NIO之SocketChannel,SocketChannel ,DatagramChannel解读

2025-05-18 15:06:54

基本概述(1)SocketChannel 就是 NIO 对于非阻塞 socket 操作的支持的组件,其在 socket 上 封装了一层,主要是支持了非阻塞的读写。同时改进了传统的单向流 API,,Channel同时支持读写。

(2)socket 通道类主要分为 DatagramChannel、SocketChannel 和 ServerSocketChannel,它们在被实例化时都会创建一个对等 socket 对象。要把一个 socket 通道置于非阻塞模式,我们要依靠所有 socket 通道类的公有超级类: SelectableChannel。就绪选择(readiness selection)是一种可以用来查询通道的 机制,该查询可以判断通道是否准备好执行一个目标操作,如读或写。非阻塞 I/O 和 可选择性是紧密相连的,那也正是管理阻塞模式的 API 代码要在 SelectableChannel 超级类中定义的原因。

(3)设置或重新设置一个通道的阻塞模式是很简单的,只要调用 configureBlocking( )方法即可,传递参数值为 true 则设为阻塞模式,参数值为 false 值设为非阻塞模式。可以通过调用 isBlocking( )方法来判断某个 socket 通道当前处于 哪种模式。

AbstractSelectableChannel.java 中实现的 configureBlocking()方法如下:

ServerSocketChannelServerSocketChannel 是一个基于通道的 socket 监听器。它同我们所熟悉的java.net.ServerSocket 执行相同的任务,不过它增加了通道语义,因此能够在非阻塞 模式下运行。

由于 ServerSocketChannel 没有 bind()方法,因此有必要取出对等的 socket 并使用 它来绑定到一个端口以开始监听连接。我们也是使用对等 ServerSocket 的 API 来根 据需要设置其他的 socket 选项。

同 java.net.ServerSocket 一样,ServerSocketChannel 也有 accept( )方法。 ServerSocketChannel 的 accept()方法会返回 SocketChannel 类型对象, SocketChannel 可以在非阻塞模式下运行。

以下代码演示了如何使用一个非阻塞的 accept( )方法:

代码语言:javascript代码运行次数:0运行复制public class FileChannelAccept {

public static final String GREETING = "Hello java nio.\r\n";

public static void main(String[] argv) throws Exception {

int port = 1234; // default

if (argv.length > 0) {

port = Integer.parseInt(argv[0]);

}

ByteBuffer buffer = ByteBuffer.wrap(GREETING.getBytes());

ServerSocketChannel ssc = ServerSocketChannel.open();

ssc.socket().bind(new InetSocketAddress(port));

ssc.configureBlocking(false);

while (true) {

System.out.println("Waiting for connections");

SocketChannel sc = ssc.accept();

if (sc == null) {

System.out.println("null");

Thread.sleep(2000);

} else {

System.out.println("Incoming connection from: " +

sc.socket().getRemoteSocketAddress());

buffer.rewind();

sc.write(buffer);

sc.close();

}

}

}

}打开 ServerSocketChannel通过调用 ServerSocketChannel.open() 方法来打开 ServerSocketChannel.

ServerSocketChannel serverSocketChannel = ServerSocketChannel.open();

关闭 ServerSocketChannel通过调用 ServerSocketChannel.close() 方法来关闭 ServerSocketChannel.

serverSocketChannel.close();

监听新的连接通过 ServerSocketChannel.accept() 方法监听新进的连接。当 accept()方法返回时候,它返回一个包含新进来的连接的 SocketChannel。因此, accept()方法会一直阻塞 到有新连接到达。

通常不会仅仅只监听一个连接,在 while 循环中调用 accept()方法. 如下面的例子:

阻塞模式 会在 SocketChannel sc = ssc.accept();这里阻塞住进程。

非阻塞模式ServerSocketChannel 可以设置成非阻塞模式。在非阻塞模式下,accept() 方法会立 刻返回,如果还没有新进来的连接,返回的将是 null。 因此,需要检查返回的 SocketChannel 是否是 null.如:

SocketChannel SocketChannel 介绍Java NIO 中的 SocketChannel 是一个连接到 TCP 网络套接字的通道。

A selectable channel for stream-oriented connecting sockets.

以上是 Java docs 中对于 SocketChannel 的描述:SocketChannel 是一种面向流连接 sockets 套接字的可选择通道。从这里可以看出:

SocketChannel 是用来连接 Socket 套接字

SocketChannel 主要用途用来处理网络 I/O 的通道

SocketChannel 是基于 TCP 连接传输

SocketChannel 实现了可选择通道,可以被多路复用的

SocketChannel 特征对于已经存在的 socket 不能创建 SocketChannelSocketChannel 中提供的 open 接口创建的 Channel 并没有进行网络级联,需要使 用 connect 接口连接到指定地址未进行连接的 SocketChannle 执行 I/O 操作时,会抛出NotYetConnectedExceptionSocketChannel 支持两种 I/O 模式:阻塞式和非阻塞式SocketChannel 支持异步关闭。如果 SocketChannel 在一个线程上 read 阻塞,另 一个线程对该 SocketChannel 调用 shutdownInput,则读阻塞的线程将返回-1 表示没有 读取任何数据;如果 SocketChannel 在一个线程上 write 阻塞,另一个线程对该 SocketChannel 调用 shutdownWrite,则写阻塞的线程将抛出AsynchronousCloseExceptionSocketChannel 支持设定参数

SO_SNDBUF 套接字发送缓冲区大小SO_RCVBUF 套接字接收缓冲区大小SO_KEEPALIVE 保活连接O_REUSEADDR 复用地址SO_LINGER 有数据传输时延缓关闭 Channel (只有在非阻塞模式下有用)TCP_NODELAY 禁用 Nagle 算法创建 SocketChannel 方式一:

代码语言:javascript代码运行次数:0运行复制SocketChannel socketChannel = SocketChannel.open(new

InetSocketAddress("www.baidu.com", 80));方式二:

代码语言:javascript代码运行次数:0运行复制SocketChannel socketChanne2 = SocketChannel.open();

socketChanne2.connect(new InetSocketAddress("www.baidu.com", 80));直接使用有参 open api 或者使用无参 open api,但是在无参 open 只是创建了一个SocketChannel 对象,并没有进行实质的 tcp 连接。

连接校验代码语言:javascript代码运行次数:0运行复制socketChannel.isOpen(); // 测试 SocketChannel 是否为 open 状态

socketChannel.isConnected(); //测试 SocketChannel 是否已经被连接

socketChannel.isConnectionPending(); //测试 SocketChannel 是否正在进行连接

socketChannel.finishConnect(); //校验正在进行套接字连接的 SocketChannel是否已经完成连接读写模式前面提到 SocketChannel 支持阻塞和非阻塞两种模式:

代码语言:javascript代码运行次数:0运行复制socketChannel.configureBlocking(false);通过以上方法设置 SocketChannel 的读写模式。false 表示非阻塞,true 表示阻塞。

读写代码语言:javascript代码运行次数:0运行复制SocketChannel socketChannel = SocketChannel.open(

new InetSocketAddress("www.baidu.com", 80));

ByteBuffer byteBuffer = ByteBuffer.allocate(16);

socketChannel.read(byteBuffer);

socketChannel.close();

System.out.println("read over"); 以上为阻塞式读,当执行到 read 出,线程将阻塞,控制台将无法打印 read over

代码语言:javascript代码运行次数:0运行复制SocketChannel socketChannel = SocketChannel.open(

new InetSocketAddress("www.baidu.com", 80));

socketChannel.configureBlocking(false);

ByteBuffer byteBuffer = ByteBuffer.allocate(16);

socketChannel.read(byteBuffer);

socketChannel.close();

System.out.println("read over");以上为非阻塞读,控制台将打印 read over 读写都是面向缓冲区,这个读写方式与前文中的FileChannel 相同。

DatagramChannel正如 SocketChannel 对应 Socket,ServerSocketChannel 对应 ServerSocket,每 一个 DatagramChannel 对象也有一个关联的 DatagramSocket 对象。正如 SocketChannel 模拟连接导向的流协议(如 TCP/IP),DatagramChannel 则模拟包 导向的无连接协议(如 UDP/IP)。DatagramChannel 是无连接的,每个数据报 (datagram)都是一个自包含的实体,拥有它自己的目的地址及不依赖其他数据报的 数据负载。与面向流的的 socket 不同,DatagramChannel 可以发送单独的数据报给 不同的目的地址。同样,DatagramChannel 对象也可以接收来自任意地址的数据包。 每个到达的数据报都含有关于它来自何处的信息(源地址)

打开 DatagramChannel代码语言:javascript代码运行次数:0运行复制DatagramChannel server = DatagramChannel.open();

server.socket().bind(new InetSocketAddress(10086));此例子是打开 10086 端口接收 UDP 数据包

接收数据通过 receive()接收 UDP 包

代码语言:javascript代码运行次数:0运行复制ByteBuffer receiveBuffer = ByteBuffer.allocate(64);

receiveBuffer.clear();

SocketAddress receiveAddr = server.receive(receiveBuffer);SocketAddress 可以获得发包的 ip、端口等信息,用 toString 查看,格式如下 /127.0.0.1:57126

发送数据通过 send()发送 UDP 包

代码语言:javascript代码运行次数:0运行复制DatagramChannel server = DatagramChannel.open();

ByteBuffer sendBuffer = ByteBuffer.wrap("client send".getBytes());

server.send(sendBuffer, new InetSocketAddress("127.0.0.1",10086));连接UDP 不存在真正意义上的连接,这里的连接是向特定服务地址用 read 和 write 接收发送数据包。

代码语言:javascript代码运行次数:0运行复制client.connect(new InetSocketAddress("127.0.0.1",10086));

int readSize= client.read(sendBuffer);

server.write(sendBuffer); read()和 write()只有在 connect()后才能使用,不然会抛 NotYetConnectedException 异常。用 read()接收时,如果没有接收到包,会抛 PortUnreachableException 异常。

DatagramChannel 示例客户端发送,服务端接收的例子

代码语言:javascript代码运行次数:0运行复制 /**

* 发包的 datagram

*

* @throws IOException

* @throws InterruptedException

*/

@Test

public void sendDatagram() throws IOException, InterruptedException {

DatagramChannel sendChannel= DatagramChannel.open();

InetSocketAddress sendAddress= new InetSocketAddress("127.0.0.1",

9999);

while (true) {

sendChannel.send(ByteBuffer.wrap("发包".getBytes("UTF-8")), sendAddress);

System.out.println("发包端发包");

Thread.sleep(1000);

}

}代码语言:javascript代码运行次数:0运行复制 /**

* 收包端

*

* @throws IOException

*/

@Test

public void receive() throws IOException {

DatagramChannel receiveChannel= DatagramChannel.open();

InetSocketAddress receiveAddress= new InetSocketAddress(9999);

receiveChannel.bind(receiveAddress);

ByteBuffer receiveBuffer= ByteBuffer.allocate(512);

while (true) {

receiveBuffer.clear();

SocketAddress sendAddress= receiveChannel.receive(receiveBuffer);

receiveBuffer.flip();

System.out.print(sendAddress.toString() + " ");

System.out.println(Charset.forName("UTF-8").decode(receiveBuffer));

}

}代码语言:javascript代码运行次数:0运行复制 /**

* 只接收和发送 9999 的数据包

*

* @throws IOException

*/

@Test

public void testConect1() throws IOException {

DatagramChannel connChannel = DatagramChannel.open();

connChannel.bind(new InetSocketAddress(9998));

connChannel.connect(new InetSocketAddress("127.0.0.1", 9999));

connChannel.write(ByteBuffer.wrap("发包".getBytes("UTF-8")));

ByteBuffer readBuffer = ByteBuffer.allocate(512);

while (true) {

try {

readBuffer.clear();

connChannel.read(readBuffer);

readBuffer.flip();

System.out.println(Charset.forName("UTF-8").decode(readBuffer));

} catch (Exception e) {

}

}

}

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