Java NIO 非阻塞Socket服务器构建
推荐阅读IBM developerWorks中NIO的入门教程,尤其是对块I/O和流I/O不太清楚的开发者。
说到socket服务器,第一反应是java.net.Socket这个类。事实上在并发和响应时间要求不高的场合,是可以用java.net.Socket来实现的,比如写一个局域网聊天工具、发送文件等。但它的缺点也很明显,需要自行对接受的线程进行维护,管理缓冲区的分配等,我尝试过用java.net.Socket完成一个瞬时负载在千人左右的服务器,却因后期改动和维护异常麻烦而放弃。
Java自1.4以后,加入了新IO特性,这便是本文要介绍的NIO。下面是一段服务器的示例代码(引用自xpbug的Blog):
public class EchoServer {
public static SelectorLoop connectionBell;
public static SelectorLoop readBell;
public boolean isReadBellRunning=false;
public static void main(String[] args) throws IOException {
new EchoServer().startServer();
}
// 启动服务器
public void startServer() throws IOException {
// 准备好一个闹钟.当有链接进来的时候响.
connectionBell = new SelectorLoop();
// 准备好一个闹装,当有read事件进来的时候响.
readBell = new SelectorLoop();
// 开启一个server channel来监听
ServerSocketChannel ssc = ServerSocketChannel.open();
// 开启非阻塞模式
ssc.configureBlocking(false);
ServerSocket socket = ssc.socket();
socket.bind(new InetSocketAddress("localhost",7878));
// 给闹钟规定好要监听报告的事件,这个闹钟只监听新连接事件.
ssc.register(connectionBell.getSelector(), SelectionKey.OP_ACCEPT);
new Thread(connectionBell).start();
}
// Selector轮询线程类
public class SelectorLoop implements Runnable {
private Selector selector;
private ByteBuffer temp = ByteBuffer.allocate(1024);
public SelectorLoop() throws IOException {
this.selector = Selector.open();
}
public Selector getSelector() {
return this.selector;
}
@Override
public void run() {
while(true) {
try {
// 阻塞,只有当至少一个注册的事件发生的时候才会继续.
this.selector.select();
Set<SelectionKey> selectKeys = this.selector.selectedKeys();
Iterator<SelectionKey> it = selectKeys.iterator();
while (it.hasNext()) {
SelectionKey key = it.next();
it.remove();
// 处理事件. 可以用多线程来处理.
this.dispatch(key);
}
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
public void dispatch(SelectionKey key) throws IOException, InterruptedException {
if (key.isAcceptable()) {
// 这是一个connection accept事件, 并且这个事件是注册在serversocketchannel上的.
ServerSocketChannel ssc = (ServerSocketChannel) key.channel();
// 接受一个连接.
SocketChannel sc = ssc.accept();
// 对新的连接的channel注册read事件. 使用readBell闹钟.
sc.configureBlocking(false);
sc.register(readBell.getSelector(), SelectionKey.OP_READ);
// 如果读取线程还没有启动,那就启动一个读取线程.
synchronized(EchoServer.this) {
if (!EchoServer.this.isReadBellRunning) {
EchoServer.this.isReadBellRunning = true;
new Thread(readBell).start();
}
}
} else if (key.isReadable()) {
// 这是一个read事件,并且这个事件是注册在socketchannel上的.
SocketChannel sc = (SocketChannel) key.channel();
// 写数据到buffer
int count = sc.read(temp);
if (count < 0) {
// 客户端已经断开连接.
key.cancel();
sc.close();
return;
}
// 切换buffer到读状态,内部指针归位.
temp.flip();
String msg = Charset.forName("UTF-8").decode(temp).toString();
System.out.println("Server received ["+msg+"] from client address:" + sc.getRemoteAddress());
Thread.sleep(1000);
// echo back.
sc.write(ByteBuffer.wrap(msg.getBytes(Charset.forName("UTF-8"))));
// 清空buffer
temp.clear();
}
}
}
}
此外,还有一个看上去更“规范”的示例《ServerSocketChannel与SocketChannel的使用》,这里就不再引用了。
OK,原文的注释已经很详细了,这里进一步解析这段代码。
首先是java.nio.channels.ServerSocketChannel这个类,引用官方的描述:
public abstract class ServerSocketChannelextends AbstractSelectableChannelA selectable channel for stream-oriented listening sockets.
Server-socket channels are not a complete abstraction of listening network sockets. Binding and the manipulation of socket options must be done through an associated
ServerSocketobject obtained by invoking thesocketmethod. It is not possible to create a channel for an arbitrary, pre-existing server socket, nor is it possible to specify theSocketImplobject to be used by a server socket associated with a server-socket channel.A server-socket channel is created by invoking the
openmethod of this class. A newly-created server-socket channel is open but not yet bound. An attempt to invoke theacceptmethod of an unbound server-socket channel will cause aNotYetBoundExceptionto be thrown. A server-socket channel can be bound by invoking one of thebindmethods of an associated server socket.Server-socket channels are safe for use by multiple concurrent threads.
再看选择器Selector的用法:请戳这里。
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