Reactor模式和NIO
執行緒狀態轉換圖
就是非阻塞IO 採用多路分發方式
舉個例子吧,你伺服器做一個聊天室,按照以前的阻塞式IO,你必須為每個連線建立一個執行緒 因為當你呼叫如 in.read(buf)時,執行緒會阻塞在這裡。而採用nio,只要註冊了事件,它內部採用反應模式,當有IO事件發生時,再排程它,而不用等待在那裡.
當前分散式計算 Web Services盛行天下,這些網路服務的底層都離不開對socket的操作。他們都有一個共同的結構:
1. Read request
2. Decode request
3. Process service
4. Encode reply
5. Send reply
經典的網路服務的設計如下圖,在每個執行緒中完成對資料的處理:
但這種模式在使用者負載增加時,效能將下降非常的快。我們需要重新尋找一個新的方案,保持資料處理的流暢,很顯然,事件觸發機制是最好的解決辦法,當有事件發生時,會觸動handler,然後開始資料的處理。
Reactor模式類似於AWT中的Event處理:
Reactor模式參與者
1.Reactor 負責響應IO事件,一旦發生,廣播發送給相應的Handler去處理,這類似於AWT的thread
2.Handler 是負責非堵塞行為,類似於AWT ActionListeners;同時負責將handlers與event事件繫結,類似於AWT addActionListener
如圖:
Java的NIO為reactor模式提供了實現的基礎機制,它的Selector當發現某個channel有資料時,會通過SlectorKey來告知我們,在此我們實現事件和handler的繫結。
我們來看看Reactor模式程式碼:
public class Reactor implements Runnable{ final Selector selector; Reactor(int port) throws IOException {
//執行Acceptor或SocketReadHandler } class Acceptor implements Runnable { // inner |
以上程式碼中巧妙使用了SocketChannel的attach功能,將Hanlder和可能會發生事件的channel連結在一起,當發生事件時,可以立即觸發相應連結的Handler。
再看看Handler程式碼:
public class SocketReadHandler implements Runnable { public static Logger logger = Logger.getLogger(SocketReadHandler.class); private Test test=new Test(); final SocketChannel socket; public SocketReadHandler(Selector sel, SocketChannel c) socket = c; socket.configureBlocking(false); //將SelectionKey繫結為本Handler 下一步有事件觸發時,將呼叫本類的run方法。 public void run() {
ByteBuffer input = ByteBuffer.allocate(1024); int bytesRead = socket.read(input); ...... //啟用執行緒池 處理這些request .....
|
注意在Handler裡面又執行了一次attach,這樣,覆蓋前面的Acceptor,下次該Handler又有READ事件發生時,將直接觸發Handler.從而開始了資料的讀 處理 寫 發出等流程處理。
將資料讀出後,可以將這些資料處理執行緒做成一個執行緒池,這樣,資料讀出後,立即扔到執行緒池中,這樣加速處理速度:
更進一步,我們可以使用多個Selector分別處理連線和讀事件。
一個高效能的Java網路服務機制就要形成,激動人心的叢集平行計算即將實現。
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Java NIO非堵塞應用通常適用用在I/O讀寫等方面,我們知道,系統執行的效能瓶頸通常在I/O讀寫,包括對埠和檔案的操作上,過去,在開啟一個I/O通道後,read()將一直等待在埠一邊讀取位元組內容,如果沒有內容進來,read()也是傻傻的等,這會影響我們程式繼續做其他事情,那麼改進做法就是開設執行緒,讓執行緒去等待,但是這樣做也是相當耗費資源的。
Java NIO非堵塞技術實際是採取Reactor模式,或者說是Observer模式為我們監察I/O埠,如果有內容進來,會自動通知我們,這樣,我們就不必開啟多個執行緒死等,從外界看,實現了流暢的I/O讀寫,不堵塞了。
Java NIO出現不只是一個技術性能的提高,你會發現網路上到處在介紹它,因為它具有里程碑意義,從JDK1.4開始,Java開始提高效能相關的功能,從而使得Java在底層或者並行分散式計算等操作上已經可以和C或Perl等語言並駕齊驅。
如果你至今還是在懷疑Java的效能,說明你的思想和觀念已經完全落伍了,Java一兩年就應該用新的名詞來定義。從JDK1.5開始又要提供關於執行緒、併發等新效能的支援,Java應用在遊戲等適時領域方面的機會已經成熟,Java在穩定自己中介軟體地位後,開始蠶食傳統C的領域。
本文主要簡單介紹NIO的基本原理,在下一篇文章中,將結合Reactor模式和著名執行緒大師Doug Lea的一篇文章深入討論。
NIO主要原理和適用。
NIO 有一個主要的類Selector,這個類似一個觀察者,只要我們把需要探知的socketchannel告訴Selector,我們接著做別的事情,當有事件發生時,他會通知我們,傳回一組SelectionKey,我們讀取這些Key,就會獲得我們剛剛註冊過的socketchannel,然後,我們從這個Channel中讀取資料,放心,包準能夠讀到,接著我們可以處理這些資料。
Selector內部原理實際是在做一個對所註冊的channel的輪詢訪問,不斷的輪詢(目前就這一個演算法),一旦輪詢到一個channel有所註冊的事情發生,比如資料來了,他就會站起來報告,交出一把鑰匙,讓我們通過這把鑰匙來讀取這個channel的內容。
瞭解了這個基本原理,我們結合程式碼看看使用,在使用上,也在分兩個方向,一個是執行緒處理,一個是用非執行緒,後者比較簡單,看下面程式碼:
import java.io.*; import java.nio.*; import java.nio.channels.*; import java.nio.channels.spi.*; import java.net.*; import java.util.*; /** public class NBTest {
public void startServer() throws Exception //向Selector註冊Channel及我們有興趣的事件 while(true) //不斷的輪詢 }
s = "Att: " + (sk.attachment() == null ? "no" : "yes");
} |
這是一個守候在埠9000的noblock server例子,如果我們編制一個客戶端程式,就可以對它進行互動操作,或者使用telnet 主機名 90000 可以連結上。
通過仔細閱讀這個例程,相信你已經大致瞭解NIO的原理和使用方法,下一篇,我們將使用多執行緒來處理這些資料,再搭建一個自己的Reactor模式。