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SelectorSelector 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0if (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();}}}

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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

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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

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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:

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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channelSelectionKey.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Acceptorsk.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 Threadtry {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SocketReadHandlerdispatch((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 { // innerpublic 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);}}}}

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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) {}}}

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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。