Java NIO使用及原理分析 (四)

转载自：李会军•宁静致远

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：

/* * 注册事件 * */protected Selector getSelector() throws IOException {    // 创建Selector对象    Selector sel = Selector.open();        // 创建可选择通道，并配置为非阻塞模式    ServerSocketChannel server = ServerSocketChannel.open();    server.configureBlocking(false);        // 绑定通道到指定端口    ServerSocket socket = server.socket();    InetSocketAddress address = new InetSocketAddress(port);    socket.bind(address);        // 向Selector中注册感兴趣的事件    server.register(sel, SelectionKey.OP_ACCEPT);     return sel;}

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：

/* * 开始监听 * */ public void listen() {     System.out.println("listen on " + port);    try {         while(true) {             // 该调用会阻塞，直到至少有一个事件发生            selector.select();             Set<SelectionKey> keys = selector.selectedKeys();            Iterator<SelectionKey> iter = keys.iterator();            while (iter.hasNext()) {                 SelectionKey key = (SelectionKey) iter.next();                 iter.remove();                 process(key);             }         }     } catch (IOException e) {         e.printStackTrace();    } }

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：

/* * 根据不同的事件做处理 * */protected void process(SelectionKey key) throws IOException{    // 接收请求    if (key.isAcceptable()) {        ServerSocketChannel server = (ServerSocketChannel) key.channel();        SocketChannel channel = server.accept();        channel.configureBlocking(false);        channel.register(selector, SelectionKey.OP_READ);    }    // 读信息    else if (key.isReadable()) {        SocketChannel channel = (SocketChannel) key.channel();         int count = channel.read(buffer);         if (count > 0) {             buffer.flip();             CharBuffer charBuffer = decoder.decode(buffer);             name = charBuffer.toString();             SelectionKey sKey = channel.register(selector, SelectionKey.OP_WRITE);             sKey.attach(name);         } else {             channel.close();         }         buffer.clear();     }    // 写事件    else if (key.isWritable()) {        SocketChannel channel = (SocketChannel) key.channel();         String name = (String) key.attachment();                 ByteBuffer block = encoder.encode(CharBuffer.wrap("Hello " + name));         if(block != null)        {            channel.write(block);        }        else        {            channel.close();        }     }}

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。

(完)