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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,这又带来了新的问题,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。
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*/private 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(); Setkeys = selector.selectedKeys(); Iterator 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*/private 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 len = channel.read(buffer); if (len > 0) { buffer.flip(); content = new String(buffer.array(),0,len); SelectionKey sKey = channel.register(selector, SelectionKey.OP_WRITE); sKey.attach(content); } else { channel.close(); } buffer.clear(); } // 写事件 else if (key.isWritable()) { SocketChannel channel = (SocketChannel) key.channel(); String content = (String) key.attachment(); ByteBuffer block = ByteBuffer.wrap(("输出内容:" + content).getBytes()); 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。在Java1.4 之前的I/O 系统中,提供的都是面向流的I/O系统,系统一次一个字节地处理数据,一个输入流产生一个字节的数据,一个输出流消费一个字节的数据,面向流的I/O 速度非常慢,而在Java 1.4 中推出了NIO,这是一个面向块的I/O 系统,系统以块的方式处理处理,每一个操作在一步中产生或者消费一个数据库,按块处理要比按字节处理数据快的多。
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