欢迎您光临本小站。希望您在这里可以找到自己想要的信息。。。

Java NIO原理和使用

Java Web water 1637℃ 0评论

Java NIO非堵塞应用通常适用用在I/O读写等方面,我们知道,系统运行的性能瓶颈通常在I/O读写,包括对端口
和文件的操作上,过去,在打开一个I/O通道后,read()将一直等待在端口一边读取字节内容,如果没有内容进来,read()也是傻傻的等,这会影响
我们程序继续做其他事情,那么改进做法就是开设线程,让线程去等待,但是这样做也是相当耗费资源的。

Java NIO非堵塞技术实际是采取Reactor模式,或者说是Observer模式为我们监察I/O端口,如果有内容进来,会自动通知我们,这样,我们就不必开启多个线程死等,从外界看,实现了流畅的I/O读写,不堵塞了。

Java NIO出现不只是一个技术性能的提高,你会发现网络上到处在介绍它,因为它具有里程碑意义,从JDK1.4开始,Java开始提高性能相关的功能,从而使得Java在底层或者并行分布式计算等操作上已经可以和C或Perl等语言并驾齐驱。

如果你至今还是在怀疑Java的性能,说明你的思想和观念已经完全落伍了,Java一两年就应该用新的名词来定义。从JDK1.5开始又要提供关于线程、并发等新性能的支持,Java应用在游戏等适时领域方面的机会已经成熟,Java在稳定自己中间件地位后,开始蚕食传统C的领域。

本文主要简单介绍NIO的基本原理,在下一篇文章中,将结合Reactor模式和著名线程大师Doug
                   Lea
的一篇文章深入讨论。

NIO主要原理和适用。

NIO 有一个主要的类Selector,这个类似一个观察者,只要我们把需要探知的socketchannel
告诉Selector,我们接着做别的事情,当有事件发生时,他会通知我们,传回一组SelectionKey,我们读取这些Key,就会获得我们刚刚注
册过的socketchannel,然后,我们从这个Channel中读取数据,放心,包准能够读到,接着我们可以处理这些数据。

Selector内部原理实际是在做一个对所注册的channel的轮询访问,不断的轮询(目前就这一个算法),一旦轮询到一个channel有所注册的事情发生,比如数据来了,他就会站起来报告,交出一把钥匙,让我们通过这把钥匙来读取这个channel的内容。

了解了这个基本原理,我们结合代码看看使用,在使用上,也在分两个方向,一个是线程处理,一个是用非线程,后者比较简单,看下面代码:

                       import java.io.*;
                       import java.nio.*;
                       import java.nio.channels.*;
                       import java.nio.channels.spi.*;
                       import java.net.*;
                       import java.util.*;

/**
                         *
                         * @author Administrator
                         * @version
                         */

                       

public class NBTest {

                           /** Creates new NBTest */
                           public NBTest()
                           {
                         }

  public void startServer() throws Exception
                           {
                           int channels = 0;
                           int nKeys = 0;
                           int currentSelector = 0;
                         
                           //使用Selector
                           Selector selector = Selector.open();
                         
                           //建立Channel 并绑定到9000端口
                           ServerSocketChannel ssc = ServerSocketChannel.open();
                           InetSocketAddress address = new InetSocketAddress(InetAddress.getLocalHost(),9000);
                         
                           ssc.socket().bind(address);
                         
                           //使设定non-blocking的方式。
                         ssc.configureBlocking(false);

  //向Selector注册Channel及我们有兴趣的事件
                           SelectionKey s = ssc.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT);
                         printKeyInfo(s);

  while(true) //不断的轮询
                           {
                             debug("NBTest: Starting select");
                         
                             //Selector通过select方法通知我们我们感兴趣的事件发生了。
                             nKeys = selector.select();
                             //如果有我们注册的事情发生了,它的传回值就会大于0
                             if(nKeys > 0)
                             {
                               debug("NBTest: Number of keys after select
                         operation: " +nKeys);
                         
                               //Selector传回一组SelectionKeys
                               //我们从这些key中的channel()方法中取得我们刚刚注册的channel。
                               Set selectedKeys = selector.selectedKeys();
                               Iterator i = selectedKeys.iterator();
                               while(i.hasNext())
                               {
                                  s = (SelectionKey) i.next();
                                  printKeyInfo(s);
                                  debug("NBTest: Nr Keys in selector: "
                         +selector.keys().size());
                         
                                  //一个key被处理完成后,就都被从就绪关键字(ready keys)列表中除去
                                  i.remove();
                                  if(s.isAcceptable())
                                  {
                                    // 从channel()中取得我们刚刚注册的channel。
                                    Socket socket = ((ServerSocketChannel)s.channel()).accept().socket();
                                    SocketChannel sc = socket.getChannel();
                         
                                    sc.configureBlocking(false);
                                    sc.register(selector, SelectionKey.OP_READ
                         |SelectionKey.OP_WRITE);
                                               System.out.println(++channels);
                                  }
                                  else
                                  {
                                    debug("NBTest: Channel not acceptable");
                                  }
                               }
                            }
                            else
                            {
                               debug("NBTest: Select finished without any
                         keys.");
                          }

  }
                         
                       }

                         private static void debug(String s)
                         {
                           System.out.println(s);
                       }

                         private static void printKeyInfo(SelectionKey sk)
                         {
                         String s = new String();

  s = "Att: " + (sk.attachment() == null
                         ? "no" : "yes");
                           s += ", Read: " + sk.isReadable();
                           s += ", Acpt: " + sk.isAcceptable();
                           s += ", Cnct: " + sk.isConnectable();
                           s += ", Wrt: " + sk.isWritable();
                           s += ", Valid: " + sk.isValid();
                           s += ", Ops: " + sk.interestOps();
                           debug(s);
                       }

                         /**
                         * @param args the command line arguments
                         */
                         public static void main (String args[])
                         {
                           NBTest nbTest = new NBTest();
                           try
                           {
                             nbTest.startServer();
                           }
                             catch(Exception e)
                           {
                             e.printStackTrace();
                           }
                       }

}

这是一个守候在端口9000的noblock server例子,如果我们编制一个客户端程序,就可以对它进行互动操作,或者使用telnet
                   主机名 90000 可以链接上。

通过仔细阅读这个例程,相信你已经大致了解NIO的原理和使用方法,下一篇,我们将使用多线程来处理这些数据,再搭建一个自己的Reactor模式。

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:

相关主题:

Reactor模式和NIO

Socket打造高性能服务器

用NIO开发一个高性能聊天系统

Netty原理和使用

基于线程与基于事件的并发编程之争

事件驱动架构                

更多NIO专题

并发专题

转载请注明:学时网 » Java NIO原理和使用

喜欢 (0)or分享 (0)

您必须 登录 才能发表评论!