从Java 1.4开始提供的NIO API常用于开发高性能网络服务器,本文演示了如何用这个API开发一个TCP Echo Server。
Java网络服务器编程 一文演示了如何使用Java的Socket API编写一个简单的TCP Echo Server。其阻塞式IO的处理方式虽然简单,但每个客户端都需要一个单独的Thread来处理,当服务器需要同时处理大量客户端时,这种做法不再可行。使用NIO API可以让一个或有限的几个Thread同时处理连接到服务器上的所有客户端。(关于NIO API的一些介绍,可以在Java NIO API详解一文中找到。)
NIO API答应一个线程通过Selector对象同时监控多个SelectableChannel来处理多路IO,NIO应用程序一般按下图所示工作:
Figure 1
如Figure 1 所示,Client一直在循环地进行select操作,每次select()返回以后,通过selectedKeys()可以得到需要处理的SelectableChannel并对其一一处理。
这样做虽然简单但也有个问题,当有不同类型的SelectableChannel需要做不同的IO处理时,在图中Client的代码就需要判定channel的类型然后再作相应的操作,这往往意味着一连串的if else。更糟糕的是,每增加一种新的channel,不但需要增加相应的处理代码,还需要对这一串if else进行维护。(在本文的这个例子中,我们有ServerSocketChannel和SocketChannel这两种channel需要分别被处理。)
假如考虑将channel及其需要的IO处理进行封装,抽象出一个统一的接口,就可以解决这一问题。在Listing 1中的NioSession就是这个接口。
NioSession的channel()方法返回其封装的SelectableChannel对象,interestOps()返回用于这个channel注册的interestOps。registered()是当SelectableChannel被注册后调用的回调函数,通过这个回调函数,NioSession可以得到channel注册后的SelectionKey。process()函数则是NioSession接口的核心,这个方法抽象了封装的SelectableChannel所需的IO处理逻辑。
Listing 1:
public interface NioSession {
public SelectableChannel channel();
public int interestOps();
public void registered(SelectionKey key);
public void process();
}
和NioSession一起工作的是NioWorker这个类(Listing 2),它是NioSession的调用者,封装了一个Selector对象和Figure 1中循环select操作的逻辑。理解这个类可以帮助我们了解该如何使用NioSession这个接口。
NioWorker实现了Runnable接口,循环select操作的逻辑就在run()方法中。在NioWorker – NioSession这个框架中,NioSession在channel注册的时候会被作为attachment送入register函数,这样,在每次select()操作的循环中,对于selectedKeys()中的每一个SelectionKey,我们都可以通过attachment拿到其相对应的NioSession然后调用其process()方法。
每次select()循环还有一个任务,就是将通过add()方法加入到这个NioWorker的NioSession注册到Selector上。在Listing 2的代码中可以看出,NioSession中的channel()被取出并注册在Selector上,注册所需的interestOps从NioSession中取出,NioSession本身则作为attachment送入register()函数。