從JDK 1.4開始，Java的標準庫中就包含了NIO，即所謂的“NewIO”。其中最重要的功能就是提供了“非阻塞”的IO，當然包括了Socket。NonBlocking的IO就是對select(Unix平臺下)以及WaitForMultipleObjects(Windows平臺)的封裝，提供了高性能、易伸縮的服務架構(gòu)。
說來慚愧，直到JDK1.4才有這種功能，但遲到者不一定沒有螃蟹吃，NIO就提供了優(yōu)秀的面向?qū)ο蟮慕鉀Q方案，可以很方便地編寫高性能的服務器。
話說回來，傳統(tǒng)的Server/Client實現(xiàn)是基于Thread per request，即服務器為每個客戶端請求建立一個線程處理，單獨負責處理一個客戶的請求。比如像Tomcat（新版本也會提供NIO方案）、Resin等Web服務器就是這樣實現(xiàn)的。當然為了減少瞬間峰值問題，服務器一般都使用線程池，規(guī)定了同時并發(fā)的最大數(shù)量，避免了線程的無限增長。
但這樣有一個問題：如果線程池的大小為100，當有100個用戶同時通過HTTP現(xiàn)在一個大文件時，服務器的線程池會用完，因為所有的線程都在傳輸大文件了，即使第101個請求者僅僅請求一個只有10字節(jié)的頁面，服務器也無法響應了，只有等到線程池中有空閑的線程出現(xiàn)。
另外，線程的開銷也是很大的，特別是達到了一個臨界值后，性能會顯著下降，這也限制了傳統(tǒng)的Socket方案無法應對并發(fā)量大的場合，而“非阻塞”的IO就能輕松解決這個問題。
下面只是一個簡單的例子：服務器提供了下載大型文件的功能，客戶端連接上服務器的12345端口后，就可以讀取服務器發(fā)送的文件內(nèi)容信息了。注意這里的服務器只有一個主線程，沒有其他任何派生線程，讓我們看看NIO是如何用一個線程處理N個請求的。
NIO服務器最核心的一點就是反應器模式：當有感興趣的事件發(fā)生的，就通知對應的事件處理器去處理這個事件，如果沒有，則不處理。所以使用一個線程做輪詢就可以了。當然這里這是個例子，如果要獲得更高性能，可以使用少量的線程，一個負責接收請求，其他的負責處理請求，特別是對于多CPU時效率會更高。
關于使用NIO過程中出現(xiàn)的問題，最為普遍的就是為什么沒有請求時CPU的占用率為100%？出現(xiàn)這種問題的主要原因是注冊了不感興趣的事件，比如如果沒有數(shù)據(jù)要發(fā)到客戶端，而又注冊了寫事件（OP_WRITE），則在Selector.select()上就會始終有事件出現(xiàn)，CPU就一直處理了，而此時select()應該是阻塞的。
另外一個值得注意的問題是：由于只使用了一個線程（多個線程也如此）處理用戶請求，所以要避免線程被阻塞，解決方法是事件的處理者必須要即刻返回，不能陷入循環(huán)中，否則會影響其他用戶的請求速度。
具體到本例子中，由于文件比較大，如果一次性發(fā)送整個文件（這里的一次性不是指send整個文件內(nèi)容，而是通過while循環(huán)不間斷的發(fā)送分組包），則主線程就會阻塞，其他用戶就不能響應了。這里的解決方法是當有WRITE事件時，僅僅是發(fā)送一個塊（比如4K字節(jié)）。發(fā)完后，繼續(xù)等待WRITE事件出現(xiàn)，依次處理，直到整個文件發(fā)送完畢，這樣就不會阻塞其他用戶了。
服務器的例子：
package nio.file; |
該代碼中，通過一個HandleClient來獲取文件的一塊數(shù)據(jù)，每一個客戶都會分配一個HandleClient的實例。
下面是客戶端請求的代碼，也比較簡單，模擬100個用戶同時下載文件。
package nio.file;
import java.io.IOException;
import java.net.InetSocketAddress;
import java.nio.ByteBuffer;
import java.nio.CharBuffer;
import java.nio.channels.SelectionKey;
import java.nio.channels.Selector;
import java.nio.channels.SocketChannel;
import java.nio.charset.Charset;
import java.nio.charset.CharsetEncoder;
import java.util.Iterator;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
/**
* 文件下載客戶端
* @author tenyears.cn
*/
public class NIOClient {
static int SIZE = 100;
static InetSocketAddress ip = new InetSocketAddress("localhost",12345);
static CharsetEncoder encoder = Charset.forName("GB2312").newEncoder();
static class Download implements Runnable {
protected int index;
public Download(int index) {
this.index = index;
}
public void run() {
try {
long start = System.currentTimeMillis();
SocketChannel client = SocketChannel.open();
client.configureBlocking(false);
Selector selector = Selector.open();
client.register(selector, SelectionKey.OP_CONNECT);
client.connect(ip);
ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(8 * 1024);
int total = 0;
FOR: for (;;) {
selector.select();
Iterator
.iterator();
while (iter.hasNext()) {
SelectionKey key = iter.next();
iter.remove();
if (key.isConnectable()) {
SocketChannel channel = (SocketChannel) key
.channel();
if (channel.isConnectionPending())
channel.finishConnect();
channel.write(encoder.encode(CharBuffer
.wrap("Hello from " + index)));
channel.register(selector, SelectionKey.OP_READ);
} else if (key.isReadable()) {
SocketChannel channel = (SocketChannel) key
.channel();
int count = channel.read(buffer);
if (count > 0) {
total += count;
buffer.clear();
} else {
client.close();
break FOR;
}
}
}
}
double last = (System.currentTimeMillis() - start) * 1.0 / 1000;
System.out.println("Thread " + index + " downloaded " + total
+ "bytes in " + last + "s.");
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
public static void main(String[] args) throws IOException {
ExecutorService exec = Executors.newFixedThreadPool(SIZE);
for (int index = 0; index < SIZE; index++) {
exec.execute(new Download(index));
}
exec.shutdown();
}
}
