NIO网络编程实战与Reactor模式

Buffer网络编程

Buffer的作用

Buffer（缓冲区）是NIO中用于高效读写数据的核心组件。它通过将数据从通道读入缓冲区，再从缓冲区写入通道，简化了数据传输过程。应用程序在发送数据时，会先将数据写入缓冲区，然后通过通道发送；在接收数据时，先从通道读取到缓冲区，再逐个读取缓冲区数据。

Buffer的重要属性

Capacity（容量）

Buffer的容量决定了可以存储的最大数据量。只能往Buffer中写入capacity个字节、长整型或字符。一旦Buffer满了，需要通过clear()或compact()方法清空。

Position（位置）

表示当前在缓冲区中可以写入或读取的位置。初始值为0，写入或读取数据后，position会移动到下一个可写入或可读的位置。

Limit（限制）

在写模式下，limit表示缓冲区中可以写入的最大数据量，等于capacity。切换到读模式后，limit表示可以读取的最大数据量。

Buffer分配与操作

分配

使用allocate()方法分配内存，例如：

ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocate(1024);

读写操作

写数据：从通道读取到Buffer，或者直接调用put()方法。

读数据：从Buffer读取到通道，或者调用get()方法。

常用步骤：

写入数据。

调用flip()切换到读模式。

读取数据。

调用clear()或compact()清空缓冲区。

其他操作

rewind()：将position设回0。

clear()：清空缓冲区，position设为0，limit设为capacity。

compact()：将未读数据移动到缓冲区起始位置，position设为最后一个未读数据后面。

Selector与Channel

Selector的作用

Selector（选择器）用于管理和监听多个通道（Channel）的读写事件。它通过注册事件类型（如OP_READ、OP_WRITE）来判断何时需要处理哪个通道。

Channel的作用

Channel是NIO中用于高效读写数据的核心类。常见的Channel实现包括SocketChannel和ServerSocketChannel，它们都继承自SelectableChannel。所有通道都需要通过Buffer进行数据传输。

SelectionKey

SelectionKey用于表示对特定通道的操作事件感兴趣。定义了四种事件类型：OP_ACCEPT、OP_READ、OP_WRITE、OP_CONNECT。这些事件类型对应不同的网络操作。

NIO开发流程

服务端启动

使用ServerSocketChannel创建服务器，并注册OP_ACCEPT事件处理器。

客户端连接

客户端通过SocketChannel连接到服务器，并注册OP_CONNECT事件处理器。

数据交互

服务端接收连接后，创建SocketChannel并注册OP_READ事件。

客户端在连接建立后，注册OP_READ事件以便读取数据。

IO循环处理

使用Selector管理多个通道，等待事件就绪。每次循环中，调用select()方法阻塞等待事件，然后处理对应的事件。

NIO开发示例

服务端代码

public class NioServer {    private static Selector selector;    private static ServerSocketChannel serverChannel;    public static void main(String[] args) {        try {            selector = Selector.open();            serverChannel = ServerSocketChannel.open();            serverChannel.configureBlocking(false);            serverChannel.socket().bind(new InetSocketAddress(8080));            serverChannel.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT);            startServer();        } catch (IOException e) {            e.printStackTrace();        }    }    private static void startServer() {        while (!Thread.currentThread().isInterrupted()) {            try {                selector.select();                Set
   
     keys = selector.selectedKeys();                Iterator
    
      it = keys.iterator();                while (it.hasNext()) {                    SelectionKey key = it.next();                    it.remove();                    if (key.isAcceptable()) {                        ServerSocketChannel ssc = (ServerSocketChannel) key.channel();                        SocketChannel sc = ssc.accept();                        sc.configureBlocking(false);                        sc.register(selector, SelectionKey.OP_READ);                    }                }            } catch (IOException e) {                e.printStackTrace();            }        }    }}

客户端代码

public class NioClient {    private static Selector selector;    private static SocketChannel socketChannel;    public static void start() {        try {            selector = Selector.open();            socketChannel = SocketChannel.open();            socketChannel.configureBlocking(false);            socketChannel.register(selector, SelectionKey.OP_CONNECT);        } catch (IOException e) {            e.printStackTrace();        }    }    public static void main(String[] args) {        start();        Scanner scanner = new Scanner(System.in);        while (true) {            System.out.println("请输入消息：");            String msg = scanner.nextLine();            if (!sendMsg(msg)) {                break;            }        }    }    private static boolean sendMsg(String msg) {        try {            socketChannel.register(selector, SelectionKey.OP_READ);            ByteBuffer buffer = ByteBuffer.wrap(msg.getBytes());            buffer.flip();            int bytesWritten = socketChannel.write(buffer);            return bytesWritten > 0;        } catch (IOException e) {            e.printStackTrace();            return false;        }    }}