NIO&使用NIO传输图片

码农世界 2024-05-15 前端 65 次浏览 0个评论

相比于传统的阻塞IO，NIO提供了一种更灵活和高效的 I/O 操作方式，NIO 提供的非阻塞式的 I/O 操作，使得一个单独的线程可以管理多个通道（Channel），从而更好地处理并发连接和大量的 I/O 操作。

1. 核心组件

NIO 的核心组件包括通道（Channel）、缓冲区（Buffer）和选择器（Selector）。

（1）通道（Channel）

通道是 NIO 中用于读取和写入数据的抽象。它可以连接到文件、网络套接字等输入/输出设备。
Java NIO 提供了不同类型的通道，包括文件通道（FileChannel）、套接字通道（SocketChannel 和 ServerSocketChannel）、Datagram 通道（DatagramChannel）等。

通道与传统的流（Stream）不同，通道可以双向传输数据，而流是单向的。

（2）缓冲区（Buffer）

缓冲区是用于暂存数据的对象，它是 NIO 操作数据的基本单位。所有的数据读取和写入都是通过缓冲区进行的。
缓冲区具有固定的容量，可以通过 put() 和 get() 等方法向其中写入或读取数据。

Java NIO 提供了不同类型的缓冲区，包括 ByteBuffer、CharBuffer、ShortBuffer、IntBuffer、LongBuffer、FloatBuffer 和 DoubleBuffer，每种缓冲区用于不同类型的数据。

（3）选择器（Selector）

选择器是 NIO 中用于多路复用的关键组件。它可以监听多个通道的事件，当一个或多个通道准备好进行读取或写入时，选择器将这些通道放入就绪集合（SelectionKey）中。
选择器使得一个单独的线程可以有效地管理多个通道，提高了系统的性能和资源利用率。

选择器是事件驱动模型的核心，它使得 NIO 可以实现非阻塞式的 I/O 操作。

2. 与传统 IO 的区别

（1）阻塞与非阻塞：

传统的 IO 是阻塞式的，当一个 IO 操作开始后，线程会被阻塞，直到该操作完成。这意味着如果线程在进行 IO 操作时没有其他任务可执行，系统资源会被浪费。

NIO 使用非阻塞式 IO，意味着线程在进行 IO 操作时可以同时执行其他任务，从而提高了系统资源的利用率。

（2）通道与流：

传统的 IO 使用字节流和字符流进行数据传输，而 NIO 使用通道（Channel）和缓冲区（Buffer）。

通道可以双向传输数据，而流是单向的。通道提供了更多的控制和灵活性。

（3）多路复用：

NIO 引入了选择器（Selector）的概念，可以同时监听多个通道的事件，当一个或多个通道准备好进行读取或写入时，选择器会通知程序。

这使得一个线程可以有效地管理多个通道，处理并发连接和大量的 IO 操作，提高了系统的性能和可扩展性。

3. NIO 的优势

高并发处理：NIO 可以通过较少的线程处理更多的连接，提高了系统的性能和资源利用率。

灵活的数据操作：NIO 提供了更灵活和高效的数据操作方式，可以更好地处理大量的 IO 操作。

使用NIO传输图片

客户端代码

import java.io.FileInputStream; // 导入文件输入流类，用于读取文件内容  
import java.io.IOException;     // 导入I/O异常类，用于处理可能的文件读取和网络通信异常  
import java.net.InetSocketAddress; // 导入网络地址类，用于指定服务器的IP地址和端口号  
import java.nio.ByteBuffer;       // 导入ByteBuffer类，用于在通道中传输数据  
import java.nio.channels.FileChannel; // 导入文件通道类，用于从文件中读取数据  
import java.nio.channels.SocketChannel; // 导入Socket通道类，用于网络通信  
  
public class ImageClient {  
  
    // 主函数，程序的入口点  
    public static void main(String[] args) throws IOException {  
  
        // 创建一个SocketChannel实例，并准备连接到服务器  
        // SocketChannel是NIO（非阻塞I/O）中用于网络通信的通道  
        SocketChannel socketChannel = SocketChannel.open();  
  
        // 连接到指定的服务器地址和端口，这里连接到本地机器（localhost）的8080端口  
        // InetSocketAddress是一个网络地址的封装，包含了IP地址和端口号  
        socketChannel.connect(new InetSocketAddress("localhost", 8080));  
  
        // 读取图片文件到ByteBuffer中  
        // 使用FileInputStream来读取文件，然后通过getChannel()方法获取到文件的通道（FileChannel）  
        FileInputStream fis = new FileInputStream("src/main/java/images/userAvatar.jpg");  
        FileChannel fileChannel = fis.getChannel();  
  
        // 分配一个ByteBuffer，大小为1024字节，用于临时存储从文件中读取的数据  
        // ByteBuffer是一个字节容器，可以通过它读取或写入数据到通道  
        ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024);  
  
        // 循环读取文件内容，直到文件结束  
        while (fileChannel.read(buffer) > 0) {  
            // 调用flip()方法，将ByteBuffer从写模式切换到读模式  
            // 在调用write()方法之前，必须先调用flip()方法  
            buffer.flip();  
  
            // 将ByteBuffer中的数据写入到SocketChannel中，发送到服务器  
            socketChannel.write(buffer);  
  
            // 调用clear()方法，清空ByteBuffer，准备下一次读取  
            // clear()方法会将position设置为0，limit设置为capacity，为下一次读取或写入做准备  
            buffer.clear();  
        }  
  
        // 关闭FileInputStream和SocketChannel，释放资源  
        fis.close();  
        socketChannel.close();  
  
    }  
}

服务端代码

import java.io.FileOutputStream; // 导入文件输出流类，用于将接收到的数据写入文件  
import java.io.IOException;     // 导入I/O异常类，用于处理可能的文件写入和网络通信异常  
import java.net.InetSocketAddress; // 导入网络地址类，用于指定服务器的IP地址和端口号  
import java.nio.ByteBuffer;       // 导入ByteBuffer类，用于在通道中传输数据  
import java.nio.channels.FileChannel; // 导入文件通道类，用于向文件中写入数据  
import java.nio.channels.ServerSocketChannel; // 导入服务器套接字通道类，用于监听和接受连接  
import java.nio.channels.SocketChannel; // 导入Socket通道类，用于网络通信  
  
public class ImageServer {  
  
    public static void main(String[] args) throws IOException {  
        // 创建一个ServerSocketChannel实例，用于监听连接请求  
        ServerSocketChannel serverSocketChannel = ServerSocketChannel.open();  
  
        // 将ServerSocketChannel绑定到特定的端口，这里使用8080端口  
        serverSocketChannel.bind(new InetSocketAddress(8080));  
  
        // 配置ServerSocketChannel为非阻塞模式，这允许服务器同时处理多个连接  
        serverSocketChannel.configureBlocking(false);  
  
        // 无限循环，持续监听新的连接请求  
        while (true) {  
            // 尝试接受一个新的连接请求  
            // 因为设置了非阻塞模式，如果当前没有连接请求，accept()会立即返回null  
            SocketChannel socketChannel = serverSocketChannel.accept();  
  
            // 如果成功接受了一个连接请求，则进行以下操作  
            if (socketChannel != null) {  
                // 分配一个ByteBuffer，大小为1024字节，用于临时存储从SocketChannel中读取的数据  
                ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024);  
  
                // 创建一个FileOutputStream，用于将接收到的数据写入到文件中  
                // 这里假设文件名为"D:\\ltsServer\\text.jpg"  
                FileOutputStream fos = new FileOutputStream("D:\\ltsServer\\text.jpg");  
  
                // 获取FileOutputStream对应的FileChannel  
                FileChannel fileChannel = fos.getChannel();  
  
                // 读取SocketChannel中的数据，并写入到文件中，直到SocketChannel中没有更多数据可读  
                int bytesRead;  
                while ((bytesRead = socketChannel.read(buffer)) > 0) {  
                    // 打印从SocketChannel中读取的字节数  
                    System.out.println(bytesRead);  
  
                    // 调用flip()方法，将ByteBuffer从读模式切换到写模式  
                    buffer.flip();  
  
                    // 将ByteBuffer中的数据写入到FileChannel中，即将数据写入到文件中  
                    fileChannel.write(buffer);  
  
                    // 调用clear()方法，清空ByteBuffer，准备下一次读取  
                    buffer.clear();  
                }  
  
                // 关闭FileOutputStream和SocketChannel，释放资源  
                fos.close();  
                socketChannel.close();  
            }  
  
            // 在实际应用中，对于非阻塞模式，通常需要使用选择器（Selector）来同时处理多个通道  
            // 这里的代码只是简单示例，没有使用选择器  
        }  
    }  
}

这里再补充一段在服务端使用选择器（Selector）监听通道的代码

private static void start() throws IOException {
        // 创建ServerSocketChannel，并设置为非阻塞模式
        ServerSocketChannel serverSocketChannel = ServerSocketChannel.open();
        serverSocketChannel.configureBlocking(false);
        serverSocketChannel.socket().bind(new InetSocketAddress(PORT));
        // 创建Selector，用于监听通道事件
        Selector selector = Selector.open();
        // 将ServerSocketChannel注册到Selector上，监听连接事件
        serverSocketChannel.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT);
        // 不断循环，处理通道事件
        while (true) {
            selector.select(); // 阻塞，等待通道事件发生
            for (SelectionKey key : selector.selectedKeys()) {
                if (key.isAcceptable()) { // 客户端发起连接事件
                    acceptClient(selector, serverSocketChannel);
                } else if (key.isReadable()) { // 客户端发送数据事件
                    readMessageFromClient(key);
                }
            }
            selector.selectedKeys().clear(); // 清空已处理的事件集合
        }
    }

转载请注明来自码农世界，本文标题：《NIO&使用NIO传输图片》