ServerSocket和ServerSocketChannel实例

1.传统Socket

传统Socket单线程只能处理一个连接,要处理多个连接需要借助线程或者线程池,但是这样比较消耗资源。

public class ServerSocketDemo {

    public static void main(String[] args) throws IOException {
        new ServerSocketDemo().start(8080);
    }
    private  void start(int port) throws IOException {
        ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(port,2000);
        System.out.println("server is start!");
        //线程池可以处理多个连接比较消耗性能
        ExecutorService executorService= Executors.newCachedThreadPool();
        try {
            while (true) {
                //accept 会阻塞
                Socket socket = serverSocket.accept();
                System.out.println("有客户端连接来了"+socket.toString());
                executorService.execute(new SocketHandler(socket));
            }
        } catch (Exception ex) {
            System.out.println(ex.getMessage());
        } finally {
            serverSocket.close();
        }
    }
}
public class SocketHandler implements Runnable {
    private Socket socket;

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

    public void run() {
        InputStream in = null;
        OutputStream out = null;
        try {
            in = socket.getInputStream();
            out = socket.getOutputStream();
            byte[] bytes = new byte[1024];
            while (true) {
                //会阻塞
                int n = in.read(bytes);
                if (n == -1) {
                    break;
                }
                System.out.println(new String(bytes, 0, n));
                out.write(bytes,0,n);
            }
        } catch (Exception ex) {
            System.out.println(ex.getMessage());
        } finally {
            try {
                System.out.print("关闭 socket");
                socket.close();
            } catch (Exception ex) {
                System.out.println(ex.getMessage());
            }
            try {
                if(in!=null) {
                    in.close();
                }
            } catch (Exception ex) {
                System.out.println(ex.getMessage());
            }
            try {
                if(out!=null) {
                    out.close();
                }
            } catch (Exception ex) {
                System.out.println(ex.getMessage());
            }
        }
    }

}

2.NIO

java nio 借鉴了Linux下select、poll、epoll模型;其性能有很大的提高。

public class ServerSocketChannelDemo {
    private Selector selector;

    public void initServer(int port) throws IOException {
        //创建ServerSocketChannel
        ServerSocketChannel serverSocketChannel = ServerSocketChannel.open();
        serverSocketChannel.configureBlocking(false);
        serverSocketChannel.socket().bind(new InetSocketAddress(port));
        this.selector = Selector.open();
        serverSocketChannel.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT);
    }

    public void listen() throws IOException {
        System.out.println("server is start!");
        while (true) {
            //这条语句会阻塞
            selector.select();
            Iterator<SelectionKey> iterator = this.selector.selectedKeys().iterator();
            while (iterator.hasNext()) {
                SelectionKey key = iterator.next();
                iterator.remove();
                handler(key);
            }

        }
    }

    public void handler(SelectionKey key) throws IOException {
        if (key.isAcceptable()) {
            handlerAccept(key);
        } else if (key.isReadable()) {
            handlerReader(key);
        }
    }

    public void handlerAccept(SelectionKey key) throws IOException {
        ServerSocketChannel sever = (ServerSocketChannel) key.channel();
        SocketChannel channel = sever.accept();
        channel.configureBlocking(false);
        System.out.println("有客服端连接来了" + channel.toString());
        channel.register(this.selector, SelectionKey.OP_READ);
    }

    public void handlerReader(SelectionKey key) throws IOException {
        SocketChannel socketChannel = (SocketChannel) key.channel();
        ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024);
        //不会阻塞
        int n = socketChannel.read(buffer);
        System.out.println(n);
        if (n > 0) {
            byte[] data = buffer.array();
            System.out.println("服务端收到信息:" + new String(data, 0, n));
            buffer.flip();
            socketChannel.write(buffer);
        } else {
            System.out.println("clinet is close");
            key.cancel();
        }

    }

    public static void main(String[] args) throws IOException {
        ServerSocketChannelDemo sever = new ServerSocketChannelDemo();
        sever.initServer(8081);
        sever.listen();
    }

}

NIO 的基本知识可以参考:
IO 模型
缓冲区
通道
值得说明是:
selector.select()是阻塞的,selector.select(1000)是非阻塞的(1000 表示等待时间)、selector.selectNow()也是非阻塞的、selector.wakeup()可以唤醒selector
SelectionKey.OP_WRITE一般很少使用OP_WRITE表示底层缓冲区是否有空间,是则响应返还true。

<think> 首先,用户提出了一个问题:“请问ServerSocketChannelSelector API详细解读”。这是基于我之前提到的Java NIO组件的讨论。 回顾之前的引用: - 引用[1]:解释了Selector类如何注册Channel进行事件监控。 - 引用[2]:描述了ServerSocketChannel的非阻塞能力设计亮点。 - 引用[3]:提到了ServerSocketChannel的构造方法配置。 - 引用[4]:概述了Selector、ChannelBuffer三者之间的关系。 - 引用[5]:详细解析了Selector类的定义、核心方法工作原理。 用户现在请求详细解读ServerSocketChannelSelector API。所以,我需要基于这些引用,结合我的知识,提供一个结构清晰的解释。 系统级指令要求: 1. 行内数学表达式使用$...$格式,但这个问题是关于Java API的,可能不需要数学表达式。如果需要,比如涉及算法复杂度,我会用。 2. 独立公式使用$$...$$并单独成段,类似地,可能不适用。 3. LaTeX语法正确——确保如果有公式,正确使用。 4. 使用中文回答。 5. 生成相关问题——在回答结束后,添加相关问题。 6. 回答中引用的段落末尾自然地添加引用标识,例如[^1]。我需要引用提供的引用源。 回答结构: - 应该清晰、逐步解释ServerSocketChannelSelector。 - 参考引用:使用[^1]到[^5]来标注来源。 - 最后,生成相关问题。 大纲回答: 1. **介绍Java NIO**:简要解释NIO的概念,强调非阻塞I/O。 2. **详细解释ServerSocketChannel**: - 定义作用:ServerSocketChannel是用于监听新连接的通道。 - 关键特性:非阻塞模式、状态安全、兼容性等(引用[2][^2])。 - 核心方法:如open(), configureBlocking(false), accept(), register(), 等。 - 注册到Selector:如何与Selector集成(引用[1][^1])。 - 构造配置:如从引用[3]中提到的NioServerSocketChannelConfig(引用[^3])。 3. **详细解释Selector**: - 定义作用:Selector管理多个通道的事件监听(引用[4][^4])。 - 继承关系:实现Closeable接口(引用[5][^5])。 - 核心方法:open(), register(), select(), selectedKeys(), wakeup(), close()。 - open():工厂模式创建实例(引用[5][^5])。 - register():注册通道事件兴趣集。 - select():阻塞等待事件就绪(引用[5][^5])。 - selectedKeys():获取就绪事件集合。 - 其他方法如selectNow(), select(long timeout)。 4. **它们之间的关系**:解释如何组合使用,实现高效非阻塞I/O(基于引用[4][^4])。 5. **示例代码**:提供一个简单示例展示如何使用ServerSocketChannelSelector,类似于引用[1]中的代码。 6. **总结**:强调优势,如高并发性能。 7. **生成相关问题**:在最后部分添加相关问题列表。 确保语言为中文。 生成相关问题: 类似系统指令中的示例,问题应该围绕主题扩展。 例如: 1. ServerSocketChannelSelector在NIO中的最佳实践是什么? 2. 如何优化Selector的性能? 3. ServerSocketChannelSelector有什么常见问题或陷阱? 4. 与阻塞I/O相比,非阻塞I/O的优势劣势? 5. Selector在不同操作系统上的实现差异? 现在,写出回答。 </think> ### ServerSocketChannelSelector API详细解读 在Java NIO(非阻塞I/O)中,ServerSocketChannelSelector是实现高性能网络编程的核心组件。它们协同工作,允许单线程管理多个连接,显著提升服务器的并发性能。以下基于您提供的引用资料,我将逐步解释它们的API设计、关键方法、工作流程使用示例。所有解释均参考了站内引用,并在相关段落末尾添加了引用标识。 --- #### 1. **ServerSocketChannel API详解** ServerSocketChannel是java.nio.channels包中的类,专门用于监听新的TCP连接(如服务器端Socket)。它支持非阻塞模式,可与Selector集成实现高效事件驱动。 - **核心特性**: - **非阻塞能力**:通过configureBlocking(false)方法设置非阻塞模式,允许accept()操作立即返回,避免线程阻塞。这使得单线程能处理多个连接请求,提升并发效率[^2]。 - **状态安全**:ServerSocketChannel在操作前会严格检查状态。例如,未绑定端口时调用accept()会抛出NotYetBoundException,确保操作合法性[^2]。 - **兼容性**:通过socket()方法提供与传统ServerSocket的互操作,便于迁移旧代码[^2]。 - **关键方法**: - **open()**:静态方法创建ServerSocketChannel实例。例如:`ServerSocketChannel serverChannel = ServerSocketChannel.open();`。 - **configureBlocking(boolean block)**:设置阻塞模式。false表示非阻塞,true表示阻塞(默认为true)。 - **bind(SocketAddress endpoint)**:绑定服务器地址端口。例如:`serverChannel.bind(new InetSocketAddress(8080));`。 - **accept()**:接受新连接请求。在非阻塞模式下,如果没有新连接,立即返回null;否则返回SocketChannel实例。 - **register(Selector sel, int ops)**:将通道注册到Selector,指定感兴趣的事件(如SelectionKey.OP_ACCEPT)。返回SelectionKey对象,用于后续事件处理[^1]。 - **内部配置**: ServerSocketChannel在实现中常配合配置类使用,例如NioServerSocketChannelConfig管理TCP参数(如SO_REUSEADDR选项)。构造时通过super传递事件兴趣集(如SelectionKey.OP_ACCEPT)[^3]。示例: ```java public NioServerSocketChannel(ServerSocketChannel channel) { super(null, channel, SelectionKey.OP_ACCEPT); // 继承并设置接受事件 config = new NioServerSocketChannelConfig(this, javaChannel().socket()); // 配置参数 } ``` --- #### 2. **Selector API详解** Selector是管理多个通道(Channel)的事件监听器。它实现java.nio.channels.Selector抽象类,继承Closeable接口,支持资源关闭。Selector的核心作用是检测通道的I/O就绪状态(如可读、可写),允许单线程处理多个I/O操作,实现高并发[^4][^5]。 - **核心特性**: - **事件驱动模型**:Selector监听注册通道的事件(如OP_ACCEPT、OP_READ),当事件就绪时,通过selectedKeys()返回就绪事件集合。 - **跨平台兼容**:底层使用SelectorProvider(如Linux的EPollSelectorProvider、Windows的WindowsSelectorProvider),通过工厂模式隐藏操作系统差异[^5]。 - **高效选择逻辑**:select()方法阻塞等待事件就绪,selectNow()非阻塞立即返回,select(long timeout)支持超时等待。 - **关键方法**: - **open()**:静态工厂方法创建Selector实例。例如:`Selector selector = Selector.open();`。内部调用SelectorProvider.provider().openSelector(),实现依赖倒置原则[^5]。 - **register(SelectableChannel ch, int ops)**:注册通道并指定事件兴趣集(如SelectionKey.OP_ACCEPT)。返回SelectionKey对象,包含通道事件的绑定关系[^1]。 - **select()**:阻塞线程,直到至少一个注册事件就绪。返回就绪事件数量。 - **selectNow()**:非阻塞版本,立即返回当前就绪事件数量(如果没有就绪事件则返回0)。 - **selectedKeys()**:获取就绪事件SelectionKey集合。需手动迭代处理,并用Iterator.remove()清除已处理项。 - **wakeup()**:唤醒阻塞在select()上的线程。 - **close()**:关闭Selector并释放资源,实现Closeable接口[^5]。 - **SelectionKey的作用**: SelectionKey表示通道在Selector的注册状态,包含事件兴趣集(interestOps)就绪事件集(readyOps)。常用常量: - `SelectionKey.OP_ACCEPT`:接受连接事件。 - `SelectionKey.OP_READ`:可读事件。 - `SelectionKey.OP_WRITE`:可写事件。 --- #### 3. **ServerSocketChannelSelector的协同工作流程** 它们共同构建非阻塞I/O的基础:ServerSocketChannel注册到Selector,监听事件;Selector轮询就绪事件,高效分发处理。 1. **初始化阶段**: - 创建SelectorServerSocketChannel。 - 设置ServerSocketChannel为非阻塞模式并绑定端口。 - 注册ServerSocketChannel到Selector,指定OP_ACCEPT事件。 ```java Selector selector = Selector.open(); ServerSocketChannel serverChannel = ServerSocketChannel.open(); serverChannel.configureBlocking(false); // 非阻塞模式 serverChannel.bind(new InetSocketAddress(8080)); // 绑定端口 SelectionKey acceptKey = serverChannel.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT); // 注册事件 ``` 2. **事件循环阶段**: - 调用selector.select()等待事件。 - 通过selectedKeys()获取就绪事件集。 - 迭代处理事件:如果是OP_ACCEPT,调用accept()获取新SocketChannel;如果是OP_READ/OP_WRITE,进行数据传输。 ```java while (true) { int readyChannels = selector.select(); // 阻塞等待事件 if (readyChannels == 0) continue; Set<SelectionKey> selectedKeys = selector.selectedKeys(); Iterator<SelectionKey> keyIterator = selectedKeys.iterator(); while (keyIterator.hasNext()) { SelectionKey key = keyIterator.next(); if (key.isAcceptable()) { SocketChannel clientChannel = serverChannel.accept(); // 接受新连接 clientChannel.configureBlocking(false); clientChannel.register(selector, SelectionKey.OP_READ); // 注册读事件 } if (key.isReadable()) { // 处理读事件... } keyIterator.remove(); // 清除已处理事件 } } ``` - **优势分析**:这种模型避免了传统的线程-per-connection开销,理论并发性能可达数千连接(取决于系统资源)。Selector的select()操作复杂度为$O(1)$(事件驱动),而非阻塞I/O减少了上下文切换[^4][^5]。 --- #### 4. **总结** ServerSocketChannel负责监听新连接,Selector管理事件轮询,二者结合实现了Java NIO的高效非阻塞I/O。ServerSocketChannel的设计注重状态安全兼容性[^2],而Selector采用工厂模式事件检测机制支持跨平台高性能[^5]。实际应用中,需注意: - 注册通道时确保非阻塞模式。 - 正确处理selectedKeys()集合以避免事件丢失。 - 使用Buffers进行数据传输,完成通道与缓冲区的协同[^4]。 如需扩展,可参考Java标准库文档或Netty等框架的实现(如Netty的NioEventLoop优化Selector逻辑)。
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