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NIO | 什么是Java中的NIO —— 结合业务场景理解 NIO （二）

news 来源：原创 2025/6/8 7:06:57

实时通信应用的主流技术 并非NIO ，整理本文的目的是 更好的理解 NIO 。

在现代的 即时聊天应用中，使用 WebSocket、MQTT 或 SignalR 等协议更为普遍。

若您想了解当前主流的有关 实时通信应用 的技术，请移步他文。

(一) 业务场景

实时通信应用（如即时聊天系统）通常要求能够同时管理 多个客户端连接，并在客户端之间实时交换消息。每个消息的发送和接收都需要立即响应，因此要求系统能够快速、非阻塞地处理大量的网络连接。

(二) NIO 解决方案

利用 NIO 的 Selector 和 SocketChannel，一个单独的线程就可以管理多个客户端连接，并在收到消息时立即响应。通过非阻塞 I/O 和选择器，系统能够高效地管理客户端连接，并且不会因等待某个客户端的响应而阻塞其他客户端。

示例： 构建一个简单的基于 NIO 的聊天服务器，能够同时处理多个客户端的消息：

import java.io.IOException;
import java.nio.ByteBuffer;
import java.nio.channels.*;
import java.net.*;public class ChatServer {public static void main(String[] args) throws IOException {// 启动聊天服务器startServer();}// 启动服务器的具体实现，提取为一个独立的方法public static void startServer() throws IOException {// 创建一个 ServerSocketChannel 用于监听客户端的连接请求ServerSocketChannel serverSocketChannel = ServerSocketChannel.open();// 绑定到指定端口 9090serverSocketChannel.bind(new InetSocketAddress(9090));// 设置为非阻塞模式serverSocketChannel.configureBlocking(false);// 创建一个 Selector 用于多路复用 I/O 事件Selector selector = Selector.open();// 将 serverSocketChannel 注册到 selector 上，监听客户端的连接请求serverSocketChannel.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT);// 进入事件处理循环while (true) {// 阻塞，直到有 I/O 事件发生selector.select();// 遍历所有已选择的事件for (SelectionKey key : selector.selectedKeys()) {// 如果是客户端连接请求事件if (key.isAcceptable()) {// 接受客户端连接SocketChannel clientChannel = ((ServerSocketChannel) key.channel()).accept();clientChannel.configureBlocking(false);  // 设置为非阻塞模式// 将客户端通道注册到 selector 上，监听客户端的读操作clientChannel.register(selector, SelectionKey.OP_READ);}// 如果是可读事件（客户端发送了消息）else if (key.isReadable()) {// 获取客户端的通道SocketChannel clientChannel = (SocketChannel) key.channel();// 创建缓冲区来接收数据ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(256);// 读取客户端发送的数据int bytesRead = clientChannel.read(buffer);if (bytesRead == -1) {// 如果客户端关闭连接，关闭其通道clientChannel.close();} else {buffer.flip();  // 准备缓冲区读取// 将接收到的消息广播到其他客户端broadcastMessage(selector, buffer);}}}// 清空已处理的事件selector.selectedKeys().clear();}}// 广播消息给所有客户端private static void broadcastMessage(Selector selector, ByteBuffer buffer) {// 遍历 selector 上的所有通道for (SelectionKey key : selector.keys()) {// 仅处理有效且可写的通道if (key.isValid() && key.isWritable()) {// 获取通道SocketChannel channel = (SocketChannel) key.channel();try {// 重置缓冲区的位置和限制，确保每个通道写入正确的数据buffer.flip();channel.write(buffer);buffer.clear();  // 清空缓冲区，准备下次读取} catch (IOException e) {e.printStackTrace();  // 异常处理}}}}
}

(三) 测试类代码

import java.io.*;
import java.net.*;
import java.nio.*;
import java.nio.channels.*;import static java.lang.Thread.sleep;public class ChatServerTest {private static final int PORT = 9090;public static void main(String[] args) {// 启动服务器线程Thread serverThread = new Thread(() -> {try {// 启动聊天服务器ChatServer.startServer();} catch (IOException e) {e.printStackTrace();}});// 启动服务器serverThread.start();try {// 等待服务器启动Thread.sleep(100); // 这里可以根据实际情况调整等待时间System.out.println("Server started successfully!");// 创建并连接客户端1SocketChannel client1 = SocketChannel.open();client1.connect(new InetSocketAddress("localhost", PORT));System.out.println("Client1 connected");// 创建并连接客户端2SocketChannel client2 = SocketChannel.open();client2.connect(new InetSocketAddress("localhost", PORT));System.out.println("Client2 connected");// 向服务器发送消息String message = "Hello from Client1!";ByteBuffer buffer = ByteBuffer.wrap(message.getBytes());client1.write(buffer);System.out.println("Client1 sent message: " + message);// 读取客户端2的消息buffer.clear();  // 清空缓冲区以准备接收新数据int bytesRead = client2.read(buffer);  // 从客户端2读取数据到缓冲区if (bytesRead == -1) {client2.close();  // 如果客户端关闭连接，关闭其通道} else if (bytesRead > 0) {buffer.flip();  // 切换为读取模式String receivedMessage = new String(buffer.array(), 0, buffer.limit());System.out.println("Client2 received message: " + receivedMessage);}// 关闭客户端连接client1.close();client2.close();System.out.println("Clients disconnected");// 让服务器继续运行一段时间Thread.sleep(2000);System.out.println("Test completed successfully!");} catch (IOException | InterruptedException e) {e.printStackTrace();}// 结束测试后停止服务器线程serverThread.interrupt();}
}

1. 简要说明

ChatServerTest 类用于模拟客户端与服务器的交互。它启动一个聊天服务器线程并创建两个模拟客户端进行通信。
ChatClientSimulator 类模拟客户端行为：连接到服务器，发送消息，并接收来自服务器的消息。

待解决：

目前在测试方法中执行到

int bytesRead = client2.read(buffer);  // 从客户端2读取数据到缓冲区

就不在执行了

(一) 业务场景

(二) NIO 解决方案

(三) 测试类代码

1. 简要说明

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