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Reactor模式和NIO

板桥里人 jdon.com 2002/11/08

本文可看成是对Doug Lea Scalable IO in Java一文的翻译。

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

经典的网络服务的设计如下图,在每个线程中完成对数据的处理:

但这种模式在用户负载增加时,性能将下降非常的快。我们需要重新寻找一个新的方案,保持数据处理的流畅,很显然,事件触发机制是最好的解决办法,当有事件发生时,会触动handler,然后开始数据的处理。

Reactor模式类似于AWT中的Event处理:

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

如图:

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:


public class Reactor implements Runnable{

  final Selector selector;
  final ServerSocketChannel serverSocket;

  Reactor(int port) throws IOException {
    selector = Selector.open();
    serverSocket = ServerSocketChannel.open();
    InetSocketAddress address = new InetSocketAddress(InetAddress.getLocalHost(),port);
    serverSocket.socket().bind(address);

    serverSocket.configureBlocking(false);
    //向selector注册该channel
     SelectionKey sk =serverSocket.register(selector,SelectionKey.OP_ACCEPT);

    logger.debug("-->Start serverSocket.register!");

    //利用sk的attache功能绑定Acceptor 如果有事情,触发Acceptor
    sk.attach(new Acceptor());
    logger.debug("-->attach(new Acceptor()!");
  }


  public void run() { // normally in a new Thread
    try {
    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SocketReadHandler
        dispatch((SelectionKey)(it.next()));
        selected.clear();
      }
    }catch (IOException ex) {
        logger.debug("reactor stop!"+ex);
    }
  }

  //运行Acceptor或SocketReadHandler
  void dispatch(SelectionKey k) {
    Runnable r = (Runnable)(k.attachment());
    if (r != null){
      // r.run();

    }
  }

  class Acceptor implements Runnable { // inner
    public void run() {
    try {
      logger.debug("-->ready for accept!");
      SocketChannel c = serverSocket.accept();
      if (c != null)
        //调用Handler来处理channel
        new SocketReadHandler(selector, c);
      }
    catch(IOException ex) {
      logger.debug("accept stop!"+ex);
    }
    }
  }
}

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:

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) {
  }

}

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。

将数据读出后,可以将这些数据处理线程做成一个线程池,这样,数据读出后,立即扔到线程池中,这样加速处理速度:

更进一步,我们可以使用多个Selector分别处理连接和读事件。

一个高性能的Java网络服务机制就要形成,激动人心的集群并行计算即将实现。

Scalable IO in Java原文

NIO原理与应用

用NIO开发一个高性能聊天系统

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