Java网络编程----通过实现简易聊天工具来聊聊NIO

前文我们说过了BIO，今天我们聊聊NIO。
NIO 是什么？NIO官方解释它为New lO，由于其特性我们也称之为,Non-Blocking IO。这是jdk1.4之后新增的一套IO标准。
为什么要用NIO呢？
我们再简单回顾下BIO：
阻塞式IO，原理很简单，其实就是多个端点与服务端进行通信时，每个客户端有一个自己的socket，他们与服务端的serverSocket进行连接，服务端为每一个客户端socket 生成一个对应的socket。
这样客户端就可以通过自己的socket进行与服务端的读写，而服务端也可以通过对应的socket与客户端进行读写。
由于这些socket需要一致持有等待接听和连接，所以只能阻塞式的原地等待。这大大降低了服务器的性能上限。这就像是一个服务员只能对接自己当前的客人，无法接收多个客人的需求。
那怎么解决呢？

我先举个例子，酒店的厨房只有一个厨师，厨师并不会依次对接每一个客人，满足客人需求后，再对接下一个客人，而是会收到一份包含当前所有客户要求的菜品单。
然后开始处理菜品单，同时收集新的需求到新的菜品单中。当菜品单中所有菜品处理完成后，清空旧的菜品单，处理新的菜品单，如此反复循环。他并不会告诉第一个客人才做好了，才接收第二个客人要求的菜品。
我们来看看这个是如何实现的：

1、创建selector----->相当于厨师
2、创建服务端socketChannel
3、将服务端socketChannel绑定到selector中，同时接收accept事件------->相当于厨师收到的菜品单
4、开始循环，处理事件队列中收到的所有事件------->相当于厨师处理客户的诉求
5、如果有accept事件，就把accept事件中新连接channel也绑定到selector中，同时接收read事件。
6、处理完所有事件后清空事件队列中的事件 ------->厨师处理完所有菜品后，清空菜品单
这里本质上其实就是绑定事件，监听请求，处理事件，只是换成批量监听，和批量处理了。
服务端代码：

package com.example.demo.learn.tcp;

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.Set;

/**
 * @discription
 */
public class NIOServer {
    static Object obj;

    public static void main(String[] args) throws IOException {
        Selector selector = Selector.open();
        ServerSocketChannel serverSocketChannel = ServerSocketChannel.open();
        serverSocketChannel.socket().bind(new InetSocketAddress(9999));
        serverSocketChannel.configureBlocking(false);
        serverSocketChannel.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT);
        while (true) {
            selector.select();//注意这里
            Set<SelectionKey> allKey = selector.selectedKeys();
            for (SelectionKey selectionKey : allKey) {
                if (selectionKey.isAcceptable()) {
                    ServerSocketChannel serverChannel = (ServerSocketChannel) selectionKey.channel();
                    if (serverChannel == serverSocketChannel) {
                        int a = 1;
                    }
                    SocketChannel client = serverChannel.accept();
                    client.configureBlocking(false);
                    client.register(selector, SelectionKey.OP_READ);
                    obj = client;
                } else if (selectionKey.isReadable()) {
                    SocketChannel client = (SocketChannel) selectionKey.channel();
                    if (client == obj) {
                        int a = 1;
                    }
                    ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024);
                    client.read(buffer);
                    buffer.flip();
                    byte[] bytes = new byte[buffer.remaining()];
                    buffer.get(bytes);
                    System.out.println("received msg :" + new String(bytes));
                    ByteBuffer responseBuffer = ByteBuffer.wrap("Hello , client!".getBytes());
                    client.write(responseBuffer);
                }
            }
            allKey.clear();
        }
    }
}

为了清晰，客户端代码我们仍然采用BIO模式中的客户端代码：

public class TCPClient {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        Socket clientSocket=new Socket("127.0.0.1",9999);
        ChatThread chatThread = new ChatThread(clientSocket);
        new Thread(chatThread).start();

    }
}

class ChatThread implements Runnable {
    private Socket clientSocket;

    ChatThread(Socket clientSocket) {
        this.clientSocket = clientSocket;
    }

    @Override
    public void run() {
        try {
            OutputStream os = clientSocket.getOutputStream();
            SayThread sayThread = new SayThread(os);
            new Thread(sayThread).start();

            InputStream is = clientSocket.getInputStream();
            byte[] buffer = new byte[1024];
            int len = is.read(buffer);
            while (len > 0) {
                String msg = new String(buffer, 0, len);
                System.out.println("");
                System.out.println("receive server msg :");
                System.out.println(msg);
                System.out.println("");
                len = is.read(buffer);
            }
            clientSocket.close();

        } catch (Exception ex) {
            //logs
        }

    }
}

class SayThread implements Runnable {
    private OutputStream os;

    SayThread(OutputStream outputStream) {
        this.os = outputStream;
    }

    @Override
    public void run() {
        try {
            os.write("client connect success!!!".getBytes());
            Scanner inputScanner = new Scanner(System.in);
            while (true) {
                String str = inputScanner.nextLine();
                os.write(str.getBytes());
                os.flush();
            }

        } catch (Exception ex) {
            //logs
        }

    }
}

先运行服务端，然后运行客户端，我们来看下效果：

如果到这里你还没看懂，有一点点迷，那么你只要记住整个NIO中我们其实只要关注三个核心东西，然后再结合前文是橙色粗体字的代码思路来理解下：
Channel：通道，类似于BIO中的Socket，我们可以通过它来进行读写
Selector：选择器，我们将Channel和他需要关心的事件绑定起来，当事件响应时，激活对应的Channel（我们常用到的监听事件，就是连接accept事件和读read事件）
Buffer：缓存，我们用来配合Channel完成高效读写的对象（这个具体内容比较复杂而且比较多，我后边会写文章专门介绍，这里先不用关心）

整体的结构图大概是这个样子的：

到这里，我们基本就对NIO有一个大致的了解了，那么NIO的代码中完全不存在阻塞等待么？
答案是还会发生阻塞等待，注意代码中的红色标记（如图，通过debug，我们也会发现线程阻塞到了这里），当线程执行到select方法处时，会进行阻塞等待。

那为什么NIO的核心组件selector 会是阻塞性方法呢 ？这是由于NIO本来指的就是New IO，只是在网络数据处理时，是非阻塞的，不需要单独存在一个线程管理socket等待对方写入。
而NIO更多强调的是多路复用，即通过一个线程（进程），即可以管理多个网络连接（所谓的多路）的通信。