Java NIO使用及原理分析 (四)

在上一篇文章中介绍了关于缓冲区的一些细节内容，现在终于可以进入NIO中最有意思的部分非阻塞I/O。通常在进行同步I/O操作时，如果读取数据，代码会阻塞直至有 可供读取的数据。同样，写入调用将会阻塞直至数据能够写入。传统的Server/Client模式会基于TPR（Thread per Request）,服务器会为每个客户端请求建立一个线程，由该线程单独负责处理一个客户请求。这种模式带来的一个问题就是线程数量的剧增，大量的线程会增大服务器的开销。大多数的实现为了避免这个问题，都采用了线程池模型，并设置线程池线程的最大数量，这由带来了新的问题，如果线程池中有200个线程，而有200个用户都在进行大文件下载，会导致第201个用户的请求无法及时处理，即便第201个用户只想请求一个几KB大小的页面。传统的 Server/Client模式如下图所示：

NIO中非阻塞I/O采用了基于Reactor模式的工作方式，I/O调用不会被阻塞，相反是注册感兴趣的特定I/O事件，如可读数据到达，新的套接字连接等等，在发生特定事件时，系统再通知我们。NIO中实现非阻塞I/O的核心对象就是Selector，Selector就是注册各种I/O事件地 方，而且当那些事件发生时，就是这个对象告诉我们所发生的事件，如下图所示：

从图中可以看出，当有读或写等任何注册的事件发生时，可以从Selector中获得相应的SelectionKey，同时从 SelectionKey中可以找到发生的事件和该事件所发生的具体的SelectableChannel，以获得客户端发送过来的数据。关于 SelectableChannel的可以参考Java NIO使用及原理分析（一）

使用NIO中非阻塞I/O编写服务器处理程序，大体上可以分为下面三个步骤：

1. 向Selector对象注册感兴趣的事件 2. 从Selector中获取感兴趣的事件 3. 根据不同的事件进行相应的处理

接下来我们用一个简单的示例来说明整个过程。首先是向Selector对象注册感兴趣的事件：

[java] view plain copy print?

1. /*
2. * 注册事件
3. * */
4. protected Selector getSelector() throws IOException {
5. // 创建Selector对象
6. Selector sel = Selector.open();
8. // 创建可选择通道，并配置为非阻塞模式
9. ServerSocketChannel server = ServerSocketChannel.open();
10. server.configureBlocking(false);
12. // 绑定通道到指定端口
13. ServerSocket socket = server.socket();
14. InetSocketAddress address = new InetSocketAddress(port);
15. socket.bind(address);
17. // 向Selector中注册感兴趣的事件
18. server.register(sel, SelectionKey.OP_ACCEPT);
19. return sel;
20. }

创建了ServerSocketChannel对象，并调用configureBlocking()方法，配置为非阻塞模式，接下来的三行代码把该通道绑定到指定端口，最后向Selector中注册事件，此处指定的是参数是OP_ACCEPT，即指定我们想要监听accept事件，也就是新的连接发 生时所产生的事件，对于ServerSocketChannel通道来说，我们唯一可以指定的参数就是OP_ACCEPT。

从Selector中获取感兴趣的事件，即开始监听，进入内部循环：

[java] view plain copy print?

1. /*
2. * 开始监听
3. * */
4. public void listen() {
5. System.out.println("listen on " + port);
6. try {
7. while(true) {
8. // 该调用会阻塞，直到至少有一个事件发生
9. selector.select();
10. Set<SelectionKey> keys = selector.selectedKeys();
11. Iterator<SelectionKey> iter = keys.iterator();
12. while (iter.hasNext()) {
13. SelectionKey key = (SelectionKey) iter.next();
14. iter.remove();
15. process(key);
16. }
17. }
18. } catch (IOException e) {
19. e.printStackTrace();
20. }
21. }

在非阻塞I/O中，内部循环模式基本都是遵循这种方式。首先调用select()方法，该方法会阻塞，直到至少有一个事件发生，然后再使用selectedKeys()方法获取发生事件的SelectionKey，再使用迭代器进行循环。

最后一步就是根据不同的事件，编写相应的处理代码：

[java] view plain copy print?

1. /*
2. * 根据不同的事件做处理
3. * */
4. protected void process(SelectionKey key) throws IOException{
5. // 接收请求
6. if (key.isAcceptable()) {
7. ServerSocketChannel server = (ServerSocketChannel) key.channel();
8. SocketChannel channel = server.accept();
9. channel.configureBlocking(false);
10. channel.register(selector, SelectionKey.OP_READ);
11. }
12. // 读信息
13. else if (key.isReadable()) {
14. SocketChannel channel = (SocketChannel) key.channel();
15. int count = channel.read(buffer);
16. if (count > 0) {
17. buffer.flip();
18. CharBuffer charBuffer = decoder.decode(buffer);
19. name = charBuffer.toString();
20. SelectionKey sKey = channel.register(selector, SelectionKey.OP_WRITE);
21. sKey.attach(name);
22. } else {
23. channel.close();
24. }
25. buffer.clear();
26. }
27. // 写事件
28. else if (key.isWritable()) {
29. SocketChannel channel = (SocketChannel) key.channel();
30. String name = (String) key.attachment();
32. ByteBuffer block = encoder.encode(CharBuffer.wrap("Hello " + name));
33. if(block != null)
34. {
35. channel.write(block);
36. }
37. else
38. {
39. channel.close();
40. }
42. }
43. }

此处分别判断是接受请求、读数据还是写事件，分别作不同的处理。

到这里关于Java NIO使用及原理分析的四篇文章就全部完成了。java NIO提供了通道、缓冲区、选择器这样一组抽象概念，极大的简化了我们编写高性能并发型服务器程序，后面有机会我会继续谈谈使用Java NIO的一些想法。