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Reactor模式和NIO

2005-5-26 5:13:57

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