network-connect.md

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title: Java NIO 网络编程实践聊天室：从入门到精通
shortTitle: NIO 实现简易版聊天室
category:
  - Java核心
tag:
  - Java NIO
description: Java NIO 网络编程实践涉及 SocketChannel、ServerSocketChannel、阻塞与非阻塞模式、Scatter 和 Gather 数据传输、异步套接字通道（AsynchronousSocketChannel 和 AsynchronousServerSocketChannel），以及简单聊天室实现。NIO 提供了高效、灵活且可扩展的 I/O 处理方式，适用于大型应用程序和高并发场景。
author: 沉默王二
head:
  - - meta
    - name: keywords
      content: java,nio,网络编程,SocketChannel,ServerSocketChannel,AsynchronousSocketChannel,AsynchronousServerSocketChannel,聊天室
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在此之前，我们曾利用 Java 的套接字 Socket 和 ServerSocket 完成[网络编程](https://javabetter.cn/socket/socket.html)，但 Socket 和 ServerSocket 是基于 Java IO 的，在网络编程方面，性能会比较差。[原因我们在之前也讲过](https://javabetter.cn/nio/nio-better-io.html)。

那 Java NIO 的 SocketChannel 和 ServerSocketChannel 性能怎么样呢？

### SocketChannel 和 ServerSocketChannel

在学习 NIO 的[第一讲里](https://javabetter.cn/nio/nio-better-io.html)，我们已经介绍过 SocketChannel 和 ServerSocketChannel了，这里再简单补充下。

ServerSocketChannel 用于创建服务器端套接字，而 SocketChannel 用于创建客户端套接字。它们都支持阻塞和非阻塞模式，通过设置其 blocking 属性来切换。阻塞模式下，读/写操作会一直阻塞直到完成，而非阻塞模式下，读/写操作会立即返回。

阻塞模式：

- 优点：编程简单，适合低并发场景。
- 缺点：性能较差，不适合高并发场景。

非阻塞模式：

- 优点：性能更好，适合高并发场景。
- 缺点：编程相对复杂。

我们来看一个简单的示例（阻塞模式下）：

先来看 Server 端的：

```java
public class BlockingServer {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        // 创建服务器套接字
        ServerSocketChannel serverSocketChannel = ServerSocketChannel.open();
        // 绑定端口
        serverSocketChannel.socket().bind(new InetSocketAddress(8080));
        // 设置为阻塞模式（默认为阻塞模式）
        serverSocketChannel.configureBlocking(true);

        while (true) {
            // 接收客户端连接
            SocketChannel socketChannel = serverSocketChannel.accept();
            // 分配缓冲区
            ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024);

            // 读取数据
            int bytesRead = socketChannel.read(buffer);
            while (bytesRead != -1) {
                buffer.flip();
                System.out.println(StandardCharsets.UTF_8.decode(buffer));
                buffer.clear();
                bytesRead = socketChannel.read(buffer);
            }
            // 关闭套接字
            socketChannel.close();
        }
    }
}
```

简单解释一下这段代码，也比较好理解。

首先创建服务器端套接字ServerSocketChannel，然后绑定 8080 端口，接着使用 while 循环监听客户端套接字。如果接收到客户端连接 SocketChannel，就从通道里读取数据到缓冲区 ByteBuffer，一直读到通道里没有数据，关闭当前通道。

其中 `serverSocketChannel.configureBlocking(true)` 用来设置通道为阻塞模式（可以缺省）。

再来看客户端的：

```java
public class BlockingClient {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        // 创建客户端套接字
        SocketChannel socketChannel = SocketChannel.open();
        // 连接服务器
        socketChannel.connect(new InetSocketAddress("localhost", 8080));
        // 分配缓冲区
        ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024);

        // 向服务器发送数据
        buffer.put("沉默王二，这是来自客户端的消息。".getBytes(StandardCharsets.UTF_8));
        buffer.flip();
        socketChannel.write(buffer);
        // 清空缓冲区
        buffer.clear();

        // 关闭套接字
        socketChannel.close();
    }
}
```

客户端代码就更简单了，建立通道 SocketChannel，连接服务器，然后在缓冲区里放一段数据，之后写入到通道中，关闭套接字。

先运行 BlockingServer，再运行 BlockingClient，可以在 Server 端的控制台收到以下信息。

![](https://cdn.paicoding.com/stutymore/network-connect-20230407124624.png)

好，我们再来看非阻塞模式下的示例。

先来看 Server 端：

```java
public class NonBlockingServer {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        // 创建服务器套接字
        ServerSocketChannel serverSocketChannel = ServerSocketChannel.open();
        // 绑定端口
        serverSocketChannel.socket().bind(new InetSocketAddress(8080));
        // 设置为非阻塞模式
        serverSocketChannel.configureBlocking(false);

        // 创建选择器
        Selector selector = Selector.open();
        // 注册服务器套接字到选择器
        serverSocketChannel.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT);

        while (true) {
            selector.select();
            Set<SelectionKey> selectedKeys = selector.selectedKeys();
            Iterator<SelectionKey> iterator = selectedKeys.iterator();

            while (iterator.hasNext()) {
                SelectionKey key = iterator.next();
                iterator.remove();

                if (key.isAcceptable()) {
                    // 接收客户端连接
                    SocketChannel socketChannel = serverSocketChannel.accept();
                    socketChannel.configureBlocking(false);
                    socketChannel.register(selector, SelectionKey.OP_READ);
                }

                if (key.isReadable()) {
                    // 读取数据
                    SocketChannel socketChannel = (SocketChannel) key.channel();
                    ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024);
                    int bytesRead = socketChannel.read(buffer);

                    if (bytesRead != -1) {
                        buffer.flip();
                        System.out.print(StandardCharsets.UTF_8.decode(buffer));
                        buffer.clear();
                    } else {
                        // 客户端已断开连接，取消选择键并关闭通道
                        key.cancel();
                        socketChannel.close();
                    }
                }
            }
        }
    }
}
```

与之前阻塞模式相同的，我们就不再赘述了，只说不同的。

①、首先，创建一个 ServerSocketChannel，并将其设置为非阻塞模式。

```java
ServerSocketChannel serverSocketChannel = ServerSocketChannel.open();
serverSocketChannel.configureBlocking(false);
```

②、创建一个 Selector 实例，用于处理多个通道的事件。

```java
Selector selector = Selector.open();
```

③、将 ServerSocketChannel 注册到 Selector 上，并设置感兴趣的事件为 OP_ACCEPT。这意味着当有新的客户端连接请求时，Selector 会通知我们。

```java
serverSocketChannel.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT);
```

看一下 OP_ACCEPT 的注释：

![](https://cdn.paicoding.com/stutymore/network-connect-20230407130621.png)


④、循环处理 Selector 中的事件。首先调用 `selector.select()` 方法来等待感兴趣的事件发生。这个方法会阻塞，直到至少有一个感兴趣的事件发生。

```java
while (true) {
    int readyChannels = selector.select();
    if (readyChannels == 0) {
        continue;
    }
    // ...
}
```

⑤、当 `selector.select()` 返回时，我们可以通过 `selector.selectedKeys()` 获取所有已就绪的事件，并对其进行迭代处理。在处理事件时，根据 SelectionKey 的类型来执行相应的操作。

```java
Set<SelectionKey> selectedKeys = selector.selectedKeys();
Iterator<SelectionKey> keyIterator = selectedKeys.iterator();
while (keyIterator.hasNext()) {
    SelectionKey key = keyIterator.next();
    // 处理事件
    // ...
    keyIterator.remove();
}
```

⑥、当 SelectionKey 的类型为 OP_ACCEPT 时，说明有新的客户端连接请求。此时，我们需要接受新的连接，并将新创建的 SocketChannel 设置为非阻塞模式。然后，将该 SocketChannel 注册到 Selector 上，并设置感兴趣的事件为 OP_READ。

```java
if (key.isAcceptable()) {
    ServerSocketChannel server = (ServerSocketChannel) key.channel();
    SocketChannel client = server.accept();
    client.configureBlocking(false);
    client.register(selector, SelectionKey.OP_READ);
}
```

⑦、当 SelectionKey 的类型为 OP_READ 时，说明有客户端发送了数据。我们需要从 SocketChannel 中读取数据，并进行相应的处理。

```java
if (key.isReadable()) {
    SocketChannel client = (SocketChannel) key.channel();
    ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024);
    int bytesRead = client.read(buffer);
    // 对读取到的数据进行处理
    // ...
}
```

⑧、（如果可以的话）当 SelectionKey 的类型为 OP_WRITE 时，说明可以向客户端发送数据。我们可以将要发送的数据写入 SocketChannel。

```java
if (key.isWritable()) {
    SocketChannel client = (SocketChannel) key.channel();
    ByteBuffer buffer = ByteBuffer.wrap("你好，客户端".getBytes());
   client.write(buffer);
}
```

不过，本例中并没有这一步。如果需要的话，可以按照这样的方式向客户端写入数据。

⑨、在服务器停止运行时，需要关闭 Selector 和 ServerSocketChannel，释放资源。

```java
key.cancel();
socketChannel.close();
```

好，接下来，我们来看客户端的。

```java
public class NonBlockingClient {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        // 创建客户端套接字
        SocketChannel socketChannel = SocketChannel.open();
        // 设置为非阻塞模式
        socketChannel.configureBlocking(false);
        // 连接服务器
        socketChannel.connect(new InetSocketAddress("localhost", 8080));

        while (!socketChannel.finishConnect()) {
            // 等待连接完成
        }

        // 分配缓冲区
        ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024);

        // 向服务器发送数据
        String message = "你好，沉默王二，这是来自客户端的消息。";
        buffer.put(message.getBytes(StandardCharsets.UTF_8));
        buffer.flip();
        socketChannel.write(buffer);
        // 清空缓冲区
        buffer.clear();

        // 关闭套接字
        socketChannel.close();
    }
}
```

客户端代码依然比较简单，我们直接略过，不再解释。然后运行 Server，再运行 Client。可以运行多次，结果如下：

![](https://cdn.paicoding.com/stutymore/network-connect-20230407131553.png)

### Scatter 和 Gather

Scatter 和 Gather 是 Java NIO 中两种高效的 I/O 操作，用于将数据分散到多个缓冲区或从多个缓冲区中收集数据。

Scatter（分散）：它将从 Channel 读取的数据分散（写入）到多个缓冲区。这种操作可以在读取数据时将其分散到不同的缓冲区，有助于处理结构化数据。例如，我们可以将消息头、消息体和消息尾分别写入不同的缓冲区。

Gather（聚集）：与 Scatter 相反，它将多个缓冲区中的数据聚集（读取）并写入到一个 Channel。这种操作允许我们在发送数据时从多个缓冲区中聚集数据。例如，我们可以将消息头、消息体和消息尾从不同的缓冲区中聚集到一起并写入到同一个 Channel。

来写一个完整的 demo，先看 Server。

```java
// 创建一个ServerSocketChannel
ServerSocketChannel serverSocketChannel = ServerSocketChannel.open();
serverSocketChannel.socket().bind(new InetSocketAddress(9000));

// 接受连接
SocketChannel socketChannel = serverSocketChannel.accept();

// Scatter：分散读取数据到多个缓冲区
ByteBuffer headerBuffer = ByteBuffer.allocate(128);
ByteBuffer bodyBuffer = ByteBuffer.allocate(1024);

ByteBuffer[] buffers = {headerBuffer, bodyBuffer};

long bytesRead = socketChannel.read(buffers);

// 输出缓冲区数据
headerBuffer.flip();
while (headerBuffer.hasRemaining()) {
    System.out.print((char) headerBuffer.get());
}

System.out.println();

bodyBuffer.flip();
while (bodyBuffer.hasRemaining()) {
    System.out.print((char) bodyBuffer.get());
}

// Gather：聚集数据从多个缓冲区写入到Channel
ByteBuffer headerResponse = ByteBuffer.wrap("Header Response".getBytes());
ByteBuffer bodyResponse = ByteBuffer.wrap("Body Response".getBytes());

ByteBuffer[] responseBuffers = {headerResponse, bodyResponse};

long bytesWritten = socketChannel.write(responseBuffers);

// 关闭连接
socketChannel.close();
serverSocketChannel.close();
```

再来看 Client：

```java
// 创建一个SocketChannel
SocketChannel socketChannel = SocketChannel.open();
socketChannel.connect(new InetSocketAddress("localhost", 9000));

// 发送数据到服务器
String header = "Header Content";
String body = "Body Content";

ByteBuffer headerBuffer = ByteBuffer.wrap(header.getBytes());
ByteBuffer bodyBuffer = ByteBuffer.wrap(body.getBytes());

ByteBuffer[] buffers = {headerBuffer, bodyBuffer};
socketChannel.write(buffers);

// 从服务器接收数据
ByteBuffer headerResponseBuffer = ByteBuffer.allocate(128);
ByteBuffer bodyResponseBuffer = ByteBuffer.allocate(1024);

ByteBuffer[] responseBuffers = {headerResponseBuffer, bodyResponseBuffer};

long bytesRead = socketChannel.read(responseBuffers);

// 输出接收到的数据
headerResponseBuffer.flip();
while (headerResponseBuffer.hasRemaining()) {
    System.out.print((char) headerResponseBuffer.get());
}

bodyResponseBuffer.flip();
while (bodyResponseBuffer.hasRemaining()) {
    System.out.print((char) bodyResponseBuffer.get());
}

// 关闭连接
socketChannel.close();
```

在这个示例中，我们使用了 Scattering 从 SocketChannel 分散读取数据到多个缓冲区，并使用 Gathering 将数据从多个缓冲区聚集写入到 SocketChannel。通过这种方式，我们可以方便地处理多个缓冲区中的数据。

### 异步套接字通道 AsynchronousSocketChannel 和 AsynchronousServerSocketChannel

AsynchronousSocketChannel 和 AsynchronousServerSocketChannel 是 Java 7 引入的异步 I/O 类，分别用于处理异步客户端 Socket 和服务器端 ServerSocket。异步 I/O 允许在 I/O 操作进行时执行其他任务，并在操作完成时接收通知，提高了并发处理能力。

来看一个简单的示例，先看服务器端。

```java
public class AsynchronousServer {

    public static void main(String[] args) throws IOException, InterruptedException {
        AsynchronousServerSocketChannel server = AsynchronousServerSocketChannel.open();
        server.bind(new InetSocketAddress("localhost", 5000));

        System.out.println("服务器端启动");

        server.accept(null, new CompletionHandler<AsynchronousSocketChannel, Void>() {
            @Override
            public void completed(AsynchronousSocketChannel client, Void attachment) {
                // 接收下一个连接请求
                server.accept(null, this);

                ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024);
                Future<Integer> readResult = client.read(buffer);

                try {
                    readResult.get();
                    buffer.flip();
                    String message = new String(buffer.array(), 0, buffer.remaining());
                    System.out.println("接收到的消息: " + message);
                } catch (Exception e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }

            @Override
            public void failed(Throwable exc, Void attachment) {
                exc.printStackTrace();
            }
        });

        // 为了让服务器继续运行，我们需要阻止 main 线程退出
        Thread.currentThread().join();
    }
}
```

代码结构和之前讲到的[异步文件通道 AsynchronousFileChannel](https://javabetter.cn/nio/buffer-channel.html) 比较相似，异步服务单套接字通道 AsynchronousServerSocketChannel 接收客户端连接，每当收到一个新的连接时，会调用 `completed()` 方法，然后读取客户端发送的数据并将其打印到控制台。

来简单分析一下吧。

①、创建了一个 AsynchronousServerSocketChannel 实例并将其打开。这个通道将用于监听客户端连接。

```java
AsynchronousServerSocketChannel server = AsynchronousServerSocketChannel.open();
```

②、调用 `accept()` 方法来接收客户端连接。这个方法需要一个 CompletionHandler 实例，当客户端连接成功时，`completed()` 方法会被调用。

```java
server.accept(null, new CompletionHandler<AsynchronousSocketChannel, Void>() { ... });
```

③、实现 CompletionHandler，I/O 操作成功时，会调用 `completed()` 方法；当 I/O 操作失败时，会调用 `failed()` 方法。

```java
new CompletionHandler<AsynchronousSocketChannel, Void>() {
    @Override
    public void completed(AsynchronousSocketChannel client, Void attachment) { ... }

    @Override
    public void failed(Throwable exc, Void attachment) { ... }
}
```

在 completed 方法中，我们首先调用 `server.accept()` 来接收下一个连接请求。然后，我们创建一个缓冲区 ByteBuffer 并使用 `client.read()` 从客户端读取数据。在这个示例中，我们使用了一个 [Future](https://javabetter.cn/thread/callable-future-futuretask.html) 对象来等待读取操作完成。当读取完成时，我们将缓冲区的内容打印到控制台。

④、为了让服务器继续运行并接收客户端连接，我们需要阻止 main 线程退出。

```java
Thread.currentThread().join();
```

再来看客户端的：

```java
public class AsynchronousClient {

    public static void main(String[] args) {
        try {
            AsynchronousSocketChannel client = AsynchronousSocketChannel.open();
            Future<Void> connectResult = client.connect(new InetSocketAddress("localhost", 5000));
            connectResult.get(); // 等待连接完成

            String message = "沉默王二，在吗？";
            ByteBuffer buffer = ByteBuffer.wrap(message.getBytes(StandardCharsets.UTF_8));
            Future<Integer> writeResult = client.write(buffer);
            writeResult.get(); // 等待发送完成

            System.out.println("消息发送完毕");

            client.close();
        } catch (IOException | InterruptedException | ExecutionException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}
```

就是简单的连接和写入数据，就不多做解释了。这里先运行一下 Server 端，然后再运行一下客户端，看一下结果。

![](https://cdn.paicoding.com/stutymore/network-connect-20230407161351.png)

### 简单的聊天室

我们来通过 SocketChannel 和 ServerSocketChannel 实现一个 0.1 版的聊天室，先说一下需求，比较简单，服务端启动监听客户端请求，当客户端向服务器端发送信息后，服务器端接收到后把客户端消息回显给客户端，比较呆瓜，但可以先来看一下。

![](https://cdn.paicoding.com/stutymore/network-connect-20230407164326.png)

我们来看服务器端代码：

```java
public class ChatServer {
    private Selector selector;
    private ServerSocketChannel serverSocketChannel;
    private static final int PORT = 8080;

    public ChatServer() {
        try {
            selector = Selector.open();
            serverSocketChannel = ServerSocketChannel.open();
            serverSocketChannel.socket().bind(new InetSocketAddress(PORT));
            serverSocketChannel.configureBlocking(false);
            serverSocketChannel.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT);
            System.out.println("聊天室服务端启动了 " + PORT);
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

    public void start() {
        try {
            while (true) {
                if (selector.select() > 0) {
                    Iterator<SelectionKey> iterator = selector.selectedKeys().iterator();
                    while (iterator.hasNext()) {
                        SelectionKey key = iterator.next();
                        iterator.remove();
                        handleKey(key);
                    }
                }
            }
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

    private void handleKey(SelectionKey key) throws IOException {
        if (key.isAcceptable()) {
            SocketChannel socketChannel = serverSocketChannel.accept();
            socketChannel.configureBlocking(false);
            socketChannel.register(selector, SelectionKey.OP_READ);
            System.out.println("客户端连接上了: " + socketChannel.getRemoteAddress());
        } else if (key.isReadable()) {
            SocketChannel socketChannel = (SocketChannel) key.channel();
            ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024);
            int read = socketChannel.read(buffer);
            if (read > 0) {
                buffer.flip();
                String msg = new String(buffer.array(), 0, read);
                System.out.println("客户端说: " + msg);
                socketChannel.write(ByteBuffer.wrap(("服务端回复: " + msg).getBytes()));
            }
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        new ChatServer().start();
    }
}
```

解释一下代码逻辑：

1、创建一个 ServerSocketChannel，并将其绑定到指定端口。

2、将 ServerSocketChannel 设置为非阻塞模式。

3、创建一个 Selector，并将 ServerSocketChannel 注册到它上面，监听 OP_ACCEPT 事件（等待客户端连接）。

4、无限循环，等待感兴趣的事件发生。

5、使用 `Selector.select()` 方法，等待已注册的通道中有事件发生。

6、获取到发生事件的通道的 SelectionKey。

7、判断 SelectionKey 的事件类型：

- a. 如果是 OP_ACCEPT 事件，说明有新的客户端连接进来。接受新的连接，并将新连接的 SocketChannel 注册到 Selector 上，监听 OP_READ 事件。
- b. 如果是 OP_READ 事件，说明客户端发送了消息。读取客户端发送的消息，并将其返回给客户端。
处理完毕后，清除已处理的 SelectionKey。

再来看一下客户端的代码：

```java
public class ChatClient {
    private Selector selector;
    private SocketChannel socketChannel;
    private static final String HOST = "localhost";
    private static final int PORT = 8080;

    public ChatClient() {
        try {
            selector = Selector.open();
            socketChannel = SocketChannel.open(new InetSocketAddress(HOST, PORT));
            socketChannel.configureBlocking(false);
            socketChannel.register(selector, SelectionKey.OP_READ);
            System.out.println("连接到聊天室了");
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

    public void start() {
        new Thread(() -> {
            try {
                while (true) {
                    if (selector.select() > 0) {
                        for (SelectionKey key : selector.selectedKeys()) {
                            selector.selectedKeys().remove(key);
                            if (key.isReadable()) {
                                readMessage();
                            }
                        }
                    }
                }
            } catch (IOException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }).start();

        try (BufferedReader reader = new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in
        ))) {
            String input;
            while ((input = reader.readLine()) != null) {
                sendMessage(input);
            }
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
    private void sendMessage(String message) throws IOException {
        if (message != null && !message.trim().isEmpty()) {
            ByteBuffer buffer = ByteBuffer.wrap(message.getBytes());
            socketChannel.write(buffer);
        }
    }

    private void readMessage() throws IOException {
        ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024);
        int read = socketChannel.read(buffer);
        if (read > 0) {
            buffer.flip();
            String msg = new String(buffer.array(), 0, read);
            System.out.println(msg);
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        new ChatClient().start();
    }
}
```

解释一下代码逻辑：

1、创建一个 SocketChannel，并连接到指定的服务器地址和端口。

2、将 SocketChannel 设置为非阻塞模式。

3、创建一个 Selector，并将 SocketChannel 注册到它上面，监听 OP_READ 事件（等待接收服务器的消息）。

4、启动一个新线程用于读取用户在控制台输入的消息，并发送给服务器。

5、无限循环，等待感兴趣的事件发生。

6、使用` Selector.select()` 方法，等待已注册的通道中有事件发生。

7、获取到发生事件的通道的 SelectionKey。

8、判断 SelectionKey 的事件类型：

- a. 如果是 OP_READ 事件，说明服务器发送了消息。读取服务器发送的消息，并在控制台显示。
处理完毕后，清除已处理的 SelectionKey。

来看运行后的效果。

![](https://cdn.paicoding.com/stutymore/network-connect-20230407164913.png)

好，接下来，我们来升级一下需求，也就是 0.2 版聊天室，要求服务器端也能从控制台敲入信息主动发送给客户端。

![](https://cdn.paicoding.com/stutymore/network-connect-20230407165110.png)

来看服务器端代码：

```java
public class Chat2Server {

    public static void main(String[] args) throws IOException {
        // 创建一个 ServerSocketChannel
        ServerSocketChannel serverSocketChannel = ServerSocketChannel.open();
        serverSocketChannel.configureBlocking(false);
        serverSocketChannel.bind(new InetSocketAddress(8080));

        // 创建一个 Selector
        Selector selector = Selector.open();
        serverSocketChannel.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT);
        System.out.println("聊天室服务端启动了");

        // 客户端连接
        AtomicReference<SocketChannel> clientRef = new AtomicReference<>();

        // 从控制台读取输入并发送给客户端
        Thread sendMessageThread = new Thread(() -> {
            try (BufferedReader reader = new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in))) {
                while (true) {
                    System.out.println("输入服务器端消息: ");
                    String message = reader.readLine();
                    SocketChannel client = clientRef.get();
                    if (client != null && client.isConnected()) {
                        ByteBuffer buffer = ByteBuffer.wrap((message + "\n").getBytes());
                        client.write(buffer);
                    }
                }
            } catch (IOException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        });
        sendMessageThread.start();

        while (true) {
            int readyChannels = selector.select();

            if (readyChannels == 0) {
                continue;
            }

            Set<SelectionKey> selectedKeys = selector.selectedKeys();
            Iterator<SelectionKey> keyIterator = selectedKeys.iterator();

            while (keyIterator.hasNext()) {
                SelectionKey key = keyIterator.next();

                if (key.isAcceptable()) {
                    // 接受客户端连接
                    SocketChannel client = serverSocketChannel.accept();
                    System.out.println("客户端已连接");
                    client.configureBlocking(false);
                    client.register(selector, SelectionKey.OP_READ);
                    clientRef.set(client);
                } else if (key.isReadable()) {
                    // 读取客户端消息
                    SocketChannel channel = (SocketChannel) key.channel();
                    ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024);
                    int bytesRead = channel.read(buffer);

                    if (bytesRead > 0) {
                        buffer.flip();
                        byte[] bytes = new byte[buffer.remaining()];
                        buffer.get(bytes);
                        String message = new String(bytes).trim();
                        System.out.println("客户端消息: " + message);
                    }
                }
                keyIterator.remove();
            }
        }
    }
}
```

再来看客户端代码：

```java
public class Chat2Client {

    public static void main(String[] args) throws IOException {
        // 创建一个 SocketChannel
        SocketChannel socketChannel = SocketChannel.open();
        socketChannel.configureBlocking(false);
        socketChannel.connect(new InetSocketAddress("localhost", 8080));

        // 创建一个 Selector
        Selector selector = Selector.open();
        socketChannel.register(selector, SelectionKey.OP_CONNECT);

        // 从控制台读取输入并发送给服务器端
        Thread sendMessageThread = new Thread(() -> {
            try (BufferedReader reader = new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in))) {
                while (true) {
                    System.out.println("输入客户端消息: ");
                    String message = reader.readLine();
                    if (socketChannel.isConnected()) {
                        ByteBuffer buffer = ByteBuffer.wrap((message + "\n").getBytes());
                        socketChannel.write(buffer);
                    }
                }
            } catch (IOException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        });
        sendMessageThread.start();

        while (true) {
            int readyChannels = selector.select();

            if (readyChannels == 0) {
                continue;
            }

            Set<SelectionKey> selectedKeys = selector.selectedKeys();
            Iterator<SelectionKey> keyIterator = selectedKeys.iterator();

            while (keyIterator.hasNext()) {
                SelectionKey key = keyIterator.next();

                if (key.isConnectable()) {
                    // 连接到服务器
                    socketChannel.finishConnect();
                    socketChannel.register(selector, SelectionKey.OP_READ);
                    System.out.println("已连接到服务器");
                } else if (key.isReadable()) {
                    // 读取服务器端消息
                    ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024);
                    int bytesRead = socketChannel.read(buffer);

                    if (bytesRead > 0) {
                        buffer.flip();
                        byte[] bytes = new byte[buffer.remaining()];
                        buffer.get(bytes);
                        String message = new String(bytes).trim();
                        System.out.println("服务器端消息: " + message);
                    }
                }
                keyIterator.remove();
            }
        }
    }
}
```

运行 Server，再运行 Client，交互信息如下：

![](https://cdn.paicoding.com/stutymore/network-connect-20230407180853.png)

我们使用了 Selector 和非阻塞 I/O，这使得服务器可以同时处理多个连接。所以我们在 Intellij IDEA 中可以再配置一个客户端，见下图（填上这四项内容）。

![](https://cdn.paicoding.com/stutymore/network-connect-20230407181717.png)

然后启动，就可以完成一个 Server 和多个 Client 交互了。

![](https://cdn.paicoding.com/stutymore/network-connect-20230407181906.png)

OK，关于聊天室，我们就先讲到这里。

### 小结

前面我们了解到，Java NIO 在文件 IO 上的性能其实和传统 IO 差不多，甚至在处理大文件的时候还有些甘拜下风，但 NIO 的主要作用体现在网络 IO 上，像 [Netty](https://javabetter.cn/netty/rumen.html) 框架底层其实就是 NIO，我们来做一下简单的总结吧。

SocketChannel（用于 TCP 连接）和 ServerSocketChannel（用于监听和接受新的 TCP 连接）可以用来替代传统的 Socket 和 ServerSocket 类，提供非阻塞模式。

NIO 支持阻塞和非阻塞模式。非阻塞模式允许程序在等待 I/O 时执行其他任务，从而提高并发性能。非阻塞模式的实现依赖于 Selector，它可以监控多个通道上的 I/O 事件。

NIO 支持将数据分散到多个 Buffer（Scatter）或从多个 Buffer 收集数据（Gather），提供了更高效的数据传输方式。

Java NIO.2 引入了 AsynchronousSocketChannel 和 AsynchronousServerSocketChannel，这些类提供了基于回调的异步 I/O 操作。异步套接字通道可以在完成 I/O 操作时自动触发回调函数，从而实现高效的异步处理。

最后，我们使用 NIO 实现了简单的聊天室功能。通过 ServerSocketChannel 和 SocketChannel 创建服务端和客户端，实现互相发送和接收消息。在处理多个客户端时，可以使用 Selector 来管理多个客户端连接，提高并发性能。

总之，Java NIO 网络编程实践提供了更高效、灵活且可扩展的 I/O 处理方式，对于大型应用程序和高并发场景具有显著优势。

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