为什么我这么用 NIO 实现聊天室，有个 bug

2020-03-18 00:36:40 +08:00
 amiwrong123

服务端代码：

package NonBlocking;

import java.io.IOException;
import java.net.InetSocketAddress;
import java.nio.ByteBuffer;
import java.nio.channels.*;
import java.nio.charset.Charset;
import java.util.HashMap;
import java.util.Iterator;
import java.util.Map;

public class ChatServer {
    private final int port = 8899;
    private final String seperator = "[|]";                        //消息分隔符
    private final Charset charset = Charset.forName("UTF-8");    //字符集
    private ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024);        //缓存
    private Map<String, SocketChannel> onlineUsers = new HashMap<String, SocketChannel>();//将用户对应的 channel 对应起来
    private Selector selector;
    private ServerSocketChannel server;

    public void startServer() throws IOException {
        //NIO server 初始化固定流程：5 步
        selector = Selector.open();                    //1.selector open
        server = ServerSocketChannel.open();        //2.ServerSocketChannel open
        server.bind(new InetSocketAddress(port));    //3.serverChannel 绑定端口
        server.configureBlocking(false);            //4.设置 NIO 为非阻塞模式
        server.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT);//5.将 channel 注册在选择器上

        //NIO server 处理数据固定流程:5 步
        SocketChannel client;
        SelectionKey key;
        Iterator<SelectionKey> iKeys;

        while (true) {
            selector.select();                            //1.用 select()方法阻塞，一直到有可用连接加入
            iKeys = selector.selectedKeys().iterator();    //2.到了这步，说明有可用连接到底，取出所有可用连接
            while (iKeys.hasNext()) {
                key = iKeys.next();                        //3.遍历
                if (key.isAcceptable()) {                    //4.对每个连接感兴趣的事做不同的处理
                    //对于客户端连接，注册到服务端
                    client = server.accept();            //获取客户端首次连接
                    client.configureBlocking(false);
                    //不用注册写，只有当写入量大，或写需要争用时，才考虑注册写事件
                    client.register(selector, SelectionKey.OP_READ);
                    System.out.println("+++++客户端：" + client.getRemoteAddress() + "，建立连接+++++");
                    client.write(charset.encode("请输入自定义用户名："));
                }
                if (key.isReadable()) {
                    client = (SocketChannel) key.channel();//通过 key 取得客户端 channel
                    StringBuilder msg = new StringBuilder();
                    buffer.clear();        //多次使用的缓存，用前要先清空
                    try {
                        System.out.println(buffer);
                        while (client.read(buffer) > 0) {
                            buffer.flip();    //将写模式转换为读模式
                            msg.append(charset.decode(buffer));
                            buffer.clear();
                        }
                    } catch (IOException e) {
                        //如果 client.read(buffer)抛出异常，说明此客户端主动断开连接，需做下面处理
                        client.close();            //关闭 channel
                        key.cancel();            //将 channel 对应的 key 置为不可用
                        onlineUsers.values().remove(client);    //将问题连接从 map 中删除
                        System.out.println("-----用户'" + key.attachment().toString() + "'退出连接，当前用户列表：" + onlineUsers.keySet().toString() + "-----");
                        continue;                //跳出循环
                    }
                    if (msg.length() > 0) this.processMsg(msg.toString(), client, key);    //处理消息体
                }
                iKeys.remove();                    //5.处理完一次事件后，要显式的移除
            }
        }
    }

    /**
     * 处理客户端传来的消息
     *
     * @param msg 格式：user_to|body|user_from
     * @throws IOException
     * @Key 这里主要用 attach()方法，给通道定义一个表示符
     */
    private void processMsg(String msg, SocketChannel client, SelectionKey key) throws IOException {
        String[] ms = msg.split(seperator);
        if (ms.length == 1) {
            String user = ms[0];    //输入的是自定义用户名
            if (onlineUsers.containsKey(user)) {
                client.write(charset.encode("当前用户已存在，请重新输入用户名："));
            } else {
                onlineUsers.put(user, client);
                key.attach(user);    //给通道定义一个表示符
                String welCome = "\t 欢迎'" + user + "'上线，当前在线人数" + this.getOnLineNum() + "人。用户列表：" + onlineUsers.keySet().toString();
                client.write(charset.encode("您的昵称通过验证 "+user));
                this.broadCast(welCome);    //给所用用户推送上线信息，包括自己
            }
        } else if (ms.length == 2) {
            String msg_body = ms[0];
            String user_from = ms[1];
            broadCast("来自'" + user_from + "'的消息：" + msg_body);
        }
    }

    //map 中的有效数量已被很好的控制，可以从 map 中获取，也可以用下面的方法取
    private int getOnLineNum() {
        int count = 0;
        Channel channel;
        for (SelectionKey k : selector.keys()) {
            channel = k.channel();
            if (channel instanceof SocketChannel) {    //排除 ServerSocketChannel
                count++;
            }
        }
        return count;
    }

    //广播上线消息
    private void broadCast(String msg) throws IOException {
        Channel channel;
        for (SelectionKey k : selector.keys()) {
            channel = k.channel();
            if (channel instanceof SocketChannel) {
                SocketChannel client = (SocketChannel) channel;
                client.write(charset.encode(msg));
            }
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        try {
            new ChatServer().startServer();
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

客户端代码：

package NonBlocking;

import java.io.IOException;
import java.net.InetSocketAddress;
import java.nio.ByteBuffer;
import java.nio.channels.*;
import java.nio.charset.Charset;
import java.util.Iterator;
import java.util.Scanner;

public class ChatClient1 {

    private final int port = 8899;
    private final String seperator = "|";
    private final Charset charset = Charset.forName("UTF-8");	//字符集
    private ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024);
    private SocketChannel _self;
    private Selector selector;
    private String name = "";
    private boolean flag = true;	//服务端断开，客户端的读事件不会一直发生（与服务端不一样）

    Scanner scanner = new Scanner(System.in);
    public void startClient() throws IOException{
        //客户端初始化固定流程：4 步
        selector = Selector.open();								//1.打开 Selector
        _self = SocketChannel.open(new InetSocketAddress(port));//2.连接服务端，这里默认本机的 IP
        _self.configureBlocking(false);							//3.配置此 channel 非阻塞
        _self.register(selector, SelectionKey.OP_READ);			//4.将 channel 的读事件注册到选择器

        /*
         * 因为等待用户输入会导致主线程阻塞
         * 所以用主线程处理输入，新开一个线程处理读数据
         */
        new Thread(new ClientReadThread()).start();	//开一个异步线程处理读
        String input = "";
        while(flag){
            input = scanner.nextLine();
            if("".equals(input)){
                System.out.println("不允许输入空串！");
                continue;
            }else if("".equals(name)){
                //name = input;
                //selector.keys().iterator().next().attach(name);		//给通道添加名称
            }else if(!"".equals(name)) {
                input = input + seperator + name;
            }
            try{
                _self.write(charset.encode(input));
            }catch(Exception e){
                System.out.println(e.getMessage()+"客户端主线程退出连接！！");
            }
        }
    }

    private class ClientReadThread implements Runnable{
        @Override
        public void run(){
            Iterator<SelectionKey> ikeys;
            SelectionKey key;
            SocketChannel client;
            try {
                while(flag){
                    selector.select();	//调用此方法一直阻塞，直到有 channel 可用
                    ikeys = selector.selectedKeys().iterator();
                    while(ikeys.hasNext()){
                        key = ikeys.next();
                        if(key.isReadable()){	//处理读事件
                            client = (SocketChannel) key.channel();
                            //这里的输出是 true，从 selector 的 key 中获取的客户端 channel，是同一个
//							System.out.println("client == _self:"+ (client == _self));
                            buffer.clear();
                            StringBuilder msg = new StringBuilder();
                            try{
                                while(client.read(buffer) > 0){
                                    buffer.flip();	//将写模式转换为读模式
                                    msg.append(charset.decode(buffer));
                                }
                            }catch(IOException en){
                                System.out.println(en.getMessage()+",客户端'"+key.attachment().toString()+"'读线程退出！！");
                                stopMainThread();
                            }

                            if (msg.toString().contains("您的昵称通过验证")) {
                                String[] returnStr = msg.toString().split(" ");
                                name = returnStr[1];
                                key.attach(name);
                            }
                            System.out.println(msg.toString());
                        }
                        ikeys.remove();
                    }
                }
            } catch (Exception e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }

    private void stopMainThread(){
        flag = false;
    }

    public static void main(String[] args){
        try {
            new ChatClient1().startClient();
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

使用方法：

但不知道为什么，第一个运行的客户端，打印出来的话就是不对，第二个运行的客户端就是对的。 效果是这样的：

第一个运行的客户端打印效果：

请输入自定义用户名：
dio
您的昵称通过验证 dio	欢迎'dio'上线，当前在线人数 1 人。用户列表：[dio]
dkajgk
来自'dio	欢迎'dio'上线，当前在线人数 1 人。用户列表：[dio]'的消息：dkajgk
哈哈哈哈
来自'dio	欢迎'dio'上线，当前在线人数 1 人。用户列表：[dio]'的消息：哈哈哈哈
   欢迎'jojo'上线，当前在线人数 2 人。用户列表：[dio, jojo]
来自'jojo'的消息：哈哈哈哈
来自'jojo'的消息：我不做人啦

第二个运行的客户端打印效果：

请输入自定义用户名：
jojo
您的昵称通过验证 jojo
   欢迎'jojo'上线，当前在线人数 2 人。用户列表：[dio, jojo]
哈哈哈哈
来自'jojo'的消息：哈哈哈哈
我不做人啦
来自'jojo'的消息：我不做人啦

可以看到，第一个运行的客户端，总会多打印出来，他自己上线时的通知。这是什么鬼啊？不信你们试一下 而且我要是通过 debug 方式来运行服务端，就是对的了，奇怪了啊

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13 条回复
jinhan13789991
2020-03-18 08:34:40 +08:00
代码重新排版下吧～不好看清楚
amiwrong123
2020-03-18 09:36:19 +08:00
@jinhan13789991
可能因为是手机上吧，等会我再发个链接出来
amiwrong123
2020-03-18 10:20:45 +08:00
@jinhan13789991
https://paste.ubuntu.com/p/ZBvqFNmKmj/ 这个可以手机缩放吧
cion
2020-03-18 10:47:37 +08:00
服务器的响应信息粘包了吧，client 的 name 被错误写入了广播上线消息
restlessdream
2020-03-18 10:55:05 +08:00
```java
System.out.println(buffer);
while (client.read(buffer) > 0) {
buffer.flip(); //将写模式转换为读模式
msg.append(charset.decode(buffer));
buffer.clear();
}
```

可能原因在于这里，网络上收包不会一次性的收到发送方发送的完整包，不同的机器上表现会不同，我的机器上，发送 10 个字符，服务器要收 2 次才收到完整的消息，有可能是你服务器收到一两个字符就 read 不到数据了，需要等个几纳秒，微妙或者毫秒才有剩余的数据，对于发送方也是同样的道理。

正确的处理方式是按照分隔符的方式来收包，比如 telnet 那种，或者按照报文长度来收包，比如报文前两个字节表示报文长度，收到期望的长度才算这个包结束。。总而言之，就是你要收到完整的你期望的报文在进行处理，而不是像现在这样简单粗暴的这么处理。。

可能还有其他问题，总之你的代码还有其他问题，比如没有检测 key 是不是 writable 就直接 write，虽然一般情况下 accpet 之后，这个 key 就可以 write 了。。
jinhan13789991
2020-03-18 11:06:26 +08:00
可以使用 DataInputStream 的 readUTF() 和 DataOutputStream 的 writeUTF() 方法来来做写入和读取处理，
另外建议自定义 json 来实现协议，比如：
{
"type": 1,
"data": {
"msg_id": 1,
"msg_content": "nihao"
}
}

定义 type 来区分消息类型，登陆 注册 新消息 下线等。
jinhan13789991
2020-03-18 11:08:14 +08:00
DataStream 可以保证每一次写入和读出都是完整的
amiwrong123
2020-03-18 11:19:51 +08:00
@cion 但为什么第二个运行的客户端，就肯定不会粘包啊，第三个，第四个也不会
amiwrong123
2020-03-18 11:34:57 +08:00
@restlessdream 好吧，你说的这个，我还没有考虑，主要刚开始熟悉 NIO，合计先用比较简单的方法来实现功能。
你说的原因，我想了下。那个上线通知是服务端通知给客户端的啊，为毛之后 客户端给服务端发消息，会带有这个上线通知呢，这不是两个方向吗？有点没想通
amiwrong123
2020-03-18 13:15:39 +08:00
@jinhan13789991
@restlessdream
@cion

自己看了一遍，感觉像是，这里出错了。
client.write(charset.encode("您的昵称通过验证 "+user));
this.broadCast(welCome); //给所用用户推送上线信息，包括自己

这里的两句，好像是，时间间隔太短了。然后客户端在读取的时候，把两次的信息，都一次性读取出来了。所以客户端在收到验证后的名字时，先用空格分隔，然后第二个元素里不仅有名字，还有上线通知，所以客户端把名字和上线通知作为了自己的名字。

但是奇怪的是，为啥，第二个客户端不会发生这样的情况？
zshneedmoney
2020-03-18 18:17:23 +08:00
打个断点吧
cion
2020-03-19 09:08:28 +08:00
@amiwrong123 可能是因为出现第 2 个客户端之后，广播存在遍历 SelectionKey 的过程导致不是连续向同一客户端发送报文，事实上我这边没有运行过，猜测。
amiwrong123
2020-03-19 10:40:08 +08:00
@cion
对，第二个客户端不出现确实是因为你说的。

我昨天回去又试了，发现第一个客户端出现沾包的情况也不是必现的。

然后觉得 tcp 只是实现了传输，在 tcp 之上还得实现对内容协议的规定，和发送回复的流程，比如 http

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