NIO原理剖析與Netty初步----淺談高效能伺服器開發（一）

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    在博主不長的工作經曆中，NIO用的並不多，由於使用原生的Java NIO編程的複雜性，大多數時候我們會選擇Netty，mina等開源架構，但理解NIO的原理就不重要了嗎？恰恰相反，理解NIO底層機制是理解這一切的基礎，由此我總結一下當初學習NIO時的筆記，以便後續複習。

     以下是我理解的Java原生NIO開發大致流程:

    

       大致描述的是服務端的NIO操作。

第一步，綁定一個服務的連接埠

       這與傳統阻塞IO中的ServerSocket類似，沒什麼好說的

第二步，開啟通道管理器Selector並在Selector上註冊一個事件

      當註冊的事件發生時，Selector.select()會返回，否則一直阻塞。這一步很有意思，也是NIO第一個與傳統IO不同的地方，NIO通過一個Selector線程可以管理大量用戶端串連，反之傳統IO一個用戶端串連進來必須建立一個新的線程為它服務(當然你可以使用串連池)，我們知道線程對服務端來說是十分寶貴的資源，一個服務端進程所包含的線程是有   限的；此外，每個線程會佔用一定的記憶體空間，過多的線程可能導致記憶體溢出，這種情況下你可能會到想對虛擬機器進行調優，比如通過修改參數-Xss限制單個線程大小，但這又可   能導致StackOverFlow；另外，線程調度需要切換上下文，對於作業系統，它需要通過TCB(線程式控制制塊)來對線程進行調度，過多的環境切換浪費了CPU時間，降低了系統效     率。

第三步，輪循訪問Selector，當註冊的事件到達時，方法返回

   下面的代碼可以看到，方法整體是一個死迴圈，輪詢訪問Selector，發生某些已經註冊在Selector上的事件時，該方法返回。可以通過selector.selectedKeys擷取發生的事件，

該方法返回的是一個泛型集合Set<SelectionKey>，遍曆這個集合與遍曆普通集合沒有什麼不同，這裡我們通過迭代器迭代的原因是我們需要刪除已經處理的Key，避免重複處理：

public void listen() throws IOException {// 輪詢訪問selector        while (true) {            // 當註冊的事件到達時，方法返回；否則,該方法會一直阻塞            selector.select();            // 獲得selector中選中的項的迭代器，選中的項為註冊的事件            Iterator<?> ite = this.selector.selectedKeys().iterator();            while (ite.hasNext()) {                SelectionKey key = (SelectionKey) ite.next();                //刪除已選的key,以防重複處理                ite.remove();　　　　　　　　　//這裡可以寫我們自己的處理邏輯                handle(key);            }        }}

   在第二步時，已經在Selector上註冊了Accept事件，當這裡的selector.select()返回時，代表用戶端已經可以串連了，在handle方法裡可以處理這個事件：

public void handle(SelectionKey key) throws IOException {    // 用戶端請求串連事件    if (key.isAcceptable()){
      //從Key裡可以很方便的取到註冊這個事件的Channel

        ServerSocketChannel server = (ServerSocketChannel) key.channel();
        // 獲得和用戶端串連的通道
        SocketChannel channel = server.accept();
        // 設定成非阻塞
        channel.configureBlocking(false);

        logger.info("用戶端已經串連！");

        //用戶端串連在通道管理器Selector上註冊讀事件

        channel.register(this.selector, SelectionKey.OP_READ);

    }}

    上面的代碼很簡單，我們通過key擷取到註冊它的那個Channel，在這裡是ServerSocketChannel，通過server.accept()擷取用戶端串連，這裡同樣可以類比到傳統的阻塞

IO，在阻塞IO中我們可以通過ServerSocket.accept擷取到socket，唯一不同的是，阻塞IO中的accept方法是阻塞操作，而NIO中是非阻塞的。

    當然，僅僅是串連到用戶端並沒有什麼用處，服務端需要有讀寫資料的能力，比如你可以用NIO實現一個Http伺服器(當然最佳實務使用Netty等架構)。所以我們需要在Selector

上註冊讀事件，同樣，當讀事件發生時，執行我們自己的商務邏輯。下面是修改後的代碼：

public void handle(SelectionKey key) throws IOException {    if (key.isAcceptable()){        ServerSocketChannel server = (ServerSocketChannel) key.channel();        SocketChannel channel = server.accept();        channel.configureBlocking(false);        logger.info("用戶端已經串連！");        channel.register(this.selector, SelectionKey.OP_READ);    } else if(key.isReadable()){        SocketChannel channel = (SocketChannel) key.channel();        // 建立讀取緩衝        ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024);        //讀取到Buffer中        int read = channel.read(buffer);        if(read > 0){            byte[] data = buffer.array();            String msg = new String(data).trim();            logger.info("receive msg: {}",msg)                        //回寫資料            ByteBuffer outBuffer = ByteBuffer.wrap("OK".getBytes());            channel.write(outBuffer);        }else{            logger.info("client closed!!!");            key.cancel();        }    }} 

總結

     本文大致講述了使用NIO進行伺服器端開發的大致流程，但代碼顯然仍然存在問題，其一是我們只使用了一個線程執行所有操作，包括接收用戶端串連，讀取資料，返回資料，對於這個簡單的Demo來說已經足夠了，但在實際的伺服器開發中，例如你想使用NIO開發自己的HTTP伺服器，伺服器本地需要做大量操作，包括解析使用者請求，根據請求路由到某一個Action執行商務邏輯，這其中又很可能某些資料從資料庫讀取，渲染模板等操作，十分耗時，這無疑又稱為系統的瓶頸，再者，使用單一線程不能充分利用多核CPU提供的計算能力。下一篇中會看到，在基於Reactor模型的Netty中，會使用一個Boss線程接收用戶端請求，使用多個Worker線程執行具體的商務邏輯。

    

 

  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

     

 

     

   

NIO原理剖析與Netty初步----淺談高效能伺服器開發（一）