基於Java Socket實現同步非阻塞通信

來自初學者的分享

示例內容：基於Java Socket實現的客戶端與服務器非阻塞發送接收消息。代碼包含三個類，Client, Server都比較簡單，ChatThread implements Runnable類實現了接收與發送消息。

思路：從Socket中獲取的InputStream是阻塞的，可以用DataInputStream對inputStream進行封裝，然後用非阻塞的DataInputStream#available方法詢問流中是否有數據，有數據時才用阻塞的讀方法將數據讀出。發送消息時，從控制檯讀入，同樣的道理，可以用BufferedReader等類對System.in進行封裝，調用BufferedReader#ready方法判斷數據是否準備好。

其他：起初看網上有人用ReceiveThread和SendThread來實現這樣的非阻塞通信，我嘗試後發現有線程關閉、己方Socket關閉但對方Socket未關閉的問題，於是我寫了CallbackHandler來解決問題。但後來發現沒有必要將讀寫寫成兩個線程，因爲我們實現的是非阻塞通信。同步是指用戶線程發起IO請求後需要等待或者輪詢內核IO操作完成後才能繼續執行，所以示例代碼屬於同步非阻塞IO模型。

示例代碼的編譯命令：javac -d ./out .\noblocking\*.java

啓動Server的命令：java -cp ./out noblocking.Server

啓動Client的命令：java -cp ./out noblocking.Client 

命令執行如下圖：

代碼如下，三個類加到一塊不到100行，比較容易閱讀。Client中寫的IP是我的局域網IP，端口使用的13579.

package noblocking;

import java.io.*;
import java.net.ServerSocket;
import java.net.Socket;

public class Server {
    public static void main(String[] args) {
        try (ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(13579)) {
            while (true) {
                Socket socket = serverSocket.accept();
                new Thread(()->{
                    System.out.println(socket.getInetAddress().getHostName() + " on line!");
                    new ChatThread(socket).run();
                    System.out.println(socket.getInetAddress().getHostName() + " off line!");
                }).start();
            }
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }

    }
}

package noblocking;

import java.io.IOException;
import java.net.Socket;

public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        try {
            Socket socket = new Socket("192.168.2.141", 13579);
            new Thread(new ChatThread(socket)).start();
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

package noblocking;

import java.io.*;
import java.net.Socket;

public class ChatThread implements Runnable {
    private Socket socket;
    public ChatThread(Socket socket) {
        this.socket = socket;
    }
    @Override
    public void run() {
        try (BufferedReader localReader = new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in));
             DataOutputStream writeToRemote = new DataOutputStream(socket.getOutputStream());
             DataInputStream readFromRemote = new DataInputStream(socket.getInputStream());
            ) {
            // localWrite: System.out
            while(!socket.isClosed()) {
                if (readFromRemote.available() > 0) {
                    String msg = readFromRemote.readUTF();
                    if (msg.equals("exit")) {
                        break; // passive Exit
                    }
                    System.out.println("receive: " + msg);
                }
                if (localReader.ready()) {
                    String msg = localReader.readLine();
                    writeToRemote.writeUTF(msg);
                    if (msg.equals("exit")) {
                        break; // Active exit
                    }
                }
            }
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            if (!socket.isClosed()) {
                try {
                    socket.close();
                } catch (IOException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }
    }
}

附非阻塞IO通信模型圖

圖1