Android App开发基础篇—实现非阻塞Socket通信
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"?>
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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>
