大纲
1.网络编程简介
2.BIO网络编程
3.AIO网络编程
4.NIO网络编程之Buffer
5.NIO网络编程之实战
6.NIO网络编程之Reactor模式
5.NIO网络编程之Buffer
(1)Buffer的作用
Buffer的作用是方便读写通道(Channel)中的数据。首先数据是从通道(Channel)读入缓冲区,从缓冲区写入通道(Channel)的。应用程序发送数据时,会先将数据写入缓冲区,然后再通过通道发送缓冲区的数据。应用数据读取数据时,会先将数从通道中读到缓冲区,然后再读取缓冲区的数据。
缓冲区本质上是一块可以写入数据、可以读取数据的内存。这块内存被包装成NIO的Buffer对象,并提供了一组方法用来方便访问该块内存。所以Buffer的本质是一块可以写入数据、可以读取数据的内存。
(2)Buffer的重要属性
一.capacity
Buffer作为一个内存块有一个固定的大小值,叫capacity。我们只能往Buffer中写capacity个byte、long,char等类型。一旦Buffer满了,需要将其清空(读取数据或清除数据)才能继续写数据。
二.position
当往Buffer中写数据时,position表示当前的位置,position的初始值为0。当一个数据写到Buffer后,position会移动到下一个可插入数据的位置。所以position的最大值为capacity – 1。
当从Buffer中读取数据时,需要从某个特定的position位置读数据。如果将Buffer从写模式切换到读模式,那么position会被重置为0。当从Buffer的position处读到一个数据时,position会移动到下一个可读位置。
三.limit
在写模式下,Buffer的limit表示最多能往Buffer里写多少数据。在写模式下,Buffer的limit等于Buffer的capacity。
当Buffer从写模式切换到读模式时, limit表示最多能读到多少数据。因此,当Buffer切换到读模式时,limit会被设置成写模式下的position值。
(3)Buffer的分配
要想获得一个Buffer对象首先要进行分配,每一个Buffer类都有allocate()方法。可以在堆上分配,也可以在直接内存上分配。
//分配一个capacity为48字节的ByteBuffer的例子
ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocate(48);//分配一个capacity为1024个字符的CharBuffer的例子
CharBuffer buf = CharBuffer.allocate(1024);
一般建议使用在堆上分配。如果应用偏计算,就用堆上分配。如果应用偏网络通讯频繁,就用直接内存。
wrap()方法可以把一个byte数组或byte数组的一部分包装成ByteBuffer对象。
ByteBuffer wrap(byte [] array);
ByteBuffer wrap(byte [] array, int offset, int length);
Buffer分配的例子:
//类说明: Buffer的分配
public class AllocateBuffer {//输出结果如下://----------Test allocate--------//before allocate, 虚拟机可用的内存大小: 253386384//buffer = java.nio.HeapByteBuffer[pos=0 lim=102400000 cap=102400000]//after allocate, 虚拟机可用的内存大小: 150986368//directBuffer = java.nio.DirectByteBuffer[pos=0 lim=102400000 cap=102400000]//after direct allocate, 虚拟机可用的内存大小: 150986368//----------Test wrap--------//java.nio.HeapByteBuffer[pos=0 lim=32 cap=32]//java.nio.HeapByteBuffer[pos=10 lim=20 cap=32]public static void main(String[] args) {System.out.println("----------Test allocate--------");System.out.println("before allocate, 虚拟机可用的内存大小: " + Runtime.getRuntime().freeMemory());//堆上分配ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(102400000);System.out.println("buffer = " + buffer);System.out.println("after allocate, 虚拟机可用的内存大小: " + Runtime.getRuntime().freeMemory());//这部分用的直接内存ByteBuffer directBuffer = ByteBuffer.allocateDirect(102400000);System.out.println("directBuffer = " + directBuffer);System.out.println("after direct allocate, 虚拟机可用的内存大小: " + Runtime.getRuntime().freeMemory());System.out.println("----------Test wrap--------");byte[] bytes = new byte[32];buffer = ByteBuffer.wrap(bytes);System.out.println(buffer);buffer = ByteBuffer.wrap(bytes, 10, 10);System.out.println(buffer);}
}
(4)Buffer的读写
一.向Buffer中写数据
将数据写到Buffer有两种方式:
方式一:从Channel读出数据写到Buffer
方式二:通过Buffer的put()方法将数据写到Buffer
//从Channel写到Buffer的例子
int bytesRead = inChannel.read(buf);//从channel读出数据写到buffer
//通过put()方法将数据写到Buffer的例子
buf.put(127);
二.从Buffer中读取数据
从Buffer中读取数据有两种方式:
方式一:从Buffer中读取数据写入到Channel
方式二:使用get()方法从Buffer中读取数据
//从Buffer读取数据到Channel的例子
int bytesWritten = inChannel.write(buf);
//使用get()方法从Buffer中读取数据的例子
byte aByte = buf.get();
三.使用Buffer读写数据常见步骤
步骤一:写入数据到Buffer
步骤二:调用flip()方法
步骤三:从Buffer中读取数据
步骤四:调用clear()方法或compact()方法
flip()方法会将Buffer从写模式切换到读模式,调用flip()方法会将position设回0,并将limit设置成之前的position值。
当向buffer写入数据时,buffer会记录下写了多少数据。一旦要读取数据,需要通过flip()方法将Buffer从写模式切换到读模式。在读模式下,可以读取之前写入到buffer的所有数据。一旦读完了所有的数据,就需要清空缓冲区,让它可以再次被写入。
有两种方式能清空缓冲区:调用clear()方法或compact()方法。clear()方法会清空整个缓冲区,compact()方法只会清除已经读过的数据。任何未读的数据都被移到缓冲区的起始处,新写入的数据将放到缓冲区未读数据的后面。
四.其他常用操作
操作一:rewind()方法
Buffer.rewind()将position设回0,所以可以重读Buffer中的所有数据。limit保持不变,仍然表示能从Buffer中读取多少个元素(byte、char等)。
操作二:clear()与compact()方法
一旦读取完Buffer中的数据,需要让Buffer准备好再次被写入,这时候可以通过clear()方法或compact()方法来完成。
如果调用的是clear()方法,position将被设为0,limit被设为capacity的值。此时Buffer被认为是清空了,但是Buffer中的数据并未清除,只是这些标记能告诉我们可以从哪里开始往Buffer里写数据。
如果Buffer中有一些未读的数据,调用clear()方法,数据将被遗忘。意味着不再有任何标记会告诉你哪些数据被读过,哪些还没有。
如果Buffer中仍有未读的数据,且后续还需要这些数据,但是此时想要先写些数据,那么可以使用compact()方法。compact()方法会将所有未读的数据拷贝到Buffer起始处,然后将position设到最后一个未读元素正后面,limit属性依然像clear()方法一样设置成capacity。现在Buffer准备好写数据了,但是不会覆盖未读的数据。
操作三:mark()与reset()方法
通过调用Buffer.mark()方法,可以标记Buffer中的一个特定position,之后可以通过调用Buffer.reset()方法恢复到这个position。
//类说明: Buffer方法演示
public class BufferMethod {public static void main(String[] args) {System.out.println("------Test get-------------");ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(32);buffer.put((byte) 'a')//0.put((byte) 'b')//1.put((byte) 'c')//2.put((byte) 'd')//3.put((byte) 'e')//4.put((byte) 'f');//5//before flip()java.nio.HeapByteBuffer[pos=6 lim=32 cap=32]System.out.println("before flip()" + buffer);//转换为读取模式: pos置为0, lim置为转换前pos的值buffer.flip();//before get():java.nio.HeapByteBuffer[pos=0 lim=6 cap=32]System.out.println("before get():" + buffer);//get()会影响position的位置, 这是相对取;System.out.println((char) buffer.get());//after get():java.nio.HeapByteBuffer[pos=1 lim=6 cap=32]System.out.println("after get():" + buffer);//get(index)不影响position的值, 这是绝对取;System.out.println((char) buffer.get(2));//after get(index):java.nio.HeapByteBuffer[pos=1 lim=6 cap=32]System.out.println("after get(index):" + buffer);byte[] dst = new byte[10];//position移动两位buffer.get(dst, 0, 2);//after get(dst, 0, 2):java.nio.HeapByteBuffer[pos=3 lim=6 cap=32]System.out.println("after get(dst, 0, 2):" + buffer);System.out.println("dst:" + new String(dst));//dst:bcSystem.out.println("--------Test put-------");ByteBuffer bb = ByteBuffer.allocate(32);//before put(byte):java.nio.HeapByteBuffer[pos=0 lim=32 cap=32]System.out.println("before put(byte):" + bb);//put()不带索引会改变pos, after put(byte):java.nio.HeapByteBuffer[pos=1 lim=32 cap=32]System.out.println("after put(byte):" + bb.put((byte) 'z'));//put(2,(byte) 'c')不改变position的位置bb.put(2, (byte) 'c');//after put(2,(byte) 'c'):java.nio.HeapByteBuffer[pos=1 lim=32 cap=32]System.out.println("after put(2,(byte) 'c'):" + bb);System.out.println(new String(bb.array()));//这里的buffer是abcdef[pos=3 lim=6 cap=32]bb.put(buffer);//after put(buffer):java.nio.HeapByteBuffer[pos=4 lim=32 cap=32]System.out.println("after put(buffer):" + bb);System.out.println(new String(bb.array()));System.out.println("--------Test reset----------");buffer = ByteBuffer.allocate(20);System.out.println("buffer = " + buffer);buffer.clear();buffer.position(5);//移动position到5buffer.mark();//记录当前position的位置buffer.position(10);//移动position到10System.out.println("before reset:" + buffer);buffer.reset();//复位position到记录的地址System.out.println("after reset:" + buffer);System.out.println("--------Test rewind--------");buffer.clear();buffer.position(10);//移动position到10buffer.limit(15);//限定最大可写入的位置为15System.out.println("before rewind:" + buffer);buffer.rewind();//将position设回0System.out.println("before rewind:" + buffer);System.out.println("--------Test compact--------");buffer.clear();//放入4个字节,position移动到下个可写入的位置,也就是4buffer.put("abcd".getBytes());System.out.println("before compact:" + buffer);System.out.println(new String(buffer.array()));buffer.flip();//将position设回0,并将limit设置成之前position的值System.out.println("after flip:" + buffer);//从Buffer中读取数据的例子,每读一次,position移动一次System.out.println((char) buffer.get());System.out.println((char) buffer.get());System.out.println((char) buffer.get());System.out.println("after three gets:" + buffer);System.out.println(new String(buffer.array()));//compact()方法将所有未读的数据拷贝到Buffer起始处//然后将position设到最后一个未读元素正后面buffer.compact();System.out.println("after compact:" + buffer);System.out.println(new String(buffer.array()));}
}
(5)Buffer常用方法总结
6.NIO网络编程之实战
(1)Selector
(2)Channels
(3)SelectionKey
(4)NIO的开发流程
(5)NIO的开发例子
(1)Selector
Selector的含义是选择器,也可以称为轮询代理器、事件订阅器。Selector的作用是注册事件和对Channel进行管理。
应用程序可以向Selector对象注册它关注的Channel,以及具体的某一个Channel会对哪些IO事件感兴趣,Selector中会维护一个已经注册的Channel的容器。
(2)Channels
Channel可以和操作系统进行内容传递,应用程序可以通过Channel读数据,也可以通过Channel向操作系统写数据,当然写数据和读数据都要通过Buffer来实现。
所有被Selector注册的Channel都是继承SelectableChannel的子类,通道中的数据总是要先读到一个Buffer,或者总是要从一个Buffer中写入。ScoketChannel和ServerSocketChannel都是SelectableChannel类的子类。
(3)SelectionKey
NIO中的SelectionKey共定义了四种事件类型:OP_ACCEPT、OP_READ、OP_WRITE、OP_CONNECT,分别对应接受连接、读、写、请求连接的网络Socket操作。
ServerSocketChannel和SocketChannel可以注册自己感兴趣的操作类型,当对应操作类型的就绪条件满足时操作系统就会通知这些Channel。
每个操作类型(事件类型)的就绪条件:
(4)NIO的开发流程
步骤一:服务端启动ServerSocketChannel,关注OP_ACCEPT事件。
步骤二:客户端启动SocketChannel,连接服务端,关注OP_CONNECT事件。
步骤三:服务端接受连接,然后启动一个SocketChannel。该SocketChannel可以关注OP_READ、OP_WRITE事件,一般连接建立后会直接关注OP_READ事件。
步骤四:客户端的SocketChannel发现连接建立后,关注OP_READ、OP_WRITE事件,一般客户端需要发送数据了才能关注OP_READ事件。
步骤五:连接建立后,客户端与服务器端开始相互发送消息(读写),然后根据实际情况来关注OP_READ、OP_WRITE事件。
(5)NIO的开发例子
一.客户端的代码
//类说明: NIO通信的客户端
public class NioClient {private static NioClientHandle nioClientHandle;public static void start() {if (nioClientHandle != null) {nioClientHandle.stop();}nioClientHandle = new NioClientHandle(DEFAULT_SERVER_IP, DEFAULT_PORT);new Thread(nioClientHandle, "Client").start();}//向服务器发送消息public static boolean sendMsg(String msg) throws Exception {nioClientHandle.sendMsg(msg);return true;}public static void main(String[] args) throws Exception {start();Scanner scanner = new Scanner(System.in);while(NioClient.sendMsg(scanner.next()));}
}//类说明: NIO通信的客户端处理器
public class NioClientHandle implements Runnable {private String host;private int port;private Selector selector;private SocketChannel socketChannel;private volatile boolean started;public NioClientHandle(String ip, int port) {this.host = ip;this.port = port;try {//创建选择器selector = Selector.open();//打开通道socketChannel = SocketChannel.open();//如果为true, 则此通道将被置于阻塞模式; 如果为false, 则此通道将被置于非阻塞模式;//另外, IO复用本身就是非阻塞模式, 所以设置false;socketChannel.configureBlocking(false);//表示连接已经打开started = true;} catch (IOException e) {e.printStackTrace();}}public void stop() {started = false;}private void doConnect() throws IOException {//关于socketChannel.connect方法的说明://如果此通道处于非阻塞模式, 则调用此方法将启动一个非阻塞连接的操作;//如果该连接建立得非常快, 就像本地连接可能发生的那样, 则此方法返回true;//否则, 此方法返回false, 稍后必须通过调用finishConnect方法完成连接操作//如果成功连接则什么都不做if (socketChannel.connect(new InetSocketAddress(host, port))) {} else {//连接还未完成, 所以注册连接就绪事件, 向selector表示关注这个事件socketChannel.register(selector, SelectionKey.OP_CONNECT);}}@Overridepublic void run() {try {//发起连接doConnect();} catch (IOException e) {e.printStackTrace();System.exit(1);}//循环遍历selectorwhile(started) {try {//selector.select()会阻塞, 只有当至少一个注册的事件发生的时候才会继续selector.select();//获取当前有哪些事件可以使用Set<SelectionKey> keys = selector.selectedKeys();//转换为迭代器Iterator<SelectionKey> it = keys.iterator();SelectionKey key = null;while(it.hasNext()) {key = it.next();it.remove();//拿到key后从迭代器移除try {handleInput(key);} catch (IOException e) {e.printStackTrace();if (key != null) {key.cancel();if (key.channel() != null) {key.channel().close();}}}}} catch (IOException e) {e.printStackTrace();}}//selector关闭后会自动释放里面管理的资源if (selector != null) {try {selector.close();} catch (IOException e) {e.printStackTrace();}}}//具体的事件处理方法private void handleInput(SelectionKey key) throws IOException {if (key.isValid()) {//根据SelectionKey获得关心当前事件的channelSocketChannel sc = (SocketChannel)key.channel();//处理连接事件if (key.isConnectable()) {if (sc.finishConnect()) {socketChannel.register(selector, SelectionKey.OP_READ);} else{System.exit(1);}}//有数据可读事件if (key.isReadable()) {//创建ByteBuffer, 并开辟一个1M的缓冲区ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024);//读取请求码流, 返回读取到的字节数, 从channel读出来并写到buffer里去int readBytes = sc.read(buffer);//读取到字节,对字节进行编解码if (readBytes > 0) {//将缓冲区当前的limit设置为position,position=0,//用于后续对缓冲区的读取操作buffer.flip();//根据缓冲区可读字节数创建字节数组byte[] bytes = new byte[buffer.remaining()];//将缓冲区可读字节数组复制到新建的数组中buffer.get(bytes);String result = new String(bytes,"UTF-8");System.out.println("accept message: " + result);} else if (readBytes < 0) {key.cancel();sc.close();}}}}//发送消息private void doWrite(SocketChannel channel, String request) throws IOException {//将消息编码为字节数组byte[] bytes = request.getBytes();//根据数组容量创建ByteBufferByteBuffer writeBuffer = ByteBuffer.allocate(bytes.length);//将字节数组复制到缓冲区writeBuffer.put(bytes);//flip操作writeBuffer.flip();//发送缓冲区的字节数组channel.write(writeBuffer);}//写数据对外暴露的APIpublic void sendMsg(String msg) throws Exception {socketChannel.register(selector, SelectionKey.OP_READ);doWrite(socketChannel, msg);}
}
二.服务端的代码
//类说明: NIO通信的服务端
public class NioServer {private static NioServerHandle nioServerHandle;public static void start() {if (nioServerHandle != null) {nioServerHandle.stop();}nioServerHandle = new NioServerHandle(DEFAULT_PORT);new Thread(nioServerHandle,"Server").start();}public static void main(String[] args) {start();}
}//类说明: NIO通信的服务端处理器
public class NioServerHandle implements Runnable {private Selector selector;private ServerSocketChannel serverChannel;private volatile boolean started;//构造方法public NioServerHandle(int port) {try {//创建选择器selector = Selector.open();//打开通道serverChannel = ServerSocketChannel.open();//如果为true, 则此通道将被置于阻塞模式; 如果为false, 则此通道将被置于非阻塞模式;//另外, IO复用本身就是非阻塞模式, 所以设置false;serverChannel.configureBlocking(false);//指定监听的端口serverChannel.socket().bind(new InetSocketAddress(port));//注册服务端关心的事件: 连接事件serverChannel.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT);//表示连接已经打开started = true;System.out.println("服务器已启动, 端口号: " + port);} catch (IOException e) {e.printStackTrace();}}public void stop() {started = false;}@Overridepublic void run() {//循环遍历selectorwhile(started) {try {//阻塞, 只有当至少一个注册的事件发生的时候才会继续selector.select();Set<SelectionKey> keys = selector.selectedKeys();Iterator<SelectionKey> it = keys.iterator();SelectionKey key = null;while(it.hasNext()) {key = it.next();it.remove();try {handleInput(key);} catch(Exception e) {if (key != null) {key.cancel();if (key.channel() != null) {key.channel().close();}}}}} catch(Throwable t) {t.printStackTrace();}}//selector关闭后会自动释放里面管理的资源if (selector != null) {try {selector.close();} catch (Exception e) {e.printStackTrace();}}}private void handleInput(SelectionKey key) throws IOException {if (key.isValid()) {//处理新接入的请求消息if (key.isAcceptable()) {//获得关心当前事件的channelServerSocketChannel ssc = (ServerSocketChannel)key.channel();//通过ServerSocketChannel的accept创建SocketChannel实例//完成该操作意味着完成TCP三次握手, TCP物理链路正式建立SocketChannel sc = ssc.accept();System.out.println("======socket channel 建立连接");//设置为非阻塞的sc.configureBlocking(false);//连接已经完成了, 可以开始关心读事件了sc.register(selector, SelectionKey.OP_READ);}//读消息if (key.isReadable()) {System.out.println("======socket channel 数据准备完成, " + "可以去读==读取=======");SocketChannel sc = (SocketChannel) key.channel();//创建ByteBuffer, 并开辟一个1M的缓冲区ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024);//读取请求码流, 返回读取到的字节数int readBytes = sc.read(buffer);//读取到字节, 对字节进行编解码if (readBytes > 0) {//将缓冲区当前的limit设置为position=0, 用于后续对缓冲区的读取操作buffer.flip();//根据缓冲区可读字节数创建字节数组byte[] bytes = new byte[buffer.remaining()];//将缓冲区可读字节数组复制到新建的数组中buffer.get(bytes);String message = new String(bytes,"UTF-8");System.out.println("服务器收到消息: " + message);//处理数据String result = response(message) ;//发送应答消息doWrite(sc, result);} else if (readBytes < 0) {//链路已经关闭, 释放资源key.cancel();sc.close();}}}}//发送应答消息private void doWrite(SocketChannel channel,String response) throws IOException {//将消息编码为字节数组byte[] bytes = response.getBytes();//根据数组容量创建ByteBufferByteBuffer writeBuffer = ByteBuffer.allocate(bytes.length);//将字节数组复制到缓冲区writeBuffer.put(bytes);//flip操作writeBuffer.flip();//发送缓冲区的字节数组channel.write(writeBuffer);}
}
6.NIO网络编程之Reactor模式
(1)单线程的Reactor模式
(2)单线程Reactor模式的改进
(3)多线程的Reactor模式
(1)单线程的Reactor模式
一.单线程Reactor模式的流程
首先服务端的Reactor其实是一个线程对象。Reactor会启动事件循环,并使用Selector(选择器)来实现IO多路复用。
然后服务端启动时会注册一个Acceptor事件处理器到Reactor中。这个Acceptor事件处理器会关注accept事件,这样Reactor监听到accept事件就会交给Acceptor事件处理器进行处理了。
当客户端向服务器端发起一个连接请求时,Reactor就会监听到一个accept事件,于是会将该accept事件派发给Acceptor处理器进行处理。
接着Acceptor处理器通过accept()方法便能得到这个客户端对应的连接(SocketChannel),然后将该连接(SocketChannel)所关注的read事件及对应的read事件处理器注册到Reactor中,这样Reactor监听到该连接的read事件就会交给对应的read事件处理器进行处理。
当Reactor监听到客户端的连接(SocketChannel)有读写事件发生时,就会将读写事件派发给对应的读写事件处理器进行处理。比如读事件处理器会通过SocketChannel的read()方法读取数据,此时的read()方法可以直接读取到数据,不需要阻塞等待可读数据的到来。
每当Acceptor处理器和读写事件处理器处理完所有就绪的感兴趣的IO事件后,Reactor线程会再次执行select()方法阻塞等待新的事件就绪并将其分派给对应处理器进行处理。
二.单线程Reactor模式的问题
注意:单线程的Reactor模式中的单线程主要是针对IO操作而言的,也就是所有的IO的accept、read、write、connect操作都在一个线程上完成。
由于在单线程Reactor模式中,不仅IO操作在Reactor线程上,而且非IO的业务操作也在Reactor线程上进行处理,这会大大降低IO请求的响应。所以应将非IO的业务操作从Reactor线程上剥离,以提高Reactor线程对IO请求的响应。
(2)单线程Reactor模式的改进
一.增加工作线程池来进行改进
为了改善单线程Reactor模式中Reactor线程还要处理业务逻辑,可以添加一个工作线程池。将非IO操作(解码、计算、编码)从Reactor线程中移出,然后转交给这个工作线程池来执行。所有IO操作依旧由单个Reactor线程来完成,如IO的accept、read、write以及connect操作。这样就能提高Reactor线程的IO响应,避免因耗时的业务逻辑而降低对后续IO请求的处理。
二.使用线程池的好处
合理使用线程池,可以带来很多好处:
好处一:减少频繁创建和销毁线程的性能开销
好处二:重复利用线程,避免对每个任务都创建线程,可以提高响应速度
好处三:合理设置线程池的大小,可以避免因为线程池过大影响性能
三.单线程Reactor不适合高并发场景
对于一些小容量的应用场景,可以使用单线程Reactor模型,但是对于一些高负载、大并发或大数据量的应用场景却不合适。
原因一:一个NIO线程同时处理成百上千的链路,性能上无法支撑。即便NIO线程的CPU负荷达到100%,也无法满足海量消息的读取和发送。
原因二:当NIO线程负载过重之后,处理速度将变慢,这会导致大量客户端连接超时。超时之后往往会进行重发,这更加重了NIO线程的负载。最终会导致大量消息积压和处理超时,成为系统的性能瓶颈。
(3)多线程的Reactor模式
一.多线程的Reactor模式介绍
在多线程的Reactor模式下,存在一个Reactor线程池,Reactor线程池里的每一个Reactor线程都有自己的Selector和事件分发逻辑。
Reactor线程池里的主反应器线程mainReactor可以只有一个,但子反应器线程subReactor一般会有多个,通常subReactor也是一个线程池。
主反应器线程mainReactor主要负责接收客户端的连接请求,然后将接收到的SocketChannel传递给子反应器线程subReactor,由subReactor来完成和客户端的通信。
二.多线程的Reactor模式流程
首先服务端的Reactor变成了多个线程对象,分为mainReactor和subReactor。这些Reactor对象也会启动事件循环,并使用Selector(选择器)来实现IO多路复用。
然后服务端在启动时会注册一个Acceptor事件处理器到mainReactor中。这个Acceptor事件处理器会关注accept事件,这样mainReactor监听到accept事件就会交给Acceptor事件处理器进行处理。
当客户端向服务端发起一个连接请求时,mainReactor就会监听到一个accept事件,于是就会将这个accept事件派发给Acceptor处理器来进行处理。
接着Acceptor处理器通过accept()方法便能得到这个客户端对应的连接(SocketChannel),然后将这个连接SocketChannel传递给subReactor线程池进行处理。
subReactor线程池会分配一个subReactor线程给这个SocketChannel,并将SocketChannel关注的read事件及对应的read事件处理器注册到这个subReactor线程中。当然也会注册关注的write事件及write事件处理器到subReactor线程中以完成IO写操作。
总之,Reactor线程池中的每一Reactor线程都会有自己的Selector和事件分发逻辑。当有IO事件就绪时,相关的subReactor就将事件派发给响应的处理器处理。
注意,这里subReactor线程只负责完成IO的read()操作,在读取到数据后将业务逻辑的处理放入到工作线程池中完成。若完成业务逻辑后需要返回数据给客户端,则IO的write()操作还是会被提交回subReactor线程来完成。这样所有的IO操作依旧在Reactor线程(mainReactor或subReactor)中完成,而工作线程池仅用来处理非IO操作的逻辑。
多Reactor线程模式将"接收客户端的连接请求"和"与该客户端进行读写通信"分在了两个Reactor线程来完成。mainReactor完成接收客户端连接请求的操作,它不负责与客户端的通信,而是将建立好的连接转交给subReactor线程来完成与客户端的通信,这样就不会因为read()操作的数据量太大而导致后面的客户端连接请求得不到及时处理。并且多Reactor线程模式在海量的客户端并发请求的情况下,还可以通过subReactor线程池将海量的连接分发给多个subReactor线程,在多核的操作系统中这能大大提升应用的负载和吞吐量。
Netty服务端就是使用了多线程的Reactor模式。