java基础知识（返璞归真）——chapter2（IO与NIO）

2021-07-18 12:30:51 阅读：143 来源： 互联网

标签：java NIO chapter2 new import public Socket socket

传统的BIO模式
对于传统IO模型，其主要是一个Server对接N个客户端，在客户端连接之后，为每个客户端都分配一个执行线程。
特点：
① 每个客户端连接到达之后，都会分配一个线程给客户端。用于读写数据，编码解码以及业务计算。
② 服务端创建的连接数与服务端可创建线程数量呈线性关系
在这里插入图片描述
缺点（根据特点而定）：
① 服务端的并发量与服务器可创建线程数有依赖关系
② 服务端线程不仅要IO读写数据，还要业务计算
③ 服务端先进行获取客户端连接，然后读取数据，最后写入数据的这些过程中都是阻塞的。在网络不好的情况下，降低了对线程的利用率，减少了服务器的吞吐量。

IO练习练习一
单发单收：客户端发送一行数据，服务端接收一行数据，通信架构的规则服务端与客户端的通信机制要一致

public class client {
    public static void main(String[] args) {
        try {
            Socket socket = new Socket("127.0.0.1",9999);
            OutputStream os = socket.getOutputStream();
            //因为接受的时候是接受一行字符打印
            //使用打印流比较好
            PrintStream ps = new PrintStream(os);
            ps.println("Hello world");
            ps.flush();
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }

    }
}

public class Server {
    public static void main(String[] args) {
        try {
            //1.创建ServerSocket对象用作服务端端口注册
            ServerSocket ss = new ServerSocket(9999);
            //2.创建服务端socket
            Socket server = ss.accept();
            //3.创建服务端输入流
            InputStream is = server.getInputStream();
            //创建字符输入流读取client传入的字符数据
            BufferedReader br = new BufferedReader(new InputStreamReader(is));
            String msg;
            if ((msg = br.readLine()) != null){
                System.out.println("服务端接收到的信息" + msg);
            }
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

IO练习二
多发多收：客户端发送多条消息，服务端接收多条消息（通过创建线程的方式实现）
缺点：
① 每个Socket接收到都会创建一个线程，线程的竞争，切换上下文影响性能
② 每个线程都会占用栈空间和CPU资源
③ 并不是每个Socket都进行IO操作，无意义的线程处理
④ 客户端并发增加时，服务端呈现线性线程开销，访问量越大，系统将发生线程栈溢出，线程创建失败，最终导致进程宕机或者僵死，从而不能对外提供服务

package javabasic.moreclient;

import java.io.OutputStream;
import java.io.PrintStream;
import java.net.Socket;
import java.util.Scanner;

/**
 * @author Lyyyys
 * @version 1.0
 * @date 2021/7/12 9:21
 */
public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        try {
            Socket socket = new Socket("127.0.0.1",9999);
            OutputStream os = socket.getOutputStream();
            PrintStream ps = new PrintStream(os);
            Scanner scanner = new Scanner(System.in);
            while (true){
                System.out.printf("客户端：");
                String msg = scanner.nextLine();
                ps.println(msg);
                ps.flush();
            }
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

package javabasic.moreclient;

import javabasic.iodemo.Server;

import java.io.IOException;
import java.net.ServerSocket;
import java.net.Socket;

/**
 * @author Lyyyys
 * @version 1.0
 * @date 2021/7/12 9:08
 */

/*
* 需求：实现服务端收取多个客户端发送的请求信息
* 思路：服务端每接收到一个客户端的请求的时候都建立一个线程给予通信
* */
public class server {
    public static void main(String[] args) {
        try {
            ServerSocket ss = new ServerSocket(9999);
            while (true){
                Socket socket = ss.accept();
                ServerThreadSocket threadSocket = new ServerThreadSocket(socket);
                threadSocket.run();
            }
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

package javabasic.moreclient;

import java.io.BufferedReader;
import java.io.IOException;
import java.io.InputStream;
import java.io.InputStreamReader;
import java.net.Socket;

/**
 * @author Lyyyys
 * @version 1.0
 * @date 2021/7/12 9:15
 */
public class ServerThreadSocket extends Thread{
    private Socket socket;

    public ServerThreadSocket(Socket socket){
        this.socket = socket;
    }
    @Override
    public void run() {
        try {
            InputStream is = socket.getInputStream();
            BufferedReader br = new BufferedReader(new InputStreamReader(is));
            String msg;
            while ((msg = br.readLine()) != null){
                System.out.printf("服务端接收到的消息为" + msg);
            }
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

IO练习三：改进IO练习二
多发多收：客户端发送多条消息，服务端接收多条消息（通过创建线程池的消息队列实现伪异步io）

package javabasic.fakenio;

import java.io.OutputStream;
import java.io.PrintStream;
import java.net.Socket;
import java.util.Scanner;

/**
 * @author Lyyyys
 * @version 1.0
 * @date 2021/7/12 10:09
 */
public class client {
    public static void main(String[] args) {
        try {
            Socket socket = new Socket("127.0.0.1",9999);
            OutputStream os = socket.getOutputStream();
            PrintStream ps = new PrintStream(os);
            Scanner scanner = new Scanner(System.in);
            while (true){
                System.out.printf("客户端：");
                String msg = scanner.nextLine();
                ps.println(msg);
                ps.flush();
            }
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

package javabasic.fakenio;

import java.util.concurrent.ArrayBlockingQueue;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor;
import java.util.concurrent.TimeUnit;

/**
 * @author Lyyyys
 * @version 1.0
 * @date 2021/7/12 9:58
 */
public class HandlerSocketPool {
    private ExecutorService executorService;
    /*
    *public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,
                          int maximumPoolSize,
                          long keepAliveTime,
                          TimeUnit unit,
                          BlockingQueue<Runnable> workQueue) {
    this(corePoolSize, maximumPoolSize, keepAliveTime, unit, workQueue,
         Executors.defaultThreadFactory(), defaultHandler);
    * */
    public HandlerSocketPool(int maximumPoolSize,int queueSize){
        executorService = new ThreadPoolExecutor(3,maximumPoolSize,120
                , TimeUnit.SECONDS,new ArrayBlockingQueue<Runnable>(queueSize));
    }

    public void execute(Runnable target){
        executorService.execute(target);
    }
}

package javabasic.fakenio;

import jdk.net.Sockets;

import java.io.IOException;
import java.net.ServerSocket;
import java.net.Socket;

/**
 * @author Lyyyys
 * @version 1.0
 * @date 2021/7/12 9:56
 */
/*
* 实现伪异步io通信
* */
public class server {
    public static void main(String[] args) {
        try {
            //1.创建服务端注册端口
            ServerSocket ss = new ServerSocket(9999);
            //2.创建线程池对象
            HandlerSocketPool pool = new HandlerSocketPool(10,12);
            while (true){
                //3.接收到客户端的请求，连接对象
                Socket socket = ss.accept();
                ServerRunnableTarget target = new ServerRunnableTarget(socket);
                pool.execute(target);
            }
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

package javabasic.fakenio;

import jdk.net.Sockets;

import java.io.BufferedReader;
import java.io.IOException;
import java.io.InputStream;
import java.io.InputStreamReader;
import java.net.Socket;

/**
 * @author Lyyyys
 * @version 1.0
 * @date 2021/7/12 10:06
 */
public class ServerRunnableTarget implements Runnable{
    private Socket socket;

    public ServerRunnableTarget(Socket socket){
        this.socket = socket;
    }

    @Override
    public void run() {
        try {
            InputStream is = socket.getInputStream();
            BufferedReader br = new BufferedReader(new InputStreamReader(is));
            String msg;
            while ((msg = br.readLine()) != null){
                System.out.println("服务端接收到的数据是" + msg);
            }
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

IO练习四
基于BIO模式下实现文件上传的案例，服务端使用根据连接数线性创建线程
思路：先用data流读取文件后缀名，然后再读取文件的数据。

package javabasic.fileupload;

import java.io.DataOutputStream;
import java.io.FileInputStream;
import java.io.IOException;
import java.io.OutputStream;
import java.net.Socket;

/**
 * @author Lyyyys
 * @version 1.0
 * @date 2021/7/12 10:27
 */
/*
* 需求：实现客户端发送任意类型的文件数据给服务端保存起来
*
* */
public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        FileInputStream fis = null;
        DataOutputStream dos = null;
        try {
            fis = new FileInputStream("D:\\照片\\01.txt");
            Socket socket = new Socket("127.0.0.1",9999);
            OutputStream os = socket.getOutputStream();
            dos = new DataOutputStream(os);
            dos.writeUTF(".txt");
            byte[] buffer = new byte[1024];
            int len = 0;
            while ((len = fis.read(buffer)) > 0){
                dos.write(buffer,0,len);
            }
            dos.flush();
            socket.shutdownOutput();
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            if(fis != null){
                try {
                    fis.close();
                } catch (IOException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
            if(dos != null){
                try {
                    dos.close();
                } catch (IOException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }
    }
}

package javabasic.fileupload;

import java.io.FileOutputStream;
import java.io.IOException;
import java.net.ServerSocket;
import java.net.Socket;

/**
 * @author Lyyyys
 * @version 1.0
 * @date 2021/7/12 10:27
 */

/*
* 需求：服务端可以接收客户端任意类型数据的文件,并保存到服务端的磁盘中去
* */
public class Server {
    public static void main(String[] args) {
        try {
            ServerSocket ss = new ServerSocket(9999);
            while (true){
                Socket socket = ss.accept();
                SocketThread thread = new SocketThread(socket);
                thread.run();
            }
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

package javabasic.fileupload;

import java.io.DataInputStream;
import java.io.FileOutputStream;
import java.io.IOException;
import java.io.InputStream;
import java.net.Socket;
import java.util.UUID;

/**
 * @author Lyyyys
 * @version 1.0
 * @date 2021/7/12 11:24
 */
public class SocketThread extends Thread{
    private Socket socket;

    public SocketThread(Socket socket){
        this.socket = socket;
    }

    @Override
    public void run() {
        FileOutputStream fos = null;
        DataInputStream dis = null;
        try {
            InputStream is = socket.getInputStream();
            dis = new DataInputStream(is);
            String suffix = dis.readUTF();
            fos = new FileOutputStream("D:\\照片\\server\\" + UUID.randomUUID() + suffix);
            int len = 0;
            byte[] buffer = new byte[1024];
            while ((len = dis.read(buffer)) > 0){
                fos.write(buffer,0,len);
            }
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            if(fos != null){
                try {
                    fos.close();
                } catch (IOException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }

    }
}

IO练习练习常用方法

public class Demo1 {


    public static void main(String[] args) {


    }

    //递归地列出一个目录下所有文件:
    private static void listAllFiles(File dir){
        if(dir == null || !dir.exists()){
            return;
        }
        if(dir.isFile()){
            System.out.println(dir.getName());
            return;
        }

        for (File file:dir.listFiles()) {
            listAllFiles(file);
        }

    }


    //复制文件
    public static void copyFile(String src,String dest) throws IOException {

        FileInputStream in = new FileInputStream(src);
        FileOutputStream out = new FileOutputStream(dest);

        byte[] buffer = new byte[20*1024];

        while (in.read(buffer,0,buffer.length) != -1){
            out.write(buffer);
        }

        in.close();
        out.close();
    }

    //实现逐行输出文本文件的内容
    public static void readFileContent(String filePath) throws IOException {
        BufferedReader br = new BufferedReader(new FileReader(filePath));
        String line ="";

        while(br.readLine() != null){
            System.out.println(line = br.readLine());
        }

        //为什么只需要关闭一个窗口即可因为bufferReader采用的是装饰器模式
        //调用BufferReader的close方法也会调用FileReader的close方法
        br.close();
    }

}

NIO三大重点

一、通道
通道与流的不同之处在于
流只能在一个方向上移动(一个流必须是 InputStream 或者 OutputStream 的子类)，而通道是双向的，可以用于读、写或者同时用于读写。通道包括以下类型:
① FileChannel: 从文件中读写数据；
② DatagramChannel: 通过 UDP 读写网络中数据；
③ SocketChannel: 通过 TCP 读写网络中数据；
④ ServerSocketChannel: 可以监听新进来的 TCP 连接，对每一个新进来的连接都会创建一个 SocketChannel。

二、缓冲区
发送给一个通道的所有数据都必须首先放到缓冲区中，同样地，从通道中读取的任何数据都要先读到缓冲区中。也就是说，不会直接对通道进行读写数据，而是要先经过缓冲区。缓冲区实质上是一个数组，但它不仅仅是一个数组。缓冲区提供了对数据的结构化访问，而且还可以跟踪系统的读/写进程。

public static ByteBuffer allocate(int capacity)  
public static ByteBuffer allocateDirect(int capacity)

第一种分配方式产生的内存开销是在JVM中的，而另外一种的分配方式产生的开销在JVM之外，以就是系统级的内存分配。当Java程序接收到外部传来的数据时，首先是被系统内存所获取，然后在由系统内存复制复制到JVM内存中供Java程序使用。
区别：数据量小第一种比较快因为直接就分配到JVM内存中，但当数据量大的时候使用后者较好，因为第一种还要从系统内存当中复制到JVM内存中。

public class demo2 {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        FileInputStream fio = new FileInputStream("src");
        //获取输入字节流的通道
        FileChannel fiochannel = fio.getChannel();
        FileOutputStream fos = new FileOutputStream("dist");
        //获取输出字节流的通道
        FileChannel foschannel = fos.getChannel();
        //为缓冲区分配1024字节
        ByteBuffer byteBuffer = ByteBuffer.allocateDirect(1024);

        while (true){
            //从输入通道中读取数据到缓冲区中
            int r = fiochannel.read(byteBuffer);
            if(r == -1)
                break;
            //缓冲区切换读写
            byteBuffer.flip();
            //由输出通道去写缓冲区的内容
            foschannel.write(byteBuffer);
            //清空缓冲区的内容
            byteBuffer.clear();
        }
    }
}

三、选择器
NIO 实现了 IO 多路复用中的 Reactor 模型，一个线程 Thread 使用一个选择器 Selector 通过轮询的方式去监听多个通道 Channel 上的事件，从而让一个线程就可以处理多个事件。

ServerSocketChannel ssChannel = ServerSocketChannel.open();
ssChannel.configureBlocking(false);
ssChannel.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT);

通过配置监听的通道 Channel 为非阻塞，那么当 Channel 上的 IO 事件还未到达时，就不会进入阻塞状态一直等待，而是继续轮询其它 Channel，找到 IO 事件已经到达的 Channel 执行
在将通道注册到选择器上时，还需要指定要注册的具体事件，主要有以下几类:

public static final int OP_READ = 1 << 0;
public static final int OP_WRITE = 1 << 2;
public static final int OP_CONNECT = 1 << 3;
public static final int OP_ACCEPT = 1 << 4;

① SelectionKey.OP_ACCEPT —— 接收连接继续事件，表示服务器监听到了客户连接，服务器可以接收这个连接了
② SelectionKey.OP_CONNECT —— 连接就绪事件，表示客户与服务器的连接已经建立成功
③ SelectionKey.OP_READ —— 读就绪事件，表示通道中已经有了可读的数据，可以执行读操作了（通道目前有数据，可以进行读操作了）
④ SelectionKey.OP_WRITE —— 写就绪事件，表示已经可以向通道写数据了（通道目前可以用于写操作）

1.当向通道中注册SelectionKey.OP_READ事件后，如果客户端有向缓存中write数据，下次轮询时，则会 isReadable()=true；
2.当向通道中注册SelectionKey.OP_WRITE事件后，这时你会发现当前轮询线程中isWritable()一直为ture，如果不设置为其他事件

4.IO多路复用
NIOClient实例

package javabasic.niodemo;

import java.io.IOException;
import java.io.OutputStream;
import java.net.Socket;

/**
 * @author Lyyyys
 * @version 1.0
 * @date 2021/7/18 11:39
 */
public class NIOClient {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        Socket socket = new Socket("127.0.0.1", 8888);
        OutputStream out = socket.getOutputStream();
        String s = "hello world";
        //前后IO传输格式一致，byte字节
        out.write(s.getBytes());
        out.close();
    }
}

NIOServer实例

package javabasic.niodemo;

import java.io.IOException;
import java.net.InetSocketAddress;
import java.net.ServerSocket;
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;

/**
 * @author Lyyyys
 * @version 1.0
 * @date 2021/7/18 11:39
 */
public class NIOServer {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        //1.创建选择器
        Selector selector = Selector.open();
        //2.讲通道注册到选择器上
        ServerSocketChannel sschannel = ServerSocketChannel.open();
        sschannel.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT);
        sschannel.configureBlocking(false);

        //设置绑定ServerSocket的地址
        ServerSocket ssocket = sschannel.socket();
        InetSocketAddress address = new InetSocketAddress("127.0.0.1",8888);
        ssocket.bind(address);

        //4.事件循环
        while (true){
            //3.监听事件
            selector.select();
            Set<SelectionKey> keys = selector.selectedKeys();
            Iterator<SelectionKey> iterator = keys.iterator();
            if(iterator.hasNext()){
                SelectionKey key = iterator.next();
                if(key.isAcceptable()){
                    ServerSocketChannel sschannel1 = (ServerSocketChannel) key.channel();

                    //服务器为每一个连接创建SocketChannel
                    SocketChannel sChannel = sschannel1.accept();
                    sChannel.configureBlocking(false);
                    sChannel.register(selector,SelectionKey.OP_READ);
                }else if(key.isReadable()){
                    SocketChannel sChannel = (SocketChannel) key.channel();
                    System.out.println(readDataFromSocketChannel(sChannel));
                    sChannel.close();
                }
                iterator.remove();
            }
        }

    }

    private static String readDataFromSocketChannel(SocketChannel sChannel) throws IOException {
        ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024);
        StringBuffer data = new StringBuffer();

        while (true){
            int n = sChannel.read(buffer);
            if(n == -1){
                break;
            }
            buffer.flip();
            int limit = buffer.limit();
            char[] dst = new char[limit];
            for (int i = 0; i < limit; i++) {
                dst[i] = (char) buffer.get(i);
            }
            data.append(dst);
            buffer.clear();
        }
        return data.toString();
    }
}

标签：java,NIO,chapter2,new,import,public,Socket,socket
来源： https://blog.csdn.net/weixin_44004649/article/details/118605616

本站声明： 1. iCode9 技术分享网（下文简称本站）提供的所有内容，仅供技术学习、探讨和分享；
2. 关于本站的所有留言、评论、转载及引用，纯属内容发起人的个人观点，与本站观点和立场无关；
3. 关于本站的所有言论和文字，纯属内容发起人的个人观点，与本站观点和立场无关；
4. 本站文章均是网友提供，不完全保证技术分享内容的完整性、准确性、时效性、风险性和版权归属；如您发现该文章侵犯了您的权益，可联系我们第一时间进行删除；
5. 本站为非盈利性的个人网站，所有内容不会用来进行牟利，也不会利用任何形式的广告来间接获益，纯粹是为了广大技术爱好者提供技术内容和技术思想的分享性交流网站。

ICode9

java基础知识（返璞归真）——chapter2（IO与NIO）