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。
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：
更进一步，我们可以使用多个Selector分别处理连接和读事件。
一个高性能的Java网络服务机制就要形成，激动人心的集群并行计算即将实现。
Scalable IO in Java原文
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