Java网络编程精解讲义4.ppt

1、Java网络编程，作者：孙参考书籍：技术支持网站：第4章非阻塞通信，参见Java网络编程第4章，4.1线程阻塞概念4.2主类4.2 java.nio包4.3服务器编程示例4.3.1创建阻塞回声服务器4.3.2创建非阻塞回声服务器4.3.3在回声服务器4.4中混合阻塞模式和非阻塞模式客户端编程示例4.4.1创建阻塞回声客户端4.4.2创建非阻塞回声客户端4 . 4 . 2在生活中，最常见的堵塞现象是高速公路上的交通堵塞。汽车在高速公路上跑得很快。如果前面的交通堵塞，他们必须停下来，等到高速公路变得平坦后才能继续行驶。由于某些原因，线程在运行中也会被阻塞。处于阻塞状态的所有线程的共同特征是：放弃中

2、央处理器，暂停操作，只有在阻塞原因消除时才恢复操作；或者被另一个线程中断，该线程将退出阻塞状态并抛出中断异常。4.1.1线程阻塞的原因，线程阻塞的主要原因如下：线程执行线程休眠方法，线程放弃CPU，休眠n毫秒，然后恢复运行。当一个线程需要执行一个同步代码时，它不能获得相关的同步锁，所以它必须进入阻塞状态，并且在获得同步锁之前不能继续运行。线程执行对象的wait()方法，并进入阻塞状态。只有当其他线程执行对象的notify()或notifyAll()方法时，它们才能被唤醒。当线程执行输入/输出操作或远程通信时，它将进入阻塞状态，因为它等待相关的资源。4.1.1线程阻塞的原因在远程通信过程中，在客

3、户端程序中，线程可能在以下情况下进入阻塞状态：当请求与服务器建立连接时，它将进入阻塞状态，直到连接成功。当一个线程从Socket的输入流中读取数据时，如果没有足够的数据，它将进入阻塞状态，并且它不会从输入流的read()方法返回或者被异常中断，直到读取了足够的数据，或者它到达输入流的末尾或者发生异常。当一个线程向Socket的输出流中写入一批数据时，它可能会进入阻塞状态，并且不会从输出流的write()方法返回或者异常中断，直到所有数据都被输出或者出现异常。当调用Socket的setSoLinger()方法设置关闭Socket的延迟时间时，当线程执行Socket的close()方法时，它将进入

4、阻塞状态，并且不会从close()方法返回，直到底部Socket发送所有剩余数据或者超过setSoLinger()方法设置的延迟时间。4.1.1线程阻塞的原因，在服务器程序中，线程可能在以下情况下进入阻塞状态：线程执行服务器套接字的accept()方法，等待客户的连接，只有在接收到客户连接后才从accept()方法返回。当一个线程从套接字的输入流中读取数据时，如果输入流没有足够的数据，它将进入阻塞状态。当一个线程向Socket的输出流中写入一批数据时，它可能会进入阻塞状态，并且不会从输出流的write()方法返回或者异常中断，直到所有数据都被输出或者出现异常。4.1.1线程阻塞的原因，可以看出

5、，无论是在服务器程序还是在客户端程序中，当通过Socket的输入流和输出流读写数据时，都可能进入阻塞状态。这种可能被阻塞的输入输出操作称为阻塞输入输出。相反，如果在执行输入输出操作时没有阻塞，则称为非阻塞输入输出。4.1.2服务器程序使用多线程来处理阻塞通信的限制。(Java虚拟机为每个线程分配独立的堆栈空间。工作线程的数量越多，系统开销就越大。此外，它增加了在Java虚拟机中调度线程的负担，增加了线程间同步的复杂性，并提高了线程死锁的可能性。(2)大量工作线程的时间浪费在阻塞输入输出操作上。Java虚拟机需要频繁地转移CPU的使用权，使进入阻塞状态的线程放弃CPU，然后将CPU分配给运行状态

6、的线程。4.1.2服务器程序使用多线程处理阻塞通信的限制，工作线程越多越好。如图4-2所示，保持适当数量的工作线程将提高服务器的并发性能，但是当工作线程的数量达到一定的限制并超过系统负载时，将降低并发性能，这使得大多数客户无法快速从服务器获得响应。4.1.3无阻塞通信的基本思想是，服务器程序只需要一个线程来负责接收客户的连接，接收每个客户发送的数据，并将响应数据发送给每个客户。服务器程序的处理流程如下：当(等待接收连接就绪事件、读取就绪事件或写入就绪事件发生时)/如果有客户端连接，则阻塞接收客户端的连接；/如果(套接字的输入流中有可读数据)从输入流中读取数据，则为非阻塞；/如果(套接字的输出流

7、可以写入数据)将数据写入输出流，则为非阻塞；/无阻塞上述处理流程采用轮询方式。当某个操作准备好时，它将被执行；否则，检查是否还有其他准备好的操作要执行。线程不会仅仅因为一个操作没有准备好就被卡住，而只是等待操作准备好。4.2主要类4.2 java.nio包，提供支持非阻塞通信的类，主要包括：服务器套接字通道：服务器套接字的替代类，支持阻塞通信和非阻塞通信。socket channel:socket的一个替代类，支持阻塞通信和非阻塞通信。选择器：监控和接收服务器套接字通道的连接就绪事件，并监控套接字通道的连接就绪、读就绪和写就绪事件。选择键：代表服务器套接字层和套接字层向选择器注册事件的句柄。当

8、选定键对象位于选择器对象的选定键集合中时，表示与该选定键对象相关的事件已经发生。4.2 java.nio包中的主要类，4.2.1 Buffer，数据输入和输出经常是耗时的操作。缓冲区从两个方面提高了输入输出操作的效率：减少实际的物理读写次数。创建缓冲区时，会分配内存，并且该内存区域一直被重用，这可以减少动态分配和回收内存区域的次数。Java.nio包公开了缓冲区应用编程接口，使Java程序可以直接控制和使用缓冲区。4.2.1缓冲区。图4-4显示了缓冲类的层次结构。4.2.1缓冲区缓冲区，所有缓冲区都具有以下属性：容量：它指示缓冲区中可以存储多少数据。限制：表示缓冲区的当前结束点，不能读写超过缓

9、冲区限制的区域。限值可以修改，有利于缓冲液的重复使用。例如，假设一个容量为100的缓冲区已被数据填满，然后当程序重用该缓冲区时，它只向缓冲区中从位置0到位置10的区域写入10个新数据。此时，可以将限制设置为10，这样就无法读取之前的数据。该限制是非负整数，不应大于容量。位置：指示缓冲区中下一个读/写单元的位置，每次读/写缓冲区中的数据以准备下一次读/写时，该位置都会改变。该位置是非负整数，不应大于限制值。上述三个属性之间的关系是：容量=极限=位置=0，4.2.1缓冲区，缓冲区提供了一种改变上述三个属性的方法：清除():将极限设置为容量，然后将位置设置为0。翻转():将限制设置为位置，然后将位置

10、设置为0。倒带():将位置设置为0，不改变限制。4.2.1缓冲区，缓冲区类的剩余()方法返回缓冲区的剩余容量，其值等于极限位置。缓冲区类的compact()方法删除缓冲区中从0到当前位置的内容，然后将当前位置的内容复制到从0到限制位置的区域的限制中。如图4-6所示，当前位置和限制的值相应地改变。缓冲区类是一个抽象类，不能被实例化。有八个特定的缓冲区类，其中最基本的缓冲区是字节缓冲区，它存储的数据单元是字节。ByteBuffer类不提供开放式构造方法，但提供了两种获取ByteBuffer实例的静态工厂方法：allocate(int capacity):返回一个ByteBuffer对象，参数cap

11、acity指定缓冲区的容量。直接分配(int capacity) :返回一个ByteBuffer对象，参数capacity指定缓冲区的容量。该方法返回的缓冲区称为直接缓冲区，可以更好地与当前操作系统耦合，从而进一步提高输入输出操作的速度。然而，分配直接缓冲区的系统开销非常高，因此它仅在缓冲区很大并且存在很长时间，或者需要频繁重用时才使用。4.2.1缓冲区缓冲区，所有特定的缓冲区类都提供了读取和写入缓冲区的方法：get():相对读取。从缓冲区的当前位置读取一个单位的数据，读取后在该位置加1。Get(int index):绝对读取。从参数索引指定的位置读取一个单元格的数据。Put():相对写作。向

12、缓冲区的当前位置写入一个数据单元，并在写入后向该位置添加1。Put(int index):绝对写入。将一个数据单位写入参数索引指定的位置。4.2.2字符集，字符集类提供编码和解码方法：字节缓冲区编码(String str):对参数字符串指定的字符串进行编码，将获得的字节序列存储在字节缓冲区对象中，然后返回。字节缓冲区编码(CharBuffer cb):对参数cb指定的字符缓冲区中的字符进行编码，将获得的字节序列存储在字节缓冲区对象中，然后返回。CharBuffer decode(ByteBuffer bb):对ByteBuffer中由参数bb指定的字节序列进行解码，将获得的字符序列存储在Cha

13、rBuffer对象中，然后返回。4.2.2字符编码字符集，字符集的静态forName(字符串编码)方法，字符集返回一个字符集对象，它表示由参数encode指定的编码类型。例如，下面的代码创建了一个表示“GBK”编码的Charset对象：4.2.3通道，用于连接缓冲区和数据源或数据接收器(即数据目的地)。如图4-8所示，来自数据源的数据通过通道到达缓冲区，来自缓冲区的数据通过通道到达数据宿。通道接口只声明了两种方法：close():关闭通道。IsOpen():确定通道是否打开。通道在创建时打开，一旦关闭，就不能重新打开。4.2.3通道通道，ReadableByteChannel接口：声明read

14、(ByteBuffer dst)方法，该方法将数据源的数据读取到参数指定的ByteBuffer中。WritableByteChannel接口：声明write(ByteBuffer src)方法，该方法将参数指定的ByteBuffer中的数据写入数据接收器。分散字节通道接口：ReadableByteChannel接口被扩展，允许分布式读取数据。GatheringByteChannel接口：可写字节通道接口被扩展以允许数据的集中写入。文件通道类：它是通道接口的实现类，代表一个与文件相连的通道。该类实现字节通道、分散字节通道和聚集字节通道接口，支持读操作、写操作、分布式读操作和集中写操作。可选通道类

15、：它也是一个通道，不仅支持阻塞的输入输出操作，还支持非阻塞的输入输出操作。4.2.3 Channel，SelectableChannel有两个子类：ServerSocketChannel类SocketchChannel类：SocketchChannel还使用读取(ByteBuffer dst)和写入(ByteBuffer src)方法实现字节通道接口。4.2.4 SelectableChannel类，它是一个支持阻塞输入/输出和非阻塞输入/输出的通道。在非阻塞模式下，读写数据不会被阻塞，SelectableChannel可以向选择器注册读就绪和写就绪事件。选择器负责监控这些事件。当事件发生时，如读取就绪事件，选择通道可以执行读取操作。，4.2.4选择频道类，选择频道的主要方法如下公共选择通道配置阻塞（布尔阻塞(引发异常公共选择密钥寄存器（选择