java模式之Reactor

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：

package com.yukh.nio.selector;

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;

/**
 * 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。
 * @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();
		s += ",--------------------------";
		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

 

 

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

 

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:

 

package com.yukh.nio.selector;

import java.io.IOException;
import java.net.InetAddress;
import java.net.InetSocketAddress;
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;

import org.apache.log4j.Logger;

/**
 *		以下代码中巧妙使用了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。
 */
public class Reactor implements Runnable {
	public static Logger logger = Logger.getLogger(Reactor.class);
	final Selector selector;
	final ServerSocketChannel serverSocket;

	Reactor(int port) throws IOException {
		selector = Selector.open();									// 创建选择器
		serverSocket = ServerSocketChannel.open();					// 打开服务器套接字通道
		InetSocketAddress address = new InetSocketAddress(InetAddress
				.getLocalHost(), port);
		serverSocket.socket().bind(address);
		
		serverSocket.configureBlocking(false);						// 调整此通道的阻塞模式。 - 异步
		
		SelectionKey sk = serverSocket.register(selector,			// 向selector注册该channel
				SelectionKey.OP_ACCEPT);							// 用于套接字接受操作的操作集位。

		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());									// 将给定的对象附加到此键。
		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);
		}
	}

	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)
					new SocketReadHandler(selector, c);					// 调用Handler来处理channel
			} 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:

package com.yukh.nio.selector;

import java.io.IOException;
import java.nio.ByteBuffer;
import java.nio.channels.SelectionKey;
import java.nio.channels.Selector;
import java.nio.channels.SocketChannel;

import org.apache.log4j.Logger;

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。