netty(五) NIO创建的TimerServer源码分析之客户端

NIO客户端创建序列图如下：

步骤一：打开SocketChannel，绑定客户端本地地址（可选，默认系统会随机分配一个可用的本地地址），示例代码如下。

SocketChannel clientChannel = SocketChannel.open();

步骤二：设置SocketChannel为非阻塞模式，同时设置客户端连接的TCP参数，示例如下。

clientChannel。configureBlocking(false);

clientChannel.socket().setReuseAddress(true);//启用设置socket的TCP参数

clientChannel.socket().setReceiveBufferSize(BUFFER_SIZE);

clientChannel.socket().setSendBufferSize(BUFFER_SIZE);

步骤三：异步连接服务端，示例代码如下。

boolean connected = clientChannel.connect(new InetSocketAddress("ip",port));

步骤四：判断是否连接成功，如果连接成功，则直接注册读状态位到多路复用器中，如果当前没有连接成功（异步连接，返回false，说明客户端已经发送sync包，服务端没有返回ack包，物理链路还没有建立），示例代码如下。

if(connected){

     clientChannel.register(selector,SelectionKey.OP_READ,ioHandler);

}else{

     clientChannel.register(selector,SelectionKey.OPCONNECT,ioHandler);

}

步骤五：向Reactor线程的多路复用器注册OP_CONNECT状态位，监听服务端的TCP ACK应答，示例代码如下。

clientChannel.register(selector,SelectionKey.OP_CONNECT,ioHandler);

步骤六：创建Reactor线程，创建多路复用器并启动线程，代码如下。

Selector selector = Selector.open();

new Thread(new ReactorTask()).start();

步骤七：多路复用器在线程run方法的无限循环体内准备就绪的Key，代码如下。

int num = selector.select();

Set selectedKeys = selector.selectedKeys();

Iterator it = SelectedKeys.iterator();

while(it.hasNest()){

     SelectionKey key = (SelectionKey)it.next();

     ......

}

步骤八：接收connect事件进行处理，示例代码如下。

if(key.isConnectable())

//handlerConnect();

步骤九：判断连接结果，如果连接成功，注册读事件到多路复用器，示例代码如下。

if(channel.finishConnect())

registerRead();

步骤十：注册读事件到多路复用器，示例代码如下。

clientChannel.register(selector,SelectionKey.OP_READ,ioHandler);

步骤十一：异步读客户端请求消息到缓冲区，示例代码如下。

int readNumber = channel.read(receivedBuffer);

步骤十二：对ByteBuffer进行编解码，如果有半包消息接收缓冲区Reset，继续读取后续的报文，将解码成功的消息封装成Task，投递到业务线程池中，进行业务逻辑编排。示例代码如下：

Object message = null;    while(buffer.hanRemain()){        byteBuffer.mark();        Object message = decode(byteBuffer);        if (message == null) {            byteBuffer.reset();            break;        }           messageList.add(message);    }    if(!byteBuffer.hasRemaing()){        byteBuffer.clear();    }else{        byteBuffer.compact();    }    if(messageList != null & !messageList.isEmpty()){        for(Object messageE : messageList)            handlerTask(messageE);    }

步骤十三：将POJO对象encode成ByteBuffer，调用SocketChannel的异步write接口，将消息异步发送给客户端。示例代码如下：

socketChannel.write(buffer);

NIO创建的TimeClient源码分析

public class TimeClient {    public static void main(String[] args) {        int port = 8080;        if (args != null && args.length > 0) {            try {                port = Integer.valueOf(args[0]);            } catch (NumberFormatException e) {                //            }        }        new Thread(new TimeClientHandle("127.0.0.1",port),"TimeClient-001").start();    }}

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。

public class TimeClientHandle implements Runnable {    private String host;    private int port;    private Selector selector;    private SocketChannel socketChannel;    private volatile boolean stop;    public TimeClientHandle(String host, int port) {        this.host = host == null ? "127.0.0.1" : host;        this.port = port;        try {            selector = Selector.open();            socketChannel = SocketChannel.open();            socketChannel.configureBlocking(false);        } catch (IOException e) {            e.printStackTrace();            System.exit(1);        }    }    @Override    public void run(){        try {            doConnect();        } catch (IOException e) {            e.printStackTrace();            System.exit(1);        }        while (!stop) {            try {                selector.select(1000);                Set<SelectionKey> selectedKyes = selector.selectedKeys();                Iterator<SelectionKey> it = selectedKyes.iterator();                SelectionKey key = null;                while (it.hasNext()) {                    key = it.next();                    it.remove();                    try {                        handleInput(key);                    } catch (Exception e) {                        if (key != null) {                            key.cancel();                            if (key.channel() != null) {                                key.channel().close();                            }                        }                    }                }            } catch (Exception e) {                e.printStackTrace();                System.exit(1);            }        }        //多路复用器关闭后，所有注册在上面的Channel和Pipe等资源都会被自动去注册并关闭，所以不需要重复释放资源        if (selector != null) {            try {                selector.close();            } catch (IOException e) {                e.printStackTrace();            }        }    }    private void handleInput(SelectionKey key) throws IOException {        if (key.isValid()) {            //判断连接是否成功            SocketChannel sc = (SocketChannel) key.channel();            if (key.isConnectable()) {                if (sc.finishConnect()) {                    sc.register(selector, SelectionKey.OP_READ);                    doWrite(sc);                }else {                    System.exit(1);//连接失败，进程退出                }            }            if (key.isReadable()) {                ByteBuffer readBuffer = ByteBuffer.allocate(1024);                int readBytes = sc.read(readBuffer);                if (readBytes > 0) {                    readBuffer.flip();                    byte[] bytes = new byte[readBuffer.remaining()];                    readBuffer.get(bytes);                    String body = new String(bytes, "UTF-8");                    System.out.println("Now is:" + body);                    this.stop = true;                } else if (readBytes < 0) {                    //对端链路关闭                    key.cancel();                    sc.close();                }else {                    ;//读到0字节忽略                }            }        }    }    private void doConnect() throws IOException {        //如果直接连接成功，则注册到多路复用器上，发送请求消息，读应答        if (socketChannel.connect(new InetSocketAddress(host, port))) {            socketChannel.register(selector, SelectionKey.OP_READ);            doWrite(socketChannel);        }else {            socketChannel.register(selector, SelectionKey.OP_CONNECT);        }    }    private void doWrite(SocketChannel socketChannel) throws IOException {        byte[] req = "QUERY TIME ORDER".getBytes();        ByteBuffer writeBuffer = ByteBuffer.allocate(req.length);        writeBuffer.put(req);        writeBuffer.flip();        socketChannel.write(writeBuffer);        if (!writeBuffer.hasRemaining()) {            System.out.println("Send order 2 server succeed.");        }    }}

别的没有好说的，就说下handleInput方法这块，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。这是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Selection.OP_READ操作位，监听网络读操作，然后发送请求消息给服务器。

通过源码对比，我们发现NIO编程的难度确实比同步阻塞BIO的大很多，我们的NIO例程并没有考虑“半包读”和“半包写”，如果加上这些，代码将会更复杂。NIO代码既然这么复杂，为什么它的应用越来越广泛呢？使用NIO编程的优点如下。

（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生死线，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类库被成为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。

下篇博文我们将学习如何利用NIO2.0编写AIO程序，依旧以时间服务器为例讲解。