Java NIO 与基于reactor设计模式的事件处理模型

2022-05-28 22:15:51

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。

NIO的基本原理:

　　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。

使用上：

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：

package reactor.section3;

import java.net.InetAddress;

import java.net.InetSocketAddress;

import java.net.Socket;

import java.nio.channels.SelectionKey;

import java.nio.channels.Selector;

import java.nio.channels.ServerSocketChannel;

import java.nio.channels.SocketChannel;

import java.util.Iterator;

import java.util.Set;

public class NBTest1 {

    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);

    }

    private static void debug(String s) {

        System.out.println(s);

    }

    public static void main(String args[]) {

        NBTest1 nbTest = new NBTest1();

        try {

            nbTest.startServer();

        } catch (Exception e) {

            e.printStackTrace();

        }

    }

    private void startServer()  throws Exception{

        int channels = ;

        int nKeys = ;

        int currentSelector = ;

        //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(),);

        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 > ){

                debug("NBTest: Number of keys after select operation: " +nKeys);

                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.");

            }

        }

    }

}

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。

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

写过大中型网络服务器的朋友相信对事件处理模型（有时也叫事件触发模型）不陌生。今天要讲的Reactor就是在事件处理模型中用的比较多的一种设计模式。请大家先看下面的图，有个初步的印象：

在上图中，可以看到主要有以下四种角色：

1. Reactor:
Reactor是Reactor模式中最为关键的角色，它是该模式最终向用户提供接口的类。用户可以向Reactor中注册EventHandler(3)，然后Reactor在“反应(react)”的时候，发现用户注册的fd上有事件发生，

就会回调用户的事件处理函数。

2. SynchrousEventDemultiplexer:

SynchrousEventDemultiplexer也是Reactor中一个比较重要的角色，它是Reactor用来检测用户注册的fd上发生的事件的利器，通过过Reactor得知了哪些fd上发什么了什么样的事件，然后以些为依据，来多路分发事件，回调用户的事件处理函数。

3. EventHandler:
EventHander是用户和Reactor打交道的工具，用户通过向Reactor注册自己的EventHandler，可以告知Reactor在特定事件发生的时候该帮我做些什么。

4. ConcreteEventHandler:
ConcreteEventHandler是EventHandler的子类，EventHandler是Reactor所用来规定接口的基类，用户自己的事件处理器都必须从EventHandler继承。

【java reactor代码】

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。

参考：java nio http://www.jdon.com/concurrent/nio.pdf

http://www.cnblogs.com/xuekyo/archive/2013/01/20/2868547.html

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