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
plaincopyprint?

/*

* 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：

[java] view
plaincopyprint?

/*

* 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：

[java] view
plaincopyprint?

/*

* 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)