小白也可以學會的Java NIO的Write事件

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一、NIO Server端

1.1 多路復用開發一般步驟

//打開選擇器
Selector selector = Selector.open();
//打開通到
ServerSocketChannel socketChannel = ServerSocketChannel.open();
//配置非阻塞模型
socketChannel.configureBlocking(false);
//綁定端口
socketChannel.bind(new InetSocketAddress(8080));
//註冊事件，OP_ACCEPT隻適用於ServerSocketChannel 
socketChannel.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT);
while (true) {
    selector.select();
    Set<SelectionKey> selectionKeys = selector.selectedKeys();
    Iterator<SelectionKey> iter = selectionKeys.iterator();
    while(iter.hasNext()) {
        SelectionKey key = iter.next();
        if(key.isAcceptable()) {
            SocketChannel channel = ((ServerSocketChannel)key.channel()).accept();
            channel.configureBlocking(false);
            channel.register(selector,SelectionKey.OP_READ);
        }
        
        if(key.isWritable()) {
        }
        
        if(key.isReadable()) {
            SocketChannel channel = (SocketChannel) key.channel();
            ByteBuffer readBuffer = ByteBuffer.allocate(1024);
            channel.read(readBuffer);
            readBuffer.flip();
            // handler Buffer
            // 一般是響應客戶端的數據
            // 直接是write寫不就完事瞭嘛，為啥需要write事件？
            // channel.write(...)
        }
        iter.remove();
    }
}

1.2 解惑寫事件

對NIO的寫操作：

  • 為什麼要註冊寫事件
  • 何時註冊寫事件
  • 為什麼寫完之後要取消註冊寫事件

如果有channel在Selector上註冊瞭SelectionKey.OP_WRITE，在調用selector.select();時，系統會檢查內核寫緩沖區是否可寫：

  • 如果可寫，selector.select();立即返回，進入key.isWritable()
  • 何時不可寫？比如緩沖區已滿，channel調用瞭shutdownOutPut等

當然除瞭註冊寫事件，你也可以在channel直接調用write(…)，也可以將數據發出去，但這樣不夠靈活，而且可能浪費CPU。

比如服務端需要發送一個200M的Buffer，看看是否使用OP_WRITE事件的區別。

二、不使用事件

程序運行到這會等到200M文件發送完成後才繼續往下執行，不符合異步事件模型的思想。若緩沖區一直處不可寫狀態，則該過程一直在這裡死循環，浪費CPU。

// 200M的Buffer
ByteBuffer buffer = .... 

while(buffer.hasRemaining()) {
    // 該方法隻會寫入小於socket's output buffer空閑區域的任何字節數
    // 並返回寫入的字節數，可能是0字節
    channel.write(buffer);
}

三、使用事件

if(key.isReadable()) {
	// 200M Buffer
    ByteBuffer buffer = .... 
    // 註冊寫事件
    key.interestOps(key.interestOps() | SelectionKey.OP_WRITE);
    // 綁定Buffer
    key.attach(buffer);
}
// 可寫分支
if(key.isWritable()) {
    ByteBuffer buffer = (ByteBuffer) key.attachment();
    SocketChannel channel = (SocketChannel) key.channel();
    if (buffer.hasRemaining()) {
        channel.write(buffer)
    } else {
        // 發送完瞭就取消寫事件，否則下次還會進入寫事件分支（因為隻要還可寫，就會進入）
        key.interestOps(key.interestOps() & ~SelectionKey.OP_WRITE);
    }
}

要觸發寫事件，需要先向 selector 註冊該通道的寫事件，跟註冊讀事件一樣，當底層寫緩沖區有空閑就會觸發寫事件瞭，而一般來說底層的寫緩沖區大部分都是空閑的。所以一般隻要註冊瞭寫事件，就會立馬觸發瞭，為瞭避免 cpu 空轉，在寫操作完成後需要把寫事件取消掉，然後下次再有寫操作時重新註冊寫事件。

四、NIO Client端

開發的一般步驟

// 打開選擇器
Selector selector = Selector.open();
// 打開通道
SocketChannel socketChannel = SocketChannel.open();
// 配置非阻塞模型
socketChannel.configureBlocking(false);
// 連接Server
socketChannel.connect(new InetSocketAddress("127.0.0.1",8080));
// 註冊事件
socketChannel.register(selector, SelectionKey.OP_CONNECT | SelectionKey.OP_READ);
// 循環處理
while (true) {
    selector.select();
    Set<SelectionKey> keys = selector.selectedKeys();
    Iterator<SelectionKey> iter = keys.iterator();
    while(iter.hasNext()) {
        SelectionKey key = iter.next();
        if(key.isConnectable()) {
            // 連接建立或者連接建立不成功
            SocketChannel channel = (SocketChannel) key.channel();
            // 完成連接建立
            if(channel.finishConnect()) {
                
            }
        }
        
        if(key.isReadable()) {
            SocketChannel channel = (SocketChannel) key.channel();
            ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(500 * 1024 * 1024);
            buffer.clear();
            channel.read(buffer);
            // buffer Handler
        }
        iter.remove();
    }
}

起初對OP_CONNECT事件還有finishConnect不理解，OP_CONNECT事件何時觸發，特別是為什麼要在key.isConnectable()分支裡調用finishConnect方法後才能進行讀寫操作。

首先，在non-blocking模式下調用socketChannel.connect(new InetSocketAddress(“127.0.0.1”,8080));連接遠程主機，如果連接能立即建立就像本地連接一樣，該方法會立即返回true，否則該方法會立即返回false,然後系統底層進行三次握手建立連接。連接有兩種結果，一種是成功連接，第二種是異常，但是connect方法已經返回，無法通過該方法的返回值或者是異常來通知用戶程序建立連接的情況，所以由OP_CONNECT事件和finishConnect方法來通知用戶程序。不管系統底層三次連接是否成功，selector都會被喚醒繼而觸發OP_CONNECT事件，如果握手成功，並且該連接未被其他線程關閉，finishConnect會返回true，然後就可以順利的進行channle讀寫。如果網絡故障，或者遠程主機故障，握手不成功，用戶程序可以通過finishConnect方法獲得底層的異常通知，進而處理異常。

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