【IDEA】基于IO、NIO、Netty的TCP网络聊天程序

最新推荐文章于 2024-08-15 11:59:26 发布

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本文详细介绍了如何使用IO、NIO和Netty三种方式实现TCP聊天程序，对比了它们的特点和差异。IO基于阻塞IO模型，适合短连接，而NIO引入了选择器，实现单线程处理多个连接。Netty作为高性能的异步网络通信框架，提供了更高级别的抽象。通过实例代码展示了每种方式的实现过程，并进行了测试验证。

摘要生成于 C知道，由 DeepSeek-R1 满血版支持，前往体验 >

一、IO实现TCP聊天程序

1. IO简介

服务端阻塞点

server.accept();获取套接字的时候
inputStream.read(bytes);输入流读取数据的时候

传统socket是短连接，可以做短连接服务器，他无法做长连接，属于一问一答的模式，比如老的tomcat底层用的就是socket,用完就会关掉线程，因此不会出现线程一直被占用的情况，支持处理多个客户端连接。
（1）单线程情况下只能有一个客户端（一个线程维护一个连接，也就是一个socket客户连接）线程一直被占用。
（2）用线程池可以有多个客户端连接，但是非常消耗性能(用此案城池，就是老tomcat原理，只不过是用完后就释放)

2. IO实现网络程序

新建两个java项目（一个Server端，一个client端）
Server端代码编写

package com.company;

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

public class Main {

    public static void main(String[] args)  throws IOException {
        //创建客户端的Socket对象(SevereSocket)
        //ServerSocket (int port)创建绑定到指定端口的服务器套接字
        ServerSocket ss = new ServerSocket(50000);

        //Socket accept()侦听要连接到此套接字并接受他
        Socket s = ss.accept();

        //获取输入流，读数据，并把数据显示在控制台
        InputStream is = s.getInputStream();
        byte[] bys = new byte[1024];
        int len = is.read(bys);
        String data = new String(bys, 0, len);
        System.out.println("数据是：" + data);

        //释放资源
        s.close();
        ss.close();
    }
}

在这里插入图片描述

Client端代码编写

package com.company;

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

public class Main {

    public static void main(String[] args) throws IOException {
        //创建客户端的Socket对象
        //Socket (InetAddress adress,int port)创建流套接字并将其连接到指定IP地址的指定端口号
//		Socket s=new Socket(InetAddress.getByName("192.168.224.1"), 10000);
        //Socket (String host,int port)创建流套接字并将其连接到指定主机的指定端口号
        Socket s=new Socket("127.0.0.1", 50000);

        //获取输出流，写数据
        //OutputStream getOutputStream();返回此套接字的输出流
        OutputStream os=s.getOutputStream();
        os.write("hello,tcp".getBytes());

        //释放资源
        s.close();
    }
}

在这里插入图片描述

3. 运行测试

在这里插入图片描述
测试成功。

二、NIO实现TCP聊天程序

1. NIO简介

NIO特点
NIO单线程模型，采用selector管理的轮询查询模式，selector每隔一段时间都去看一下client端有没有产生需要处理的消息（客户端连接请求、客户端发送数据请求、客户端下载数据请求），也就是说selector会同时管理client端的连接和通道内client端的读、写请求。
NIO单线程模型：采用selector管理的轮询查询模式，selector每隔一段时间都去看一下client端有没有产生需要处理的消息（客户端连接请求、客户端发送数据请求、客户端下载数据请求），也就是说selector会同时管理client端的连接和通道内client端的读、写请求。
NIO与IO的主要区别

2. NIO实现网络程序

新建两个java项目（一个Server端，一个client端）
Server端代码编写

package com.company;

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.Iterator;
import java.util.Set;

public class Main {

    //网络通信IO操作，TCP协议，针对面向流的监听套接字的可选择通道（一般用于服务端）
    private ServerSocketChannel serverSocketChannel;
    private Selector selector;

    /*
     *开启服务端
     */
    public void start(Integer port) throws Exception {
        serverSocketChannel = ServerSocketChannel.open();
        selector = Selector.open();
        //绑定监听端口
        serverSocketChannel.socket().bind(new InetSocketAddress(port));
        //设置为非阻塞模式
        serverSocketChannel.configureBlocking(false);
        //注册到Selector上
        serverSocketChannel.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT);
        startListener();
    }
    private void startListener() throws Exception {
        while (true) {
            // 如果客户端有请求select的方法返回值将不为零
            if (selector.select(1000) == 0) {
                System.out.println("current not exists task");
                continue;
            }
            // 如果有事件集合中就存在对应通道的key
            Set<SelectionKey> selectionKeys = selector.selectedKeys();
            Iterator<SelectionKey> iterator = selectionKeys.iterator();
            // 遍历所有的key找到其中事件类型为Accept的key
            while (iterator.hasNext()) {
                SelectionKey key = iterator.next();
                if (key.isAcceptable())
                    handleConnection();
                if (key.isReadable())
                    handleMsg(key);
                iterator.remove();
            }
        }
    }
    /**
     * 处理建立连接
     */
    private void handleConnection() throws Exception {
        SocketChannel socketChannel = serverSocketChannel.accept();
        socketChannel.configureBlocking(false);
        socketChannel.register(selector, SelectionKey.OP_READ, ByteBuffer.allocate(1024));
    }
    /*
     * 接收信息
     */
    private void handleMsg(SelectionKey key) throws Exception {
        SocketChannel channel = (SocketChannel) key.channel();
        ByteBuffer attachment = (ByteBuffer) key.attachment();
        channel.read(attachment);
        System.out.println("current msg: " + new String(attachment.array()));
    }

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        Main myServer = new Main();
        myServer.start(8888);
    }
}

在这里插入图片描述

Client端代码编写

package com.company;

import java.net.InetSocketAddress;
import java.nio.ByteBuffer;
import java.nio.channels.SocketChannel;

public class Main {

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        SocketChannel socketChannel = SocketChannel.open();
        socketChannel.configureBlocking(false);

        // 连接服务器
        if (!socketChannel.connect(new InetSocketAddress("127.0.0.1", 8888))) {
            while (!socketChannel.finishConnect()) {
                System.out.println("connecting...");
            }
        }
        //发送数据
        String str = "hello netty";
        ByteBuffer byteBuffer = ByteBuffer.wrap(str.getBytes());
        socketChannel.write(byteBuffer);
        System.in.read();
    }
}

在这里插入图片描述

3. 运行测试

在这里插入图片描述
测试成功。

三、Netty实现TCP聊天程序

1. Netty简介

Netty定义
Netty 是一个基于NIO的客户、服务器端编程框架。
Netty特点
（1）使用Netty 可以确保你快速和简单的开发出一个网络应用。
（2）Netty 是一个吸收了多种协议的实现经验，包括FTP，SMTP，HTTP，各种二进制，文本协议，并经过相当精心设计的项目。
（3）Netty在保证程序易于开发的同时，还保证了应用的高性能，稳定性和伸缩性。

2. Netty实现网络程序

新建两个java项目（一个Server端，一个client端），并导入jar包
- Server端代码编写

import io.netty.bootstrap.ServerBootstrap;
import io.netty.channel.*;
import io.netty.channel.nio.NioEventLoopGroup;
import io.netty.channel.socket.SocketChannel;
import io.netty.channel.socket.nio.NioServerSocketChannel;
import io.netty.handler.codec.string.StringDecoder;
import io.netty.handler.codec.string.StringEncoder;

import java.net.InetSocketAddress;

/**
 *
 */
public class Server {

    private int port;

    public static void main(String[] args){
        new Server(18080).start();
    }

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

    public void start() {
        /**
         * 创建两个EventLoopGroup，即两个线程池，boss线程池用于接收客户端的连接，
         * 一个线程监听一个端口，一般只会监听一个端口所以只需一个线程
         * work池用于处理网络连接数据读写或者后续的业务处理（可指定另外的线程处理业务，
         * work完成数据读写）
         */
        EventLoopGroup boss = new NioEventLoopGroup(1);
        EventLoopGroup work = new NioEventLoopGroup();
        try {
            /**
             * 实例化一个服务端启动类，
             * group（）指定线程组
             * channel（）指定用于接收客户端连接的类，对应java.nio.ServerSocketChannel
             * childHandler（）设置编码解码及处理连接的类
             */
            ServerBootstrap server = new ServerBootstrap()
                    .group(boss, work).channel(NioServerSocketChannel.class)
                    .localAddress(new InetSocketAddress(port))
                    .option(ChannelOption.SO_BACKLOG, 128)
                    .childOption(ChannelOption.SO_KEEPALIVE, true)
                    .childHandler(new ChannelInitializer<SocketChannel>() {
                        @Override
                        protected void initChannel(SocketChannel ch) throws Exception {
                            ch.pipeline()
                                    .addLast("decoder", new StringDecoder())
                                    .addLast("encoder", new StringEncoder())
                                    .addLast(new HelloWorldServerHandler());
                        }
                    });
            //绑定端口
            ChannelFuture future = server.bind().sync();
            System.out.println("server started and listen " + port);
            future.channel().closeFuture().sync();
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }finally {
            boss.shutdownGracefully();
            work.shutdownGracefully();
        }
    }

    public static class HelloWorldServerHandler extends ChannelInboundHandlerAdapter {

        @Override
        public void channelActive(ChannelHandlerContext ctx) throws Exception {
            System.out.println("HelloWorldServerHandler active");
        }

        @Override
        public void channelRead(ChannelHandlerContext ctx, Object msg) throws Exception {
            System.out.println("server channelRead..");
            System.out.println(ctx.channel().remoteAddress()+"->Server :"+ msg.toString());
            ctx.write("server write"+msg);
            ctx.flush();
        }
    }
}

在这里插入图片描述

Client端代码编写

import io.netty.bootstrap.Bootstrap;
import io.netty.channel.*;
import io.netty.channel.nio.NioEventLoopGroup;
import io.netty.channel.socket.SocketChannel;
import io.netty.channel.socket.nio.NioSocketChannel;
import io.netty.handler.codec.string.StringDecoder;
import io.netty.handler.codec.string.StringEncoder;

/**
 *
 */
public class Client {
    private static final String HOST = "localhost";
    private static final int PORT= 18080;

    public static void main(String[] args){
        new Client().start(HOST, PORT);
    }

    public void start(String host, int port) {
        EventLoopGroup group = new NioEventLoopGroup();
        try {
            Bootstrap client = new Bootstrap().group(group).channel(NioSocketChannel.class)
                    .option(ChannelOption.TCP_NODELAY, true).handler(new ChannelInitializer<SocketChannel>() {
                        @Override
                        protected void initChannel(SocketChannel ch) throws Exception {
                            ch.pipeline()
                                    .addLast("decoder", new StringDecoder())
                                    .addLast("encoder", new StringEncoder())
                                    .addLast(new HelloWorldClientHandler());
                        }
                    });
            ChannelFuture future = client.connect(host, port).sync();
            future.channel().writeAndFlush("Hello Netty Server ,I am a netty client");
            future.channel().closeFuture().sync();
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            group.shutdownGracefully();

        }

    }

    public static class HelloWorldClientHandler extends ChannelInboundHandlerAdapter {
        @Override
        public void channelActive(ChannelHandlerContext ctx) throws Exception {
            System.out.println("HelloWorldClientHandler Active");
        }

        @Override
        public void channelRead(ChannelHandlerContext ctx, Object msg) throws Exception {
            System.out.println("HelloWorldClientHandler read Message:"+msg);
        }
    }
}