java NIO和Reactor模式

Reactor模式和NIO

板桥里人 jdon.com 2002/11/08

本文可看成是对Doug Lea Scalable IO in Java一文的翻译。

当前分布式计算　Web Services盛行天下，这些网络服务的底层都离不开对socket的操作。他们都有一个共同的结构：
1. Read request
2. Decode request
3. Process service
4. Encode reply
5. Send reply

经典的网络服务的设计如下图，在每个线程中完成对数据的处理：

但这种模式在用户负载增加时，性能将下降非常的快。我们需要重新寻找一个新的方案，保持数据处理的流畅，很显然，事件触发机制是最好的解决办法，当有事件发生时，会触动handler,然后开始数据的处理。

Reactor模式类似于AWT中的Event处理：

Reactor模式参与者

1.Reactor 负责响应IO事件，一旦发生，广播发送给相应的Handler去处理,这类似于AWT的thread
2.Handler 是负责非堵塞行为，类似于AWT ActionListeners；同时负责将handlers与event事件绑定，类似于AWT addActionListener

如图：

Java的NIO为reactor模式提供了实现的基础机制，它的Selector当发现某个channel有数据时，会通过SlectorKey来告知我们，在此我们实现事件和handler的绑定。

我们来看看Reactor模式代码:

public class Reactor implements Runnable{　　final Selector selector;　　final ServerSocketChannel serverSocket;　　Reactor(int port) throws IOException {　　　　selector = Selector.open();　　　　serverSocket = ServerSocketChannel.open();　　　　InetSocketAddress address = new InetSocketAddress(InetAddress.getLocalHost(),port);　　　　serverSocket.socket().bind(address);　　　　serverSocket.configureBlocking(false);　　　　//向selector注册该channel　　　　 SelectionKey sk =serverSocket.register(selector,SelectionKey.OP_ACCEPT);　　　　logger.debug("-->Start serverSocket.register!");　　　　//利用sk的attache功能绑定Acceptor 如果有事情，触发Acceptor　　　　sk.attach(new Acceptor());　　　　logger.debug("-->attach(new Acceptor()!");　　}　　public void run() { // normally in a new Thread　　　　try {　　　　while (!Thread.interrupted())　　　　{　　　　　　selector.select();　　　　　　Set selected = selector.selectedKeys();　　　　　　Iterator it = selected.iterator();　　　　　　//Selector如果发现channel有OP_ACCEPT或READ事件发生，下列遍历就会进行。　　　　　　while (it.hasNext())　　　　　　　　//来一个事件 第一次触发一个accepter线程　　　　　　　　//以后触发SocketReadHandler　　　　　　　　dispatch((SelectionKey)(it.next()));　　　　　　　　selected.clear();　　　　　　}　　　　}catch (IOException ex) {　　　　　　　　logger.debug("reactor stop!"+ex);　　　　}　　}　　//运行Acceptor或SocketReadHandler　　void dispatch(SelectionKey k) {　　　　Runnable r = (Runnable)(k.attachment());　　　　if (r != null){　　　　　　// r.run();　　　　}　　}　　class Acceptor implements Runnable { // inner　　　　public void run() {　　　　try {　　　　　　logger.debug("-->ready for accept!");　　　　　　SocketChannel c = serverSocket.accept();　　　　　　if (c != null)　　　　　　　　//调用Handler来处理channel　　　　　　　　new SocketReadHandler(selector, c);　　　　　　}　　　　catch(IOException ex) {　　　　　　logger.debug("accept stop!"+ex);　　　　}　　　　}　　}}

以上代码中巧妙使用了SocketChannel的attach功能，将Hanlder和可能会发生事件的channel链接在一起，当发生事件时，可以立即触发相应链接的Handler。

再看看Handler代码:

public class SocketReadHandler implements Runnable {　　public static Logger logger = Logger.getLogger(SocketReadHandler.class);　　private Test test=new Test();　　final SocketChannel socket;　　final SelectionKey sk;　　 static final int READING = 0, SENDING = 1;　　int state = READING;　　public SocketReadHandler(Selector sel, SocketChannel c)　　　　throws IOException {　　　　socket = c;　　　　socket.configureBlocking(false);　　　　 sk = socket.register(sel, 0);　　　　//将SelectionKey绑定为本Handler 下一步有事件触发时，将调用本类的run方法。　　　　//参看dispatch(SelectionKey k)　　　　sk.attach(this);　　　　//同时将SelectionKey标记为可读，以便读取。　　　　sk.interestOps(SelectionKey.OP_READ);　　　　sel.wakeup();　　}　　public void run() {　　　　try{　　　　// test.read(socket,input);　　　　　　readRequest() ;　　　　}catch(Exception ex){　　　　logger.debug("readRequest error"+ex);　　　　}　　}/*** 处理读取data* @param key* @throws Exception*/private void readRequest() throws Exception {　　ByteBuffer input = ByteBuffer.allocate(1024);　　input.clear();　　try{　　　　int bytesRead = socket.read(input);　　　　......　　　　//激活线程池 处理这些request　　　　requestHandle(new Request(socket,btt));　　　　.....　　}catch(Exception e) {　　}}

注意在Handler里面又执行了一次attach，这样，覆盖前面的Acceptor，下次该Handler又有READ事件发生时，将直接触发Handler.从而开始了数据的读　处理　写　发出等流程处理。

将数据读出后，可以将这些数据处理线程做成一个线程池，这样，数据读出后，立即扔到线程池中，这样加速处理速度：

更进一步，我们可以使用多个Selector分别处理连接和读事件。

一个高性能的Java网络服务机制就要形成，激动人心的集群并行计算即将实现。