2.3.5 NIO创建的TimeClient源码分析
我们首先还是看下如何对TimeClient进行改造。
代码清单2-9 NIO时间服务器客户端 TimeClient
与之前唯一不同的地方在于通过创建TimeClientHandle线程来处理异步连接和读写操作，由于TimeClient非常简单且变更不大，这里重点分析TimeClientHandle，代码如下。
代码清单2-10 NIO时间服务器客户端 TimeClientHandle
与服务端类似，接下来我们通过对关键步骤的源码进行分析和解读，让大家深入了解如何创建NIO客户端以及如何使用NIO的API。
（1）23～34行构造函数用于初始化NIO的多路复用器和SocketChannel对象。需要注意的是，创建SocketChannel之后，需要将其设置为异步非阻塞模式。就像在2.3.3章节中所讲的，我们可以设置SocketChannel的TCP参数，例如接收和发送的TCP缓冲区大小。
（2）43～48行用于发送连接请求，作为示例，连接是成功的，所以不需要做重连操作，因此将其放到循环之前。下面我们具体看看doConnect的实现，代码跳到第116～123行，首先对SocketChannel的connect（）操作进行判断，如果连接成功，则将SocketChannel注册到多路复用器Selector上，注册SelectionKey.OP_READ，如果没有直接连接成功，则说明服务端没有返回TCP握手应答消息，但这并不代表连接失败，我们需要将SocketChannel注册到多路复用器Selector上，注册SelectionKey.OP_CONNECT，当服务端返回TCP syn-ack消息后，Selector就能够轮询到这个SocketChannel处于连接就绪状态。
（3）49～72行在循环体中轮询多路复用器Selector，当有就绪的Channel时，执行第59行的handleInput（key）方法，下面我们就对handleInput方法进行分析。
（4）跳到第83行，我们首先对SelectionKey进行判断，看它处于什么状态。如果是处于连接状态，说明服务端已经返回ACK应答消息。这时我们需要对连接结果进行判断，调用SocketChannel的finishConnect（）方法，如果返回值为true，说明客户端连接成功；如果返回值为false或者直接抛出IOException，说明连接失败。在本例程中，返回值为true，说明连接成功。将SocketChannel注册到多路复用器上，注册SelectionKey.OP_READ操作位，监听网络读操作，然后发送请求消息给服务端。
下面我们对doWrite(sc)进行分析。代码跳到125行，我们构造请求消息体，然后对其编码，写入到发送缓冲区中，最后调用SocketChannel的write方法进行发送。由于发送是异步的，所以会存在“半包写”问题，此处不再赘述。最后通过hasRemaining()方法对发送结果进行判断，如果缓冲区中的消息全部发送完成，打印"Send order 2 server succeed."
（5）返回代码第95行，我们继续分析客户端是如何读取时间服务器应答消息的。如果客户端接收到了服务端的应答消息，则SocketChannel是可读的，由于无法事先判断应答码流的大小，我们就预分配1M的接收缓冲区用于读取应答消息，调用SocketChannel的read（）方法进行异步读取操作。由于是异步操作，所以必须对读取的结果进行判断，这部分的处理逻辑已经在2.3.3章节详细介绍过，此处不再赘述。如果读取到了消息，则对消息进行解码，最后打印结果。执行完成后将stop置为true，线程退出循环。
（6）线程退出循环后，我们需要对连接资源进行释放，以实现“优雅退出”。75～80行用于多路复用器的资源释放，由于多路复用器上可能注册成千上万的Channel或者pipe，如果一一对这些资源进行释放显然不合适。因此，JDK底层会自动释放所有跟此多路复用器关联的资源，JDK的API DOC如图2-12所示。
到此为止，我们已经通过NIO对时间服务器完成了改造，并对源码进行了分析和解读，下面分别执行时间服务器的服务端和客户端，看执行结果。
图2-12 多路复用器Selector的资源释放
服务端执行结果如图2-13所示。
图2-13 NIO时间服务器服务端执行结果
客户端执行结果如图2-14所示。
图2-14 NIO时间服务器客户端执行结果
通过源码对比分析，我们发现NIO编程难度确实比同步阻塞BIO大很多，我们的NIO例程并没有考虑“半包读”和“半包写”，如果加上这些，代码将会更加复杂。NIO代码既然这么复杂，为什么它的应用却越来越广泛呢，使用NIO编程的优点总结如下。
（1）客户端发起的连接操作是异步的，可以通过在多路复用器注册OP_CONNECT等待后续结果，不需要像之前的客户端那样被同步阻塞。
（2）SocketChannel的读写操作都是异步的，如果没有可读写的数据它不会同步等待，直接返回，这样I/O通信线程就可以处理其他的链路，不需要同步等待这个链路可用。
（3）线程模型的优化：由于JDK的Selector在Linux等主流操作系统上通过epoll实现，它没有连接句柄数的限制（只受限于操作系统的最大句柄数或者对单个进程的句柄限制），这意味着一个Selector线程可以同时处理成千上万个客户端连接，而且性能不会随着客户端的增加而线性下降，因此，它非常适合做高性能、高负载的网络服务器。
JDK1.7升级了NIO类库，升级后的NIO类库被称为NIO2.0，引人注目的是，Java正式提供了异步文件I/O操作，同时提供了与UNIX网络编程事件驱动I/O对应的AIO，下面的2.4章节我们学习下如何利用NIO2.0编写AIO程序，还是以时间服务器为例进行讲解。