NIO原理剖析与Netty初步----浅谈高性能服务器开发（一）

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    在博主不长的工做经历中，NIO用的并很少，因为使用原生的Java NIO编程的复杂性，大多数时候咱们会选择Netty，mina等开源框架，但理解NIO的原理就不重要了吗？偏偏相反，理解NIO底层机制是理解这一切的基础，由此我总结一下当初学习NIO时的笔记，以便后续复习。

     如下是我理解的Java原生NIO开发大体流程:

    

       上图大体描述的是服务端的NIO操做。

第一步，绑定一个服务的端口

       这与传统阻塞IO中的ServerSocket相似，没什么好说的

第二步，打开通道管理器Selector并在Selector上注册一个事件

      当注册的事件发生时，Selector.select()会返回，不然一直阻塞。这一步颇有意思，也是NIO第一个与传统IO不一样的地方，NIO经过一个Selector线程能够管理大量客户端链接，反之传统IO一个客户端链接进来必须建立一个新的线程为它服务(固然你可使用链接池)，咱们知道线程对服务端来讲是十分宝贵的资源，一个服务端进程所包含的线程是有   限的；此外，每一个线程会占用必定的内存空间，过多的线程可能致使内存溢出，这种状况下你可能会到想对虚拟机进行调优，好比经过修改参数-Xss限制单个线程大小，但这又可   能致使StackOverFlow；另外，线程调度须要切换上下文，对于操做系统，它须要经过TCB(线程控制块)来对线程进行调度，过多的上下文切换浪费了CPU时间，下降了系统效     率。

第三步，轮循访问Selector，当注册的事件到达时，方法返回

   下面的代码能够看到，方法总体是一个死循环，轮询访问Selector，发生某些已经注册在Selector上的事件时，该方法返回。能够经过selector.selectedKeys获取发生的事件，

该方法返回的是一个泛型集合Set<SelectionKey>，遍历这个集合与遍历普通集合没有什么不一样，这里咱们经过迭代器迭代的缘由是咱们须要删除已经处理的Key，避免重复处理：

public void listen() throws IOException {// 轮询访问selector
        while (true) {
            // 当注册的事件到达时，方法返回；不然,该方法会一直阻塞
            selector.select();
            // 得到selector中选中的项的迭代器，选中的项为注册的事件
            Iterator<?> ite = this.selector.selectedKeys().iterator();
            while (ite.hasNext()) {
                SelectionKey key = (SelectionKey) ite.next();
                //删除已选的key,以防重复处理
                ite.remove();
　　　　　　　　　//这里能够写咱们本身的处理逻辑
                handle(key);
            }
        }
}

   在第二步时，已经在Selector上注册了Accept事件，当这里的selector.select()返回时，表明客户端已经能够链接了，在handle方法里能够处理这个事件：

public void handle(SelectionKey key) throws IOException {
    // 客户端请求链接事件
    if (key.isAcceptable()){
      //从Key里能够很方便的取到注册这个事件的Channel

        ServerSocketChannel server = (ServerSocketChannel) key.channel();
        // 得到和客户端链接的通道
        SocketChannel channel = server.accept();
        // 设置成非阻塞
        channel.configureBlocking(false);

        logger.info("客户端已经链接！");

        //客户端链接在通道管理器Selector上注册读事件

        channel.register(this.selector, SelectionKey.OP_READ);

    }
}

    上面的代码很简单，咱们经过key获取到注册它的那个Channel，在这里是ServerSocketChannel，经过server.accept()获取客户端链接，这里一样能够类比到传统的阻塞

IO，在阻塞IO中咱们能够经过ServerSocket.accept获取到socket，惟一不一样的是，阻塞IO中的accept方法是阻塞操做，而NIO中是非阻塞的。

    固然，仅仅是链接到客户端并无什么用处，服务端须要有读写数据的能力，好比你能够用NIO实现一个Http服务器(固然最佳实践使用Netty等框架)。因此咱们须要在Selector

上注册读事件，一样，当读事件发生时，执行咱们本身的业务逻辑。下面是修改后的代码：

public void handle(SelectionKey key) throws IOException {
    if (key.isAcceptable()){
        ServerSocketChannel server = (ServerSocketChannel) key.channel();
        SocketChannel channel = server.accept();
        channel.configureBlocking(false);
        logger.info("客户端已经链接！");
        channel.register(this.selector, SelectionKey.OP_READ);
    } else if(key.isReadable()){
        SocketChannel channel = (SocketChannel) key.channel();
        // 建立读取缓冲
        ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024);
        //读取到Buffer中
        int read = channel.read(buffer);
        if(read > 0){
            byte[] data = buffer.array();
            String msg = new String(data).trim();
            logger.info("receive msg: {}",msg)
            
            //回写数据
            ByteBuffer outBuffer = ByteBuffer.wrap("OK".getBytes());
            channel.write(outBuffer);
        }else{
            logger.info("client closed!!!");
            key.cancel();
        }
    }
} 

总结

     本文大体讲述了使用NIO进行服务器端开发的大体流程，但代码显然仍然存在问题，其一是咱们只使用了一个线程执行全部操做，包括接收客户端链接，读取数据，返回数据，对于这个简单的Demo来讲已经足够了，但在实际的服务器开发中，例如你想使用NIO开发本身的HTTP服务器，服务器本地须要作大量操做，包括解析用户请求，根据请求路由到某一个Action执行业务逻辑，这其中又极可能某些数据从数据库读取，渲染模板等操做，十分耗时，这无疑又称为系统的瓶颈，再者，使用单一线程不能充分利用多核CPU提供的计算能力。下一篇中会看到，在基于Reactor模型的Netty中，会使用一个Boss线程接收客户端请求，使用多个Worker线程执行具体的业务逻辑。