Android App开发基础篇—实现非阻塞Socket通信

书生听雨景阑珊林 06-04 59

前言：

而今我们对“非阻塞socketjava”大约比较关注，各位老铁们都需要了解一些“非阻塞socketjava”的相关内容。那么小编也在网上搜集了一些关于“非阻塞socketjava””的相关文章，希望大家能喜欢，朋友们快快来了解一下吧！

前言：Android开发中可以使用Java API提供的Socket和ServerSocket类来实现Socket通信。但是，通过这两个类实现的Socket通信是阻塞式的，当程序执行输入/输出操作后，在这些操作返回之前会一直阻塞线程。当有大量任务需要处理时，这种方式会降低性能。在Java中提供了另一种NIO API，可以实现非阻塞的Socket通信，该NIO API主要提供了以下两种特殊类：Selector和SelectableChannel。

一、Selector类：

Selector是SelectableChannel对象的多路复用器，可以同时监控多个SelectableChannel的IO状况，是非阻塞IO的核心。所有希望采用非阻塞方式进行通信的Channel都应该注册到Selector对象。可通过调用Selector类的静态open()方法来创建Selector实例。一个Selector实例包含3个SelectionKey集合：

（1）所有SelectionKey集合：通过keys()方法返回，表示注册在该Selector上的所有Channel。

（2）被选择的SelectionKey集合：通过selectedKeys()返回，表示所有可通过select()方法监测到、需要进行IO处理的Channel。

（3）被取消的SelectionKey集合：表示所有被取消注册关系的Channel，在下一次执行select()方法时，这些Channel对应的SelectionKey会被彻底删除。程序通常无需直接访问该集合。

除了3个SelectionKey集合，Selector还提供了和select()相关的方法：

（1）int select()：监控所有注册的Channel，当有Channel需要处理IO操作时，该方法返回，并将对应的SelectionKey加入被选择的SelectionKey集合中。该方法返回这些Channel的数量。

（2）int select(long timeout)：可以设置超时时长的select()操作。

（3）int selectNow()：执行一个立即返回的select()操作，相对于无参数的select()方法，该方法不会阻塞线程。

（4）Selector wakeup()：使一个还未返回的select()方法立即返回。

二、SelectableChannel类：

SelectableChannel代表了可以支持非阻塞IO操作的Channel对象，可以将其注册到Selector上，这种注册的关系由SelectionKey实例表示。Java中可以调用SelectableChannel实例的register()方法将其注册到指定的Selector上。当注册到Selector中的Channel当中有需要处理IO操作时，可以调用Selector的select()方法获取它们的数量，并通过selectedKeys()方法返回它们对应的SelectionKey集合。通过这个集合，可以获取所需要处理IO操作的SelectableChannel集。

SelectableChannel支持阻塞和非阻塞两种模式，默认是阻塞的，必须通过非阻塞模式才能实现非阻塞IO操作。可以通过以下两个方法来设置和返回Channel的模式：

（1）SelectionKey configureBlocking(boolean block)：设置是否采用阻塞模式

（2）boolean isBlocking()：返回该Channel是否阻塞模式。

不同的SelectableChannel所支持的操作不一样。在SelectableChannel中提供了如下方法来返回不同SelectableSocketChannel所支持的操作：

int validOps()：返回一个bit mask，表示这个Channel上支持的IO操作。

此外，SelectableChannel还提供了如下方法获取它的注册状态：

boolean isRegistered()：返回该Channel是否已注册在一个或多个Selector上。

selectionKey keyFor(Selector sel)：返回该Channel和Selector之间的注册关系，如不存在注册关系，则返回null。

下面介绍两种SelectableSocketChannel，分别是对应于java.net.ServerSocket的ServerSocketChannel和对应于java.net.Socket的SocketChannel。

2.1 ServerSocketChannel类：

ServerSocketChannel代表一个ServerSocket，提供了一个TCP协议的IO接口，对应于java.net.ServerSocket，支持非阻塞模式。它只支持OP_ACCEPT操作。同时，该类也提供了accept()方法，功能相当于ServerSocket的accept()方法。

2.2 SocketChannel类：

SocketChannel对应于java.net.Socket，同样提供一个TCP协议的IO接口，支持非阻塞模式。它支持OP_CONNECT、OP_READ和OP_WRITE操作。此外，该类还实现了ByteChannel接口、ScatteringByteChannel接口和GatheringByteChannel接口，可以直接通过SocketChannel来读写ByteBuffer对象。

三、使用

服务器上所有的Channel都需要向Selector注册，包括ServerSocketChannel和SocketChannel。该Selector负责监控这些Channel的IO状态，当有Channel需要IO操作时，Selector的select()方法将会返回具有IO操作的Channel的数量。并且，可通过selectedKeys()方法获取这些Channel对应的SelectionKey集合，进而获取到具有IO操作的SelectableChannel集。下面以一个实例来说明Java中NIO Socket的使用。直接上代码加注释

3.1 Server端：（在Eclipse上）

public class NIOSocketServer implements ActionListener { private String ip = "192.168.1.132";  private Window mWindow;  private JButton mBtnSend;  private JButton mBtnSendAll;  private JTextField mTextFiled;  private JTextArea mTextArea;  private JButton mBtnClear;  // 用于检测所有Channel状态的Selector  private Selector mSelector = null;  // 定义实现编码、解码的字符集对象  private Charset mCharset = Charset.forName("UTF-8");  private SocketChannel mSocketChannel = null;  // private static ExecutorService mThreadPool;  // private static SocketRun mSocketRun;   public NIOSocketServer() { mWindow = new Window("服务端");  mBtnSend = mWindow.getSendButton();  mBtnSend.setName("发送");  mBtnSendAll = mWindow.getSendAllButton();  mBtnSendAll.setName("群发");  mBtnClear = mWindow.getClearButton();  mBtnClear.setName("clear");  mTextFiled = mWindow.getTextField();  mTextArea = mWindow.getJTextArea();  mBtnSend.addActionListener(this);  mBtnSendAll.addActionListener(this);  mBtnClear.addActionListener(this);  // mSocketRun = new SocketRun();  // mThreadPool = Executors.newCachedThreadPool();  } public static void main(String[] args) throws IOException { System.out.println("服务端已启动...");  new NIOSocketServer().init();  } @Override public void actionPerformed(ActionEvent event) { JButton source = (JButton) event.getSource();  String name = source.getName();  if (mBtnSend.getName().equals(name)) { // 向单个客户端发送消息  String content = mTextFiled.getText().toString();  if (mSocketChannel != null) { try { mSocketChannel.write(mCharset.encode(content));  } catch (IOException e) { e.printStackTrace();  } } } else if (mBtnSendAll.getName().equals(name)) { // 向所有客户端发送消息  String content = mTextFiled.getText().toString();  sendToAll(content);  } else if (mBtnClear.getName().equals(name)) { mTextArea.setText("");  } } private void sendToAll(String message) { for (SelectionKey sk : mSelector.keys()) { Channel channel = sk.channel();  if (channel instanceof SocketChannel) { SocketChannel dest = (SocketChannel) channel;  if (dest.isOpen()) { try { dest.write(mCharset.encode(message));  } catch (IOException e) { e.printStackTrace();  } } } } } public void init() throws IOException { mSelector = Selector.open();  // 通过open方法打开一个未绑定的ServerSocketChannel实例  ServerSocketChannel serverSocketChannel = ServerSocketChannel.open();  InetSocketAddress inetSocketAddress = new InetSocketAddress(ip, 30000);  // 将该ServerSocketChannel绑定到指定的IP地址  serverSocketChannel.socket().bind(inetSocketAddress);  // 设置ServerSocket以非阻塞方式工作  serverSocketChannel.configureBlocking(false);  // 将serverSocketChannel注册到指定Selector对象  serverSocketChannel.register(mSelector, SelectionKey.OP_ACCEPT);  while (mSelector.select() > 0) { // 依次处理selector上的每个已选择的SelectionKey  Set<SelectionKey> selectedKeys = mSelector.selectedKeys();  //这里必须用iterator，如果用for遍历Set程序会报错  Iterator<SelectionKey> iterator = selectedKeys.iterator();  while (iterator.hasNext()) { SelectionKey sk = iterator.next();  // 从selector上的已选择的SelectionKey集合中删除正在处理的SelectionKey  iterator.remove();  // 如果sk对应的通道包含客户端的连接请求  if (sk.isAcceptable()) { // 调用accept方法接受连接，产生服务端对应的SocketChannel  SocketChannel socketChannel = serverSocketChannel.accept();  mTextArea.append("客户端接入，IP："+socketChannel.getLocalAddress()+"\n");  // 设置采用非阻塞模式  socketChannel.configureBlocking(false);  mSocketChannel = socketChannel;  // 将该SocketChannel也注册到selector  socketChannel.register(mSelector, SelectionKey.OP_READ);  // 将sk对应的Channel设置成准备接受其他请求  sk.interestOps(SelectionKey.OP_ACCEPT);   } // 如果sk对应的通道有数据需要读取  if (sk.isReadable()) { // 获取该SelectionKey对应的Channel，该Channel中有可读的数据  SocketChannel socketChannel = (SocketChannel) sk.channel();  mSocketChannel = socketChannel;  // 定义准备执行读取数据的ByteBuffer  ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024);  String content = "";  // 开始读取数据  try { while (socketChannel.read(buffer) > 0) { buffer.flip();  content += mCharset.decode(buffer);  } if ("shutdown".equals(content)) { sk.cancel();  if (sk.channel() != null) { sk.channel().close();  } sendToAll("reconnect");  } else { // 打印从该sk对应的Channel里读取到的数据  mTextArea.append("来自客户端的消息：" + content + "\n");  // 将sk对应的Channel设置成准备下一次读取  sk.interestOps(SelectionKey.OP_READ);  } } // 如果捕捉到该sk对应的Channel出现了异常，即表明该Channel  // 对应的Client出现了问题，所以从Selector中取消sk的注册  catch (IOException ex) { // 从Selector中删除指定的SelectionKey  sk.cancel();  if (sk.channel() != null) { sk.channel().close();  } sendToAll("reconnect");  } } } } } }

Server端创建GUI界面辅助测试的Window类

public class Window extends JFrame {   /**    * 窗口类 定义客户端和服务器端的窗口    */   private static final long serialVersionUID = 2L;   private String windowName;   private JFrame myWindow;   private JTextArea area;   private JTextField field;   private JButton btnSend;   private JButton btnSendAll;   private JButton btnClear;   public Window(String windowName) {      this.windowName = windowName;      myWindow = new JFrame(windowName);      myWindow.setLayout(new FlowLayout());      myWindow.setSize(new Dimension(600, 300));      // 不能改变窗口大小      myWindow.setResizable(false);      area = new JTextArea();      field = new JTextField();      btnSend = new JButton("发送");      btnSendAll = new JButton("群发");      btnClear = new JButton("clear");      // 设置field的大小      field.setPreferredSize(new Dimension(300, 30));      myWindow.add(field);      myWindow.add(btnSend);      myWindow.add(btnSendAll);      myWindow.add(btnClear);      myWindow.add(area);      // 改变area的大小      area.setPreferredSize(new Dimension(470, 210));      area.setBackground(Color.PINK);      area.setEditable(false);      // 设置窗口显示在电脑屏幕的某区域      myWindow.setLocation(400, 200);      myWindow.setVisible(true);      // 点击关闭按钮时触发该方法      closeMyWindow();   }   /**    * 方法名：closeMyWindow()    *     * @param    * @return 功能：当用户点击关闭按钮时，退出并且关闭该窗口    */   private void closeMyWindow() {      myWindow.setDefaultCloseOperation(JFrame.EXIT_ON_CLOSE);   }   /**    * 方法名：getFieldText()    *     * @param    * @return string 功能：获取窗口的TextField中的字符串    */   public String getFieldText() {      return field.getText().toString();   }   /**    * 方法名：getSendButton()    *     * @param    * @return JButton 功能：获得该窗口中的按钮    */   public JButton getSendButton() {      return btnSend;   }   /**    * 方法名：getSendAllButton()    *     * @param    * @return JButton 功能：获得该窗口中的按钮    */   public JButton getSendAllButton() {      return btnSendAll;   }   /**    * 方法名：getClearButton()    *     * @param    * @return JButton 功能：获得该窗口中的按钮    */   public JButton getClearButton() {      return btnClear;   }   /**    * 方法名：getJTextArea()    *     * @param    * @return JTextArea 功能：返回窗口中的JTextArea    */   public JTextArea getJTextArea() {      return area;   }   /**    * 方法名：getTextField()    *     * @param    * @return JTextField 功能：获得窗口中的textfield    */   public JTextField getTextField() {      return field;   }}

3.2 客户端：（Android Studio上）

MainActivity代码：

public class MainActivity extends AppCompatActivity implements View.OnClickListener {    private static final String TAG = "MainActivity";    private String ip = "192.168.1.132";    private TextView contentTv;    // 定义检测SocketChannel的Selector对象    private Selector mSelector;    // 客户端SocketChannel    private SocketChannel mSocketChannel;    // 定义处理编码、解码的字符集    private Charset mCharset = Charset.forName("UTF-8");    private String mData = "";    private Handler mHandler = new Handler(new Handler.Callback() {        @Override        public boolean handleMessage(Message message) {            switch (message.what) {                case 0:                    contentTv.append("连接成功...\n");                    break;                case 1:                    contentTv.append("来自服务端端：" + mData + "\n");                    break;            }            return false;        }    });    private EditText mContentEt;    @Override    protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {        super.onCreate(savedInstanceState);        setContentView(R.layout.activity_main);        contentTv = (TextView) findViewById(R.id.content_tv);        mContentEt = (EditText) findViewById(R.id.content_et);    }    @Override    public void onClick(View view) {        switch (view.getId()) {            case R.id.btn_conn:                //Android里面网络操作不能放在UI线程，                // 所以开启一个线程来测试                new connectThread().start();                break;            case R.id.btn_send:                new sendMsgThread().start();                break;        }    }    private class sendMsgThread extends Thread {        @Override        public void run() {            super.run();            try {                mSocketChannel.write(mCharset.encode(mContentEt.getText().toString()));            } catch (IOException e) {                e.printStackTrace();            }        }    }    private class connectThread extends Thread {        @Override        public void run() {            super.run();            try {                mSelector = Selector.open();                InetSocketAddress inetSocketAddress = new InetSocketAddress(ip, 30000);                // 调用open方法创建连接到指定主机的SocketChannel                mSocketChannel = SocketChannel.open(inetSocketAddress);                mHandler.sendEmptyMessage(0);                // 设置该SocketChannel以非阻塞方式工作                mSocketChannel.configureBlocking(false);                // 将该SocketChannle对象注册到指定的Selector                mSocketChannel.register(mSelector, SelectionKey.OP_READ);                // 读取服务端消息                while (mSelector != null && mSelector.select() > 0) {                    Set<SelectionKey> selectionKeys = mSelector.selectedKeys();                    Iterator<SelectionKey> iterator = selectionKeys.iterator();                    while (iterator.hasNext()) {                        SelectionKey sk = iterator.next();                        iterator.remove();                        if (sk != null && sk.isReadable()) {                            mSocketChannel = (SocketChannel) sk.channel();                            ByteBuffer buff = ByteBuffer.allocate(1024);                            String data = "";                            while (mSocketChannel.read(buff) > 0) {                                mSocketChannel.read(buff);                                buff.flip();                                data += mCharset.decode(buff);                                buff.clear();                            }                            Log.e(TAG, "run: data:" + data);                            mData = data;                            mHandler.sendEmptyMessage(1);                            sk.interestOps(SelectionKey.OP_READ);                        }                    }                }            } catch (IOException e) {                e.printStackTrace();                Log.e(TAG, "run: e:" + e.getMessage());            }        }    }}

activity_main.xml代码

<?xml version="1.0" encoding="utf-8"?><LinearLayout xmlns:android=";    xmlns:tools=";    android:layout_width="match_parent"    android:layout_height="match_parent"    android:orientation="vertical"    tools:context="com.niosocketdemo.MainActivity">    <Button        android:id="@+id/btn_conn"        android:layout_width="match_parent"        android:layout_height="wrap_content"        android:onClick="onClick"        android:text="连接" />    <Button        android:id="@+id/btn_send"        android:layout_width="match_parent"        android:layout_height="wrap_content"        android:onClick="onClick"        android:text="发送消息" />    <EditText        android:id="@+id/content_et"        android:layout_width="match_parent"        android:layout_height="wrap_content"        android:hint="请输入要发送的消息" />    <TextView        android:id="@+id/content_tv"        android:layout_width="match_parent"        android:layout_height="wrap_content"        android:text="消息：\n" /></LinearLayout>

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