Java NIO的多路復用及reactor

（from：http://developer.51cto.com/art/201112/306489.htm）

以下描述，為了說明問題，就提提歷史（類似的東西，網上一搜一大把，但是希望你能在這里止步，知道到底是怎么回事。如果還是不清楚，咱就站內溝通！）。

在我（剛）看nio的這段時間里，主要接觸了幾個東西，就是關於server和client。java之前的io完全可以勝任，但是效率不高，為何效率不高呢？

===============history==start===============
//TODO:finish the old style of server and socket data transion.
ServerSocket socket = new ServerSocket(80); 
while (true) { 
final Socket connection = socket.accept(); 
handleRequest(connection); 
}
===============history==end in the future================

在上面的代碼片段中，我們只能是一個request一個的進行處理。這使得所有的請求都阻塞了。如果我們再改變一下，將handleRequest方法封裝到線程中處理：

if(connection = null){
new Thread(new Runnable(){
public void run(){
handleRequest(connection);
}
public void handleRequest(Socket conn){
//do actions
}
}).start();
}

服務器端的資源是有限的，我們這里僅僅是從線程角度來擴展，但是這種處理依然是阻塞的處理方式。首先，僅僅是建立連接（socket），就占用了服務器的線程資源。如果客戶端還沒有發出相應的數據請求，那么服務器就要一直等待他們的數據流過來，然后再進行讀取，如此往復。。。一直都blocking。服務器處在一個高負荷狀態中。

NIO出來之后，進入改革開放時期，有了這么幾個角色，ServerSocketChannel,SelectionKey,Selector。

這幾個角色都是做什么用的呢？需要了解一下reactor模式（反應堆模式）。

作為服務端，如果什么操作都要依賴於客戶端，很多操作都阻塞，如上面的代碼片段所示。reactor模式提供了一種很好的事件處理機制，以分離事件處理對象與事件之間的耦合。如下圖示（詳細請看參考資料（1））：

說明：

Acceptor就是我們Server端的主要任務消化者；

Initiation Dispatcher是事件（Event）的分發者；

HTTP Handler是具體操作人。

首先，在Initiation Dispatcher中注冊一個acceptor（1：register Acceptor），這個Acceptor是跟事件綁定的，它僅僅關心某種事件（event）。

Initiation Dispatcher不斷地循環獲取請求過來的事件（2：handle events），如果發現有對應Acceptor關心的事件（3：connect），通知Acceptor有事件發生（4：new connection）。

Acceptor針對此事件進行處理，創建了新的HTTP Handler（（5：create handler））

一輪事件獲取和分發完成。

那么handler是不是就抓住這個connection不放，然后一直苦苦等待數據流的到來呢？

不是的，它也是將自己和自己關心的事件注冊到Initiation Dispatcher。如果Initiation Dispatcher在handle Events時發現了它關心的事件，那么就會交由它去進行相應處理。如下圖示，在連接完成后，browser提交的get請求，handler的處理過程：

這里面尤其要注意到，2：read ready，之后才read request，也就是說，handler在dispatcher中注冊了自己關心的事件（READ）,然后在寫的時候，也是類似情況。

以上的過程就實現了非阻塞的處理方式，客戶端的連接可以非阻塞（這是意思是，acceptor不必一直苦苦等候），然后對客戶端過來的request內容，也是非阻塞（這里是不必苦苦等待其數據的到來），都是不必一直眼巴巴的看着那個連接，那些數據，而是如果有我關心的事件了，我再進行處理，期間完全相信Initiation Dispatcher就行了。

這里有一點要注意，就是現在的reactor模式都是建立在操作系統的基礎上實現的，不同的操作系統有不同的實現方式。而且都不支持多線程（針對Initiation Dispatcher而言）。

有了上面的理解之后，來給NIO中的對象跟reactor的對象對個象。

Acceptor：ServerSocketChannel；

Initiation Dispatcher：Selector；

HTTP Handler：針對SocketChannel進行實際處理的個性化對象；

Events：在SelectionKey中：

 

static int	OP_ACCEPT            Operation-set bit for socket-accept operations.
static int	OP_CONNECT            Operation-set bit for socket-connect operations.
static int	OP_READ            Operation-set bit for read operations.
static int	OP_WRITE            Operation-set bit for write operations.

 

Operation-set bit for write operations. 經過上面的描述，我們就可以寫出基於NIO的非阻塞Server啦。具體的代碼示例大家可以看參考資料

參考資料：

（1）華盛頓大學計算機科學的一篇關於proactor的論文，非常詳細。同時這篇文章中還有 reactor的改進版proactor，各位可以一飽眼福。

（2）簡單的NIO server實現代碼，但是這個代碼中在寫的部分有些瑕疵，各位根據上面的描述，可以考慮一下有何問題。

在這個代碼中，還有一個要注意的地方，就it.remove(),因為某個key在處理過后要刪除，否則，這個key將一直處於active狀態。