù)传泊。Buffer名叫緩沖區(qū)鼠渺，底層其實(shí)是一個(gè)數(shù)組，會(huì)提供一些方法往數(shù)組寫入讀取數(shù)據(jù)或渤。

Buffer:

不太了解Buffer的可以看看這個(gè)：https://blog.csdn.net/czx2018/article/details/89502699

常用API：

allocate() - 初始化一塊緩沖區(qū)

put() - 向緩沖區(qū)寫入數(shù)據(jù)

get() - 向緩沖區(qū)讀數(shù)據(jù)

filp() - 將緩沖區(qū)的讀寫模式轉(zhuǎn)換

clear() - 這個(gè)并不是把緩沖區(qū)里的數(shù)據(jù)清除系冗，而是利用后來(lái)寫入的數(shù)據(jù)來(lái)覆蓋原來(lái)寫入的數(shù)據(jù)，以達(dá)到類似清除了老的數(shù)據(jù)的效果

compact() - 從讀數(shù)據(jù)切換到寫模式薪鹦，數(shù)據(jù)不會(huì)被清空掌敬，會(huì)將所有未讀的數(shù)據(jù)copy到緩沖區(qū)頭部，后續(xù)寫數(shù)據(jù)不會(huì)覆蓋池磁，而是在這些數(shù)據(jù)之后寫數(shù)據(jù)

mark() - 對(duì)position做出標(biāo)記奔害，配合reset使用

reset() - 將position置為標(biāo)記值

簡(jiǎn)單地說(shuō)：Buffer實(shí)質(zhì)上是個(gè)數(shù)組，有兩個(gè)關(guān)鍵的指針地熄，一個(gè)position代表當(dāng)前數(shù)據(jù)寫入到哪了华临、一個(gè)limit代表限制。初始化時(shí)設(shè)置了數(shù)組長(zhǎng)度端考，這limit就是數(shù)組的長(zhǎng)度雅潭。如：設(shè)置intBuffer.allocate(10)，最大存儲(chǔ)10個(gè)int數(shù)據(jù)却特，寫入5五個(gè)數(shù)據(jù)后扶供，需要讀取數(shù)據(jù)了。用filp()轉(zhuǎn)換讀寫模式后裂明，limit=position椿浓，position=0。也就是說(shuō)從0開(kāi)始讀，只能讀到第五個(gè)扳碍。讀完后這個(gè)緩沖區(qū)就需要clear()了提岔，實(shí)際上并沒(méi)有真的去清空數(shù)據(jù)，而是position和limit兩個(gè)指針又回到了初始化的位置笋敞，接著又可以寫入數(shù)據(jù)了碱蒙，反正數(shù)組下標(biāo)相同重新寫入數(shù)據(jù)會(huì)覆蓋，就沒(méi)必要真的去清空了夯巷。

Channel:

Channel(通道)主要用于傳輸數(shù)據(jù)振亮，然后從Buffer中寫入或讀取。它們兩個(gè)結(jié)合起來(lái)雖然和流有些相似鞭莽，但主要有以下幾點(diǎn)區(qū)別：
　　1.流是單向的，可以發(fā)現(xiàn)Stream的輸入流和輸出流是獨(dú)立的麸祷，它們只能輸入或輸出澎怒。而通道既可以讀也可以寫。
　　2.通道本身不能存放數(shù)據(jù)阶牍，只能借助Buffer喷面。
　　3.Channel支持異步。
　　Channel有如下三個(gè)常用的類：FileChannel走孽、SocketChannel惧辈、ServerSocketChannel。從名字也可以看出區(qū)別磕瓷，第一個(gè)是對(duì)文件數(shù)據(jù)的讀寫盒齿，后面兩個(gè)則是針對(duì)Socket和ServerSocket，這里我們只是用后面兩個(gè)困食。更詳細(xì)的用法可以看：https://www.cnblogs.com/snailclimb/p/9086335.html边翁，下面的代碼中也會(huì)用到，會(huì)有詳細(xì)的注釋硕盹。

Selector

image

多個(gè)Channel可以注冊(cè)到Selector符匾，就可以直接通過(guò)一個(gè)Selector管理多個(gè)通道。Channel在不同的時(shí)間或者不同的事件下有不同的狀態(tài)瘩例，Selector會(huì)通過(guò)輪詢來(lái)達(dá)到監(jiān)視的效果啊胶，如果查到Channel的狀態(tài)正好是我們注冊(cè)時(shí)聲明的所要監(jiān)視的狀態(tài)，我們就可以查出這些通道垛贤，然后做相應(yīng)的處理焰坪。這些狀態(tài)如下：
　　1.客戶端的SocketChannel和服務(wù)器端建立連接，SocketChannel狀態(tài)就是Connect南吮。
　　2.服務(wù)器端的ServerSocketChannel接收了客戶端的請(qǐng)求琳彩，ServerSocketChannel狀態(tài)就是Accept。
　　3.當(dāng)SocketChannel有數(shù)據(jù)可讀，那么它們的狀態(tài)就是Read露乏。
　　4.當(dāng)我們需要向Channel中寫數(shù)據(jù)時(shí)碧浊，那么它們的狀態(tài)就是Write。
　　具體的使用見(jiàn)下面代碼注釋或看https://www.cnblogs.com/snailclimb/p/9086334.html

NIO編程模型
　　NIO編程模型工作流程：
　　1.首先會(huì)創(chuàng)建一個(gè)Selector瘟仿，用來(lái)監(jiān)視管理各個(gè)不同的Channel箱锐，也就是不同的客戶端。相當(dāng)于取代了原來(lái)BIO的線程池劳较，但是它只需一個(gè)線程就可以處理多個(gè)Channel驹止，沒(méi)有了線程上下文切換帶來(lái)的消耗，很好的優(yōu)化了性能观蜗。
　　2.創(chuàng)建一個(gè)ServerSocketChannel監(jiān)聽(tīng)通信端口臊恋，并注冊(cè)到Selector，讓Seletor監(jiān)視這個(gè)通道的Accept狀態(tài)墓捻，也就是接收客戶端請(qǐng)求的狀態(tài)抖仅。
　　3.此時(shí)客戶端ClientA請(qǐng)求服務(wù)器，那么Selector就知道了有客戶端請(qǐng)求進(jìn)來(lái)砖第。這時(shí)候我們可以得到客戶端的SocketChannel撤卢，并為這個(gè)通道注冊(cè)Read狀態(tài)，也就是Selector會(huì)監(jiān)聽(tīng)ClientA發(fā)來(lái)的消息梧兼。
　　4.一旦接收到ClientA的消息放吩，就會(huì)用其他客戶端的SocketChannel的Write狀態(tài)，向它們轉(zhuǎn)發(fā)ClientA的消息羽杰。

上代碼之前渡紫，還是先說(shuō)說(shuō)各個(gè)類的作用：

相比較BIO的代碼，NIO的代碼還少了一個(gè)類忽洛，那就是服務(wù)器端的工作線程類腻惠。沒(méi)了線程池，自然也不需要一個(gè)單獨(dú)的線程去服務(wù)客戶端欲虚〖啵客戶端還是需要一個(gè)單獨(dú)的線程去等待用戶輸入，因?yàn)橛脩綦S時(shí)都可能輸入信息复哆，這個(gè)沒(méi)法預(yù)見(jiàn)欣喧，只能阻塞式的等待。

ChatServer:服務(wù)器端的唯一的類梯找，作用就是通過(guò)Selector監(jiān)聽(tīng)Read和Accept事件唆阿，并針對(duì)這些事件的類型，進(jìn)行不同的處理锈锤，如連接驯鳖、轉(zhuǎn)發(fā)闲询。

ChatClient:客戶端，通過(guò)Selector監(jiān)聽(tīng)Read和Connect事件浅辙。Read事件就是獲取服務(wù)器轉(zhuǎn)發(fā)的消息然后顯示出來(lái)扭弧；Connect事件就是和服務(wù)器建立連接，建立成功后就可以發(fā)送消息记舆。

UserInputHandler:專門等待用戶輸入的線程鸽捻，和BIO沒(méi)區(qū)別。

ChatServer

public class ChatServer {
    //設(shè)置緩沖區(qū)的大小泽腮，這里設(shè)置為1024個(gè)字節(jié)
    private static final int BUFFER = 1024;

    //Channel都要配合緩沖區(qū)進(jìn)行讀寫御蒲，所以這里創(chuàng)建一個(gè)讀緩沖區(qū)和一個(gè)寫緩沖區(qū)
    //allocate()靜態(tài)方法就是設(shè)置緩存區(qū)大小的方法
    private ByteBuffer read_buffer = ByteBuffer.allocate(BUFFER);
    private ByteBuffer write_buffer = ByteBuffer.allocate(BUFFER);

    //為了監(jiān)聽(tīng)端口更靈活，再不寫死了诊赊，用一個(gè)構(gòu)造函數(shù)設(shè)置需要監(jiān)聽(tīng)的端口號(hào)
    private int port;

    public ChatServer(int port) {
        this.port = port;
    }

    private void start() {
        //創(chuàng)建ServerSocketChannel和Selector并打開(kāi)
        try (ServerSocketChannel server = ServerSocketChannel.open(); Selector selector = Selector.open()) {
            //【重點(diǎn),實(shí)現(xiàn)NIO編程模型的關(guān)鍵】configureBlocking設(shè)置ServerSocketChannel為非阻塞式調(diào)用,Channel默認(rèn)的是阻塞的調(diào)用方式
            server.configureBlocking(false);
            //綁定監(jiān)聽(tīng)端口,這里不是給ServerSocketChannel綁定厚满，而是給ServerSocket綁定，socket()就是獲取通道原生的ServerSocket或Socket
            server.socket().bind(new InetSocketAddress(port));

            //把server注冊(cè)到Selector并監(jiān)聽(tīng)Accept事件
            server.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT);
            System.out.println("啟動(dòng)服務(wù)器碧磅，監(jiān)聽(tīng)端口:" + port);


            while (true) {
                //select()會(huì)返回此時(shí)觸發(fā)了多少個(gè)Selector監(jiān)聽(tīng)的事件
                if(selector.select()>0) {
                    //獲取這些已經(jīng)觸發(fā)的事件,selectedKeys()返回的是觸發(fā)事件的所有信息
                    Set<SelectionKey> selectionKeys = selector.selectedKeys();
                    //循環(huán)處理這些事件
                    for (SelectionKey key : selectionKeys) {
                        handles(key, selector);
                    }
                    //處理完后清空selectedKeys痰滋，避免重復(fù)處理
                    selectionKeys.clear();
                }
            }
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

    //處理事件的方法
    private void handles(SelectionKey key, Selector selector) throws IOException {
        //當(dāng)觸發(fā)了Accept事件，也就是有客戶端請(qǐng)求進(jìn)來(lái)
        if (key.isAcceptable()) {
            //獲取ServerSocketChannel
            ServerSocketChannel server = (ServerSocketChannel) key.channel();
            //然后通過(guò)accept()方法接收客戶端的請(qǐng)求续崖，這個(gè)方法會(huì)返回客戶端的SocketChannel，這一步和原生的ServerSocket類似
            SocketChannel client = server.accept();
            client.configureBlocking(false);

            //把客戶端的SocketChannel注冊(cè)到Selector团搞，并監(jiān)聽(tīng)Read事件
            client.register(selector, SelectionKey.OP_READ);
            System.out.println("客戶端[" + client.socket().getPort() + "]上線啦严望！");
        }
        //當(dāng)觸發(fā)了Read事件，也就是客戶端發(fā)來(lái)了消息
        if (key.isReadable()) {
            SocketChannel client = (SocketChannel) key.channel();
            //獲取消息
            String msg = receive(client);
            System.out.println("客戶端[" + client.socket().getPort() + "]:" + msg);
            //把消息轉(zhuǎn)發(fā)給其他客戶端
            sendMessage(client, msg, selector);
            //判斷用戶是否退出
            if (msg.equals("quit")) {
                //解除該事件的監(jiān)聽(tīng)
                key.cancel();
                //更新Selector
                selector.wakeup();
                System.out.println("客戶端[" + client.socket().getPort() + "]下線了逻恐！");
            }
        }
    }

    //編碼方式設(shè)置為utf-8像吻，下面字符和字符串互轉(zhuǎn)時(shí)用得到
    private Charset charset = Charset.forName("UTF-8");

    //接收消息的方法
    private String receive(SocketChannel client) throws IOException {
        //用緩沖區(qū)之前先清空一下,避免之前的信息殘留
        read_buffer.clear();
        //把通道里的信息讀取到緩沖區(qū)，用while循環(huán)一直讀取复隆，直到讀完所有消息拨匆。因?yàn)闆](méi)有明確的類似\n這樣的結(jié)尾，所以要一直讀到?jīng)]有字節(jié)為止
        while (client.read(read_buffer) > 0) ;
        //把消息讀取到緩沖區(qū)后挽拂，需要轉(zhuǎn)換buffer的讀寫狀態(tài)惭每，不明白的看看前面的Buffer的講解
        read_buffer.flip();
        return String.valueOf(charset.decode(read_buffer));
    }

    //轉(zhuǎn)發(fā)消息的方法
    private void sendMessage(SocketChannel client, String msg, Selector selector) throws IOException {
        msg = "客戶端[" + client.socket().getPort() + "]:" + msg;
        //獲取所有客戶端,keys()與前面的selectedKeys不同，這個(gè)是獲取所有已經(jīng)注冊(cè)的信息亏栈，而selectedKeys獲取的是觸發(fā)了的事件的信息
        for (SelectionKey key : selector.keys()) {
            //排除服務(wù)器和本客戶端并且保證key是有效的台腥，isValid()會(huì)判斷Selector監(jiān)聽(tīng)是否正常、對(duì)應(yīng)的通道是保持連接的狀態(tài)等
            if (!(key.channel() instanceof ServerSocketChannel) && !client.equals(key.channel()) && key.isValid()) {
                SocketChannel otherClient = (SocketChannel) key.channel();
                write_buffer.clear();
                write_buffer.put(charset.encode(msg));
                write_buffer.flip();
                //把消息寫入到緩沖區(qū)后绒北，再把緩沖區(qū)的內(nèi)容寫到客戶端對(duì)應(yīng)的通道中
                while (write_buffer.hasRemaining()) {
                    otherClient.write(write_buffer);
                }
            }
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        new ChatServer(8888).start();
    }
}

ChatClient

public class ChatClient {
    private static final int BUFFER = 1024;
    private ByteBuffer read_buffer = ByteBuffer.allocate(BUFFER);
    private ByteBuffer write_buffer = ByteBuffer.allocate(BUFFER);
    //聲明成全局變量是為了方便下面一些工具方法的調(diào)用黎侈，就不用try with resource了
    private SocketChannel client;
    private Selector selector;

    private Charset charset = Charset.forName("UTF-8");

    private void start() {
        try  {
            client=SocketChannel.open();
            selector=Selector.open();
            client.configureBlocking(false);
            //注冊(cè)channel，并監(jiān)聽(tīng)SocketChannel的Connect事件
            client.register(selector, SelectionKey.OP_CONNECT);
            //請(qǐng)求服務(wù)器建立連接
            client.connect(new InetSocketAddress("127.0.0.1", 8888));
            //和服務(wù)器一樣闷游，不停的獲取觸發(fā)事件峻汉，并做相應(yīng)的處理
            while (true) {
                selector.select();
                Set<SelectionKey> selectionKeys = selector.selectedKeys();
                for (SelectionKey key : selectionKeys) {
                    handle(key);
                }
                selectionKeys.clear();
            }
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }catch (ClosedSelectorException e){
            //當(dāng)用戶輸入quit時(shí)贴汪，在send()方法中，selector會(huì)被關(guān)閉休吠，而在上面的無(wú)限while循環(huán)中扳埂，可能會(huì)使用到已經(jīng)關(guān)閉了的selector。
            //所以這里捕捉一下異常蛛碌，做正常退出處理就行了聂喇。不會(huì)對(duì)服務(wù)器造成影響
        }
    }

    private void handle(SelectionKey key) throws IOException {
        //當(dāng)觸發(fā)connect事件，也就是服務(wù)器和客戶端建立連接
        if (key.isConnectable()) {
            SocketChannel client = (SocketChannel) key.channel();
            //finishConnect()返回true蔚携，說(shuō)明和服務(wù)器已經(jīng)建立連接希太。如果是false，說(shuō)明還在連接中酝蜒，還沒(méi)完全連接完成
            if(client.finishConnect()){
                //新建一個(gè)新線程去等待用戶輸入
                new Thread(new UserInputHandler(this)).start();
            }
            //連接建立完成后誊辉，注冊(cè)read事件，開(kāi)始監(jiān)聽(tīng)服務(wù)器轉(zhuǎn)發(fā)的消息
            client.register(selector,SelectionKey.OP_READ);
        }
        //當(dāng)觸發(fā)read事件亡脑，也就是獲取到服務(wù)器的轉(zhuǎn)發(fā)消息
        if(key.isReadable()){
            SocketChannel client = (SocketChannel) key.channel();
            //獲取消息
            String msg = receive(client);
            System.out.println(msg);
            //判斷用戶是否退出
            if (msg.equals("quit")) {
                //解除該事件的監(jiān)聽(tīng)
                key.cancel();
                //更新Selector
                selector.wakeup();
            }
        }
    }
    //獲取消息
    private String receive(SocketChannel client) throws IOException{
        read_buffer.clear();
        while (client.read(read_buffer)>0);
        read_buffer.flip();
        return String.valueOf(charset.decode(read_buffer));
    }

    //發(fā)送消息
    public void send(String msg) throws IOException{
        if(!msg.isEmpty()){
            write_buffer.clear();
            write_buffer.put(charset.encode(msg));
            write_buffer.flip();
            while (write_buffer.hasRemaining()){
                client.write(write_buffer);
            }
            if(msg.equals("quit")){
                selector.close();
            }
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        new ChatClient().start();
    }
}

UserInputHandler

public class UserInputHandler implements Runnable {
    ChatClient client;
    public UserInputHandler(ChatClient chatClient) {
        this.client=chatClient;
    }
    @Override
    public void run() {
        BufferedReader read=new BufferedReader(
                new InputStreamReader(System.in)
        );
        while (true){
            try {
                String input=read.readLine();
                client.send(input);
                if(input.equals("quit"))
                    break;
            } catch (IOException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
}

測(cè)試運(yùn)行：之前用的是win10的終端運(yùn)行的堕澄，以后直接用IDEA運(yùn)行，方便些霉咨。不過(guò)一個(gè)類同時(shí)運(yùn)行多個(gè)蛙紫，以實(shí)現(xiàn)多個(gè)客戶端的場(chǎng)景，需要先做以下設(shè)置

[圖片上傳中...(image-47ea3c-1641479374845-3)]

[圖片上傳中...(image-8c393-1641479374845-2)]

[圖片上傳中...(image-b9b40-1641479374845-1)]

[圖片上傳中...(image-de9dea-1641479374845-6)]

設(shè)置完后途戒，就可以同時(shí)運(yùn)行兩個(gè)ChatClient了坑傅，上圖中得Unnamed就是第二個(gè)ChatClient，選中后點(diǎn)擊右邊運(yùn)行按鈕就行了喷斋。效果如下：

[圖片上傳中...(image-f48630-1641479374845-0)]

[圖片上傳中...(image-6a67cf-1641479374845-5)]

[圖片上傳中...(image-9a7c45-1641479374845-4)]