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從JDK 1.4開(kāi)始，Java的標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)中就包含了NIO，
即所謂的“New
IO”。其中最重要的功能就是提供了“非阻塞”的IO，當(dāng)然包括了Socket。NonBlocking的IO就是對(duì)select(Unix平臺(tái)下)以及
WaitForMultipleObjects(Windows平臺(tái))的封裝，提供了高性能、易伸縮的服務(wù)架構(gòu)。
說(shuō)來(lái)慚愧，直到JDK1.4才有這種功能，但遲到者不一定沒(méi)有螃蟹吃，NIO就提供了優(yōu)秀的面向?qū)ο蟮慕鉀Q方案，可以很方便地編寫高性能的服務(wù)器。
話說(shuō)回來(lái)，傳統(tǒng)的Server/Client實(shí)現(xiàn)是基于Thread per request，即服務(wù)器為每個(gè)客戶端請(qǐng)求建立一個(gè)線程處理，單獨(dú)負(fù)責(zé)處理一個(gè)客戶的請(qǐng)求。比如像Tomcat（新版本也會(huì)提供NIO方案）、Resin等Web服務(wù)器就是這樣實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)然為了減少瞬間峰值問(wèn)題，服務(wù)器一般都使用線程池，規(guī)定了同時(shí)并發(fā)的最大數(shù)量，避免了線程的無(wú)限增長(zhǎng)。
但這樣有一個(gè)問(wèn)題：如果線程池的大小為100，當(dāng)有100個(gè)用戶同時(shí)通過(guò)HTTP現(xiàn)在一個(gè)大文件時(shí)，服務(wù)器的線程池會(huì)用完，因?yàn)樗械木€程都在傳輸大文件了，即使第101個(gè)請(qǐng)求者僅僅請(qǐng)求一個(gè)只有10字節(jié)的頁(yè)面，服務(wù)器也無(wú)法響應(yīng)了，只有等到線程池中有空閑的線程出現(xiàn)。
另外，線程的開(kāi)銷也是很大的，特別是達(dá)到了一個(gè)臨界值后，性能會(huì)顯著下降，這也限制了傳統(tǒng)的Socket方案無(wú)法應(yīng)對(duì)并發(fā)量大的場(chǎng)合，而“非阻塞”的IO就能輕松解決這個(gè)問(wèn)題。
下面只是一個(gè)簡(jiǎn)單的例子：服務(wù)器提供了下載大型文件的功能，客戶端連接上服務(wù)器的12345端口后，就可以讀取服務(wù)器發(fā)送的文件內(nèi)容信息了。注意這里的服務(wù)器只有一個(gè)主線程，沒(méi)有其他任何派生線程，讓我們看看NIO是如何用一個(gè)線程處理N個(gè)請(qǐng)求的。
NIO服務(wù)器最核心的一點(diǎn)就是反應(yīng)器模式：當(dāng)有感興趣的事件發(fā)生的，就通知對(duì)
應(yīng)的事件處理器去處理這個(gè)事件，如果沒(méi)有，則不處理。所以使用一個(gè)線程做輪詢就可以了。當(dāng)然這里這是個(gè)例子，如果要獲得更高性能，可以使用少量的線程，一
個(gè)負(fù)責(zé)接收請(qǐng)求，其他的負(fù)責(zé)處理請(qǐng)求，特別是對(duì)于多CPU時(shí)效率會(huì)更高。
關(guān)于使用NIO過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題，最為普遍的就是為什么沒(méi)有請(qǐng)求時(shí)CPU的占
用率為100%？出現(xiàn)這種問(wèn)題的主要原因是注冊(cè)了不感興趣的事件，比如如果沒(méi)有數(shù)據(jù)要發(fā)到客戶端，而又注冊(cè)了寫事件（OP_WRITE），則在
Selector.select()上就會(huì)始終有事件出現(xiàn)，CPU就一直處理了，而此時(shí)select()應(yīng)該是阻塞的。
另外一個(gè)值得注意的問(wèn)題是：由于只使用了一個(gè)線程（多個(gè)線程也如此）處理用戶請(qǐng)求，所以要避免線程被阻塞，解決方法是事件的處理者必須要即刻返回，不能陷入循環(huán)中，否則會(huì)影響其他用戶的請(qǐng)求速度。
具體到本例子中，由于文件比較大，如果一次性發(fā)送整個(gè)文件（這里的一次性不是
指send整個(gè)文件內(nèi)容，而是通過(guò)while循環(huán)不間斷的發(fā)送分組包），則主線程就會(huì)阻塞，其他用戶就不能響應(yīng)了。這里的解決方法是當(dāng)有WRITE事件
時(shí)，僅僅是發(fā)送一個(gè)塊（比如4K字節(jié)）。發(fā)完后，繼續(xù)等待WRITE事件出現(xiàn)，依次處理，直到整個(gè)文件發(fā)送完畢，這樣就不會(huì)阻塞其他用戶了。
服務(wù)器的例子：
package nio.file;
import java.io.FileInputStream;
import java.io.IOException;
import java.net.InetSocketAddress;
import java.nio.ByteBuffer;
import java.nio.CharBuffer;
import java.nio.channels.FileChannel;
import java.nio.channels.SelectionKey;
import java.nio.channels.Selector;
import java.nio.channels.ServerSocketChannel;
import java.nio.channels.SocketChannel;
import java.nio.charset.Charset;
import java.nio.charset.CharsetDecoder;
import java.util.Iterator;
/**
* 測(cè)試文件下載的NIOServer
*
* @author tenyears.cn
*/
public class NIOServer {
static int BLOCK = 4096;
// 處理與客戶端的交互
public class HandleClient {
protected FileChannel channel;
protected ByteBuffer buffer;
public HandleClient() throws IOException {
this.channel = new FileInputStream(filename).getChannel();
this.buffer = ByteBuffer.allocate(BLOCK);
}
public ByteBuffer readBlock() {
try {
buffer.clear();
int count = channel.read(buffer);
buffer.flip();
if (count <= 0)
return null;
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
return buffer;
}
public void close() {
try {
channel.close();
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
protected Selector selector;
protected String filename = "d:\\bigfile.dat"; // a big file
protected ByteBuffer clientBuffer = ByteBuffer.allocate(BLOCK);
protected CharsetDecoder decoder;
public NIOServer(int port) throws IOException {
selector = this.getSelector(port);
Charset charset = Charset.forName("GB2312");
decoder = charset.newDecoder();
}
// 獲取Selector
protected Selector getSelector(int port) throws IOException {
ServerSocketChannel server = ServerSocketChannel.open();
Selector sel = Selector.open();
server.socket().bind(new InetSocketAddress(port));
server.configureBlocking(false);
server.register(sel, SelectionKey.OP_ACCEPT);
return sel;
}
// 監(jiān)聽(tīng)端口
public void listen() {
try {
for (;;) {
selector.select();
Iterator iter = selector.selectedKeys()
.iterator();
while (iter.hasNext()) {
SelectionKey key = iter.next();
iter.remove();
handleKey(key);
}
}
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
// 處理事件
protected void handleKey(SelectionKey key) throws IOException {
if (key.isAcceptable()) { // 接收請(qǐng)求
ServerSocketChannel server = (ServerSocketChannel) key.channel();
SocketChannel channel = server.accept();
channel.configureBlocking(false);
channel.register(selector, SelectionKey.OP_READ);
} else if (key.isReadable()) { // 讀信息
SocketChannel channel = (SocketChannel) key.channel();
int count = channel.read(clientBuffer);
if (count > 0) {
clientBuffer.flip();
CharBuffer charBuffer = decoder.decode(clientBuffer);
System.out.println("Client >>" + charBuffer.toString());
SelectionKey wKey = channel.register(selector,
SelectionKey.OP_WRITE);
wKey.attach(new HandleClient());
} else
channel.close();
clientBuffer.clear();
} else if (key.isWritable()) { // 寫事件
SocketChannel channel = (SocketChannel) key.channel();
HandleClient handle = (HandleClient) key.attachment();
ByteBuffer block = handle.readBlock();
if (block != null)
channel.write(block);
else {
handle.close();
channel.close();
}
}
}
public static void main(String[] args) {
int port = 12345;
try {
NIOServer server = new NIOServer(port);
System.out.println("Listernint on " + port);
while (true) {
server.listen();
}
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
} |
該代碼中，通過(guò)一個(gè)HandleClient來(lái)獲取文件的一塊數(shù)據(jù)，每一個(gè)客戶都會(huì)分配一個(gè)HandleClient的實(shí)例。
下面是客戶端請(qǐng)求的代碼，也比較簡(jiǎn)單，模擬100個(gè)用戶同時(shí)下載文件。
package nio.file;
import java.io.IOException;
import java.net.InetSocketAddress;
import java.nio.ByteBuffer;
import java.nio.CharBuffer;
import java.nio.channels.SelectionKey;
import java.nio.channels.Selector;
import java.nio.channels.SocketChannel;
import java.nio.charset.Charset;
import java.nio.charset.CharsetEncoder;
import java.util.Iterator;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
/**
* 文件下載客戶端
* @author tenyears.cn
*/
public class NIOClient {
static int SIZE = 100;
static InetSocketAddress ip = new InetSocketAddress("localhost",12345);
static CharsetEncoder encoder = Charset.forName("GB2312").newEncoder();
static class Download implements Runnable {
protected int index;
public Download(int index) {
this.index = index;
}
public void run() {
try {
long start = System.currentTimeMillis();
SocketChannel client = SocketChannel.open();
client.configureBlocking(false);
Selector selector = Selector.open();
client.register(selector, SelectionKey.OP_CONNECT);
client.connect(ip);
ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(8 * 1024);
int total = 0;
FOR: for (;;) {
selector.select();
Iterator iter = selector.selectedKeys()
.iterator();
while (iter.hasNext()) {
SelectionKey key = iter.next();
iter.remove();
if (key.isConnectable()) {
SocketChannel channel = (SocketChannel) key
.channel();
if (channel.isConnectionPending())
channel.finishConnect();
channel.write(encoder.encode(CharBuffer
.wrap("Hello from " + index)));
channel.register(selector, SelectionKey.OP_READ);
} else if (key.isReadable()) {
SocketChannel channel = (SocketChannel) key
.channel();
int count = channel.read(buffer);
if (count > 0) {
total += count;
buffer.clear();
} else {
client.close();
break FOR;
}
}
}
}
double last = (System.currentTimeMillis() - start) * 1.0 / 1000;
System.out.println("Thread " + index + " downloaded " + total
+ "bytes in " + last + "s.");
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
public static void main(String[] args) throws IOException {
ExecutorService exec = Executors.newFixedThreadPool(SIZE);
for (int index = 0; index < SIZE; index++) {
exec.execute(new Download(index));
}
exec.shutdown();
}
}
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