1.简介

前面一篇文章讲了文件通道,本文继续来说说另一种类型的通道 -- 套接字通道。在展开说明之前,咱们先来聊聊套接字的由来。套接字即 socket,最早由伯克利大学的研究人员开发,所以经常被称为Berkeley sockets。UNIX 4.2BSD 内核版本中加入了 socket 的实现,此后,很多操作系统都提供了自己的 socket 接口实现。通过 socket 接口,我们就可以与不同地址的计算机实现通信。

如果大家使用过 Unix/Linux 系统下的 socket 接口,那么对 socket 编程的过程应该有一些了解。对于 TCP 服务端,接口调用的顺序为socket() -> bind() -> listen() -> accept() -> 其他操作 -> close(),客户端的顺序为socket() -> connect() -> 其他操作 -> close()。如下图所示:



* 图片来源于《深入理解计算机系统》

如上所示,直接调用操作系统 socket 相关接口还是比较麻烦的。所以我们的 Java 语言对上面的步骤进行了封装,方便使用。比如我们今天要讲的套接字通道就比原生的接口好用的多。好了,关于 socket 的简介先说到这,接下进入正题吧。

2 通道类型

Java 套接字通道包含三种类型,分别是

类型 说明
DatagramChannel UDP 网络套接字通道
SocketChannel TCP 网络套接字通道
ServerSocketChannel TCP 服务端套接字通道

Java 套接字通道类型对应于两种通信协议 TCP 和 UDP,这个大家应该都知道。本文将介绍 TCP 网络套接字通道的使用,并在最后实现一个简单的聊天功能。至于 UDP 类型的通道,大家可以自己看看。

3.基本操作

3.1 打开通道

SocketChannel 和 ServerSocketChannel 都是抽象类,所以不能直接通过构造方法创建通道。这两个类均是使用 open 方法创建通道,如下:

SocketChannel socketChannel = SocketChannel.open();
ServerSocketChannel serverSocketChannel = ServerSocketChannel.open();

3.2 关闭通道

SocketChannel 和 ServerSocketChannel 均提供了 close 方法,用于关闭通道。示例如下:

SocketChannel socketChannel = SocketChannel.open();
socketChannel.connect(new InetSocketAddress("www.coolblog.xyz", 80));
// do something...
socketChannel.close(); /*******************************************************************/ ServerSocketChannel serverSocketChannel = ServerSocketChannel.open();
serverSocketChannel.socket().bind(new InetSocketAddress(8080));
SocketChannel socketChannel = serverSocketChannel.accept();
// do something...
socketChannel.close();
serverSocketChannel.close();

3.3 读写操作

读操作

通过使用 SocketChannel 的 read 方法,并配合 ByteBuffer 字节缓冲区,即可以从 SocketChannel 中读取数据。示例如下:

ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(32);
int num = socketChannel.read(buffer);

写操作

读取数据使用的是 read 方法,那么写入自然也就是 write 方法了。NIO 通道是面向缓冲的,所以向管道中写入数据也需要和缓冲区配合才行。示例如下

String data = "Test data..."

ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(32);
buffer.clear();
buffer.put(data.getBytes()); bbuffer.flip();
channel.write(buffer);

3.4 非阻塞模式

与文件通道不同,套接字通道可以运行在非阻塞模式下。在此模式下,调用 connect(),read() 和 write() 等方法时,进程/线程会立即返回。设置非阻塞模式的方法为configureBlocking,我们来看一下该方法的使用示例:

SocketChannel socketChannel = SocketChannel.open();
socketChannel.configureBlocking(false);
socketChannel.connect(new InetSocketAddress("www.coolblog.xyz", 80)); // 这里要循环检测是否已经连接上
while(!socketChannel.finishConnect()){
// do something
} // 连接建立起来后,才能进行读取或写入操作

由于在非阻塞模式下,调用 connect 方法会立即返回。如果在连接未建立起来的情况下,从管道中读取,或向管道写入数据,会触发 NotYetConnectedException 异常。所以要进行循环检测,以保证连接完成建立。如果代码按照上面那样去写,会引发另外一个问题。非阻塞模式虽然不会阻塞线程,但是在方法返回后,还要进行循环检测,线程实际上还是被阻塞。出现这个问题的原因是和 Java NIO 套接字通道的 IO 模型有关,套接字通道采用的是“同步非阻塞”式 IO 模型,用户发起一个 IO 操作后,即可去做其他事情,不用等待 IO 完成。但是 IO 是否已完成,则需要用户自己时不时的去检测,这样实际上还是会浪费 CPU 资源。

关于 IO 模型相关的知识,大家可以参考我之前的一篇文章I/O模型简述 ,这里不再赘述。另外,大家还需要去参考一下权威资料《UNIX网络编程卷 第1卷:套接口API》第6章关于 IO 模型的介绍,那一章除了对5种 IO 模型进行了介绍,还介绍了同步与异步的概念,值得一读。好了,本节就先说到这里。

3.5 实例演示

本节用一个简单的例子来演示套接字通道的使用,这个例子演示了一个客户端与服务端互相聊天的场景。首先服务端会监听某个端口,等待客户端来连接。客户端连接后,由客户端先向服务端发送消息,然后服务端再回复一条消息。这样,客户端和服务端就能你一句我一句的聊起来了。背景先介绍到这,我们来看看代码实现吧,首先看看服务端的代码:

package wetalk;

import static wetalk.WeTalkUtils.recvMsg;
import static wetalk.WeTalkUtils.sendMsg; import java.io.IOException;
import java.net.InetSocketAddress;
import java.nio.channels.ServerSocketChannel;
import java.nio.channels.SocketChannel;
import java.util.Scanner; /**
* WeTalk 服务端
* @author coolblog.xyz
* @date 2018-03-22 12:43:26
*/
public class WeTalkServer { private static final String EXIT_MARK = "exit"; private int port; WeTalkServer(int port) {
this.port = port;
} public void start() throws IOException {
// 创建服务端套接字通道,监听端口,并等待客户端连接
ServerSocketChannel ssc = ServerSocketChannel.open();
ssc.socket().bind(new InetSocketAddress(port));
System.out.println("服务端已启动,正在监听 " + port + " 端口......");
SocketChannel channel = ssc.accept();
System.out.println("接受来自" + channel.getRemoteAddress().toString().replace("/", "") + " 请求"); Scanner sc = new Scanner(System.in);
while (true) {
// 等待并接收客户端发送的消息
String msg = recvMsg(channel);
System.out.println("\n客户端:");
System.out.println(msg + "\n"); // 输入信息
System.out.println("请输入:");
msg = sc.nextLine();
if (EXIT_MARK.equals(msg)) {
sendMsg(channel, "bye~");
break;
} // 回复客户端消息
sendMsg(channel, msg);
} // 关闭通道
channel.close();
ssc.close();
} public static void main(String[] args) throws IOException {
new WeTalkServer(8080).start();
}
}

上面的代码基本上进行了逐步注释,应该不难理解,这里就不啰嗦了。上面有两个方法没有贴代码,就是sendMsgrecvMsg,由于通用操作,在下面的客户端代码里也可以使用,所以这里做了封装。封装代码如下:

package wetalk;

import java.io.IOException;
import java.nio.ByteBuffer;
import java.nio.channels.SocketChannel; /**
* 工具类
*
* @author coolblog.xyz
* @date 2018-03-22 13:13:41
*/
public class WeTalkUtils { private static final int BUFFER_SIZE = 128; public static void sendMsg(SocketChannel channel, String msg) throws IOException {
ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(BUFFER_SIZE);
buffer.put(msg.getBytes());
buffer.flip();
channel.write(buffer);
} public static String recvMsg(SocketChannel channel) throws IOException {
ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(BUFFER_SIZE);
channel.read(buffer); buffer.flip();
byte[] bytes = new byte[buffer.limit()];
buffer.get(bytes);
return new String(bytes);
}
}

工具类的代码比较简单,没什么好说的。接下来再来看看客户端的代码。

package wetalk;

import static wetalk.WeTalkUtils.recvMsg;
import static wetalk.WeTalkUtils.sendMsg; import java.io.IOException;
import java.net.InetSocketAddress;
import java.nio.channels.SocketChannel;
import java.util.Scanner; /**
* WeTalk 客户端
* @author coolblog.xyz
* @date 2018-03-22 12:38:21
*/
public class WeTalkClient { private static final String EXIT_MARK = "exit"; private String hostname; private int port; WeTalkClient(String hostname, int port) {
this.hostname = hostname;
this.port = port;
} public void start() throws IOException {
// 打开一个套接字通道,并向服务端发起连接
SocketChannel channel = SocketChannel.open();
channel.connect(new InetSocketAddress(hostname, port)); Scanner sc = new Scanner(System.in);
while (true) {
// 输入信息
System.out.println("请输入:");
String msg = sc.nextLine();
if (EXIT_MARK.equals(msg)) {
sendMsg(channel, "bye~");
break;
} // 向服务端发送消息
sendMsg(channel, msg); // 接受服务端返回的消息
msg = recvMsg(channel);
System.out.println("\n服务端:");
System.out.println(msg + "\n");
} // 关闭通道
channel.close();
} public static void main(String[] args) throws IOException {
new WeTalkClient("localhost", 8080).start();
}
}

客户端做的事情也比较简单,首先是打开通道,然后连接服务单。紧接着进入 while 循环,然后就可以和服务端愉快的聊天了。

上面的代码和叙述都没啥意思,最后我们还是来看看上面代码的运行效果,一图胜前言。

4.总结

到这里,关于套接字通道的相关内容就讲完了,不知道大家有没有看懂。本文仅从使用的角度分析了套接字通道的用法,至于套接字通道的实现,这并不是本文关注的重点。实际上,我在上一篇文章中就说过,Java 所提供的很多类实际上是对操作系统层面上一些系统调用做了一层包装。所以大家在学习 Java 的同时,还应该去了解底层的一些东西,这样才算是知其然,又知其所以然。

好了,本文到这里就结束了,有错误的地方欢迎大家指出来。最后谢谢大家的阅读,祝周末愉快。

参考

本文在知识共享许可协议 4.0 下发布,转载需在明显位置处注明出处

作者:coolblog

本文同步发布在我的个人博客:http://www.coolblog.xyz/?r=cb


本作品采用知识共享署名-非商业性使用-禁止演绎 4.0 国际许可协议进行许可。

Java NIO之套接字通道的更多相关文章

  1. java输入输出 -- Java NIO之套接字通道

    一.简介 前面一篇文章讲了文件通道,本文继续来说说另一种类型的通道 – 套接字通道.在展开说明之前,咱们先来聊聊套接字的由来.套接字即 socket,最早由伯克利大学的研究人员开发,所以经常被称为Be ...

  2. Java NIO SocketChannel套接字通道

    原文链接:http://tutorials.jenkov.com/java-nio/socketchannel.html 在Java NIO体系中,SocketChannel是用于TCP网络连接的套接 ...

  3. Java NIO(四)文件通道

    文件通道 通道是访问I/O服务的导管,I/O可以分为广义的两大类:File I/O和Stream I/O.那么相应的,通道也有两种类型,它们是文件(File)通道和套接字(Socket)通道.文件通道 ...

  4. Java NIO(五)套接字通道

    Socket通道 Socket通道和文件通道有着不一样的特征: Socket通道类可以运行于非阻塞模式,并且是可选的.这两个特征可以激活大程序(如网络服务和中间件组件)巨大的可伸缩性和灵活性,因此再也 ...

  5. Java网络编程--套接字Socket

    一.套接字Socket IP地址标志Internet上的计算机,端口号标志正在计算机上运行的进程(程序). 端口号被规定为一个16位的0--65535之间的整数,其中,0--1023被预先定义的服务通 ...

  6. Java如何使套接字向单个客户端显示消息?

    在Java编程中,如何使用套接字向单个客户端显示消息? 以下示例演示了如何使用Socket类的ssock.accept()方法向单个套接字客户端上显示消息. package com.yiibai; i ...

  7. Java链接db2套接字出错

    ### Error querying database. Cause: org.springframework.jdbc.CannotGetJdbcConnectionException: Could ...

  8. Java NIO Channel to Channel Transfers通道传输接口

    原文链接:http://tutorials.jenkov.com/java-nio/channel-to-channel-transfers.html 在Java NIO中如果一个channel是Fi ...

  9. Java NIO之通道

    一.前言 前面学习了缓冲区的相关知识点,接下来学习通道. 二.通道 2.1 层次结构图 对于通道的类层次结构如下图所示. 其中,Channel是所有类的父类,其定义了通道的基本操作.从 Channel ...

随机推荐

  1. 微信 Tinker 的一切都在这里,包括源码

    最近半年以来,Android热补丁技术热潮继续爆发,各大公司相继推出自己的开源框架.Tinker在最近也顺利完成了公司的审核,并非常荣幸的成为github.com/Tencent上第一个正式公开的项目 ...

  2. FusionWidgets Bulb图

    1.数据源提供 Bulb.xml: <?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?> <chart lowerLi ...

  3. Web站点错误提示页面和默认访问页面设置

    1.asp.net 定制简单的错误处理页面 通常web应用程序在发布后,为了给用户一个友好界面和使用体验,都会在错误发生时跳转至一个自定义的错误页面,而不是asp.net向用户暴露出来的详细的异常列表 ...

  4. vue常用的网址

    http://cn.vuejs.org/v2/guide/routing.html#官方路由 https://unpkg.com/vue-router@2.3.1/dist/vue-router.js

  5. .Net Core下 Redis的String Hash List Set和Sorted Set的例子

    1.新建一个.Net Core控制台应用程序,用Nuget导入驱动 打开程序包管理控制台, 执行以下代码. PM> Install-Package ServiceStack.Redis 即可添加 ...

  6. 过滤文件代码 python

    import os import cv2 import shutil # store all file in directory global totalFileList totalFileList ...

  7. Fu+ 后台管理 (Thinkphp)

    简要:小主从事PHP二年,期间一直做后台;为此向大家分享我制作一个后台(权限),希望能够跟各位PHP大神学习探索,如果有不对或者好的建议告知下:*~*! 1. 介绍 Fu+ 后台管理,是本人基于H+好 ...

  8. 1.17学习jquery权威指南

    1.ajax方面(东西比较杂,很多相关于.net挂钩的服务器端接触没有实际操作,全部放进来,或许以后当作demo使用) ¥(“body”).load("text.txt");   ...

  9. 【BZOJ3238】差异(后缀自动机)

    [BZOJ3238]差异(后缀自动机) 题面 BZOJ 题解 前面的东西直接暴力算就行了 其实没必要算的正正好 为了方便的后面的计算 我们不考虑\(i,j\)的顺序问题 也就是先求出\(\sum_{i ...

  10. 【BZOJ1030】文本生成器(AC自动机,动态规划)

    [BZOJ1030]文本生成器(AC自动机,动态规划) 题面 BZOJ 题解 超级简单良心送分题 很明显是所有状态-不合法状态 合法状态就是\(26^m\) 不合法状态做一个\(dp\)就好 #inc ...