《Netty 权威指南》—— NIO创建的TimeServer源码分析

声明:本文是《Netty 权威指南》的样章,感谢博文视点授权并发编程网站发布样章,禁止以任何形式转载此文。

我们将在TimeServer例程中给出完整的NIO创建的时间服务器源码:

public class TimeServer {

    /**
     * @param args
     * @throws IOException
     */
    public static void main(String[] args) throws IOException {
	int port = 8080;
	if (args != null && args.length > 0) {
	    try {
		port = Integer.valueOf(args[0]);
	    } catch (NumberFormatException e) {
		// 采用默认值
	    }
	}
	MultiplexerTimeServer timeServer = new MultiplexerTimeServer(port);
	New Thread(timeServer, "NIO-MultiplexerTimeServer-001").start();
    }
}

 

我们对NIO创建的TimeServer进行下简单分析,8-15行跟之前的一样,设置监听端口。16-17行创建了一个被称为MultiplexerTimeServer的多路复用类,它是个一个独立的线程,负责轮询多路复用器Selctor,可以处理多个客户端的并发接入,现在我们继续看MultiplexerTimeServer的源码:

public class MultiplexerTimeServer implements Runnable {

    private Selector selector;

    private ServerSocketChannel servChannel;

    private volatile boolean stop;

    /**
     * 初始化多路复用器、绑定监听端口
     * 
     * @param port
     */
    public MultiplexerTimeServer(int port) {
	try {
	    selector = Selector.open();
	    servChannel = ServerSocketChannel.open();
	    servChannel.configureBlocking(false);
	    servChannel.socket().bind(new InetSocketAddress(port), 1024);
	    servChannel.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT);
	    System.out.println("The time server is start in port : " + port);
	} catch (IOException e) {
	    e.printStackTrace();
	    System.exit(1);
	}
    }

    public void stop() {
	this.stop = true;
    }

    /*
     * (non-Javadoc)
     * 
     * @see java.lang.Runnable#run()
     */
    @Override
    public void run() {
	while (!stop) {
	    try {
		selector.select(1000);
		Set<SelectionKey> selectedKeys = selector.selectedKeys();
		Iterator<SelectionKey> it = selectedKeys.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();
	    }
	}

	// 多路复用器关闭后,所有注册在上面的Channel和Pipe等资源都会被自动去注册并关闭,所以不需要重复释放资源
	if (selector != null)
	    try {
		selector.close();
	    } catch (IOException 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()) {
		// Accept the new connection
		ServerSocketChannel ssc = (ServerSocketChannel) key.channel();
		SocketChannel sc = ssc.accept();
		sc.configureBlocking(false);
		// Add the new connection to the selector
		sc.register(selector, SelectionKey.OP_READ);
	    }
	    if (key.isReadable()) {
		// Read the data
		SocketChannel sc = (SocketChannel) key.channel();
		ByteBuffer readBuffer = ByteBuffer.allocate(1024);
		int readBytes = sc.read(readBuffer);
		if (readBytes > 0) {
		    readBuffer.flip();
		    byte[] bytes = new byte[readBuffer.remaining()];
		    readBuffer.get(bytes);
		    String body = new String(bytes, "UTF-8");
		    System.out.println("The time server receive order : "
			    + body);
		    String currentTime = "QUERY TIME ORDER"
			    .equalsIgnoreCase(body) ? new java.util.Date(
			    System.currentTimeMillis()).toString()
			    : "BAD ORDER";
		    doWrite(sc, currentTime);
		} else if (readBytes < 0) {
		    // 对端链路关闭
		    key.cancel();
		    sc.close();
		} else
		    ; // 读到0字节,忽略
	    }
	}
    }

    private void doWrite(SocketChannel channel, String response)
	    throws IOException {
	if (response != null && response.trim().length() > 0) {
	    byte[] bytes = response.getBytes();
	    ByteBuffer writeBuffer = ByteBuffer.allocate(bytes.length);
	    writeBuffer.put(bytes);
	    writeBuffer.flip();
	    channel.write(writeBuffer);
	}
    }
}

由于这个类相比于传统的Socket编程稍微复杂一些,在此我们进行详细分析,我们从如下几个关键步骤讲解多路复用处理类:

14-26行为构造方法,在构造方法中进行资源初始化,创建多路复用器Selector、ServerSocketChannel,对Channel和TCP参数进行配置,例如将ServerSocketChannel设置为异步非阻塞模式,它的backlog设置为1024。系统资源初始化成功后将ServerSocketChannel注册到Selector,监听SelectionKey.OP_ACCEPT操作位;如果资源初始化失败,例如端口被占用则退出

39-61行在线程的run方法的while循环体中循环遍历selector,它的休眠时间为1S,无论是否有读写等事件发生,selector每隔1S都被唤醒一次,selector也提供了一个无参的select方法。当有处于就绪状态的Channel时,selector将返回就绪状态的Channel的SelectionKey集合,我们通过对就绪状态的Channel集合进行迭代,就可以进行网络的异步读写操作

76-83行处理新接入的客户端请求消息,根据SelectionKey的操作位进行判断即可获知网络事件的类型,通过ServerSocketChannel的accept接收客户端的连接请求并创建SocketChannel实例,完成上述操作后,相当于完成了TCP的三次握手,TCP物理链路正式建立。注意,我们需要将新创建的SocketChannel设置为异步非阻塞,同时也可以对其TCP参数进行设置,例如TCP接收和发送缓冲区的大小等,作为入门的例子,例程没有进行额外的参数设置

84-109行用于读取客户端的请求消息,首先创建一个ByteBuffer,由于我们事先无法得知客户端发送的码流大小,作为例程,我们开辟一个1M的缓冲区。然后调用SocketChannel的read方法读取请求码流,注意,由于我们已经将SocketChannel设置为异步非阻塞模式,因此它的read是非阻塞的。使用返回值进行判断,看读取到的字节数,返回值有三种可能的结果:

1)      返回值大于0:读到了字节,对字节进行编解码;

2)      返回值等于0:没有读取到字节,属于正常场景,忽略;

3)      返回值为-1:链路已经关闭,需要关闭SocketChannel,释放资源。

当读取到码流以后,我们进行解码,首先对readBuffer进行flip操作,它的作用是将缓冲区当前的limit设置为position,position设置为0,用于后续对缓冲区的读取操作。然后根据缓冲区可读的字节个数创建字节数组,调用ByteBuffer的get操作将缓冲区可读的字节数组拷贝到新创建的字节数组中,最后调用字符串的构造函数创建请求消息体并打印。如果请求指令是”QUERY TIME ORDER”则把服务器的当前时间编码后返回给客户端,下面我们看看如果异步发送应答消息给客户端。

111-119行将应答消息异步发送给客户端,我们看下关键代码,首先将字符串编码成字节数组,根据字节数组的容量创建ByteBuffer,调用ByteBuffer的put操作将字节数组拷贝到缓冲区中,然后对缓冲区进行flip操作,最后调用SocketChannel的write方法将缓冲区中的字节数组发送出去。需要指出的是,由于SocketChannel是异步非阻塞的,它并不保证一次能够把需要发送的字节数组发送完,此时会出现“写半包”问题,我们需要注册写操作,不断轮询Selector将没有发送完的ByteBuffer发送完毕,可以通过ByteBuffer的hasRemain()方法判断消息是否发送完成。此处仅仅是个简单的入门级例程,没有演示如何处理“写半包”场景,后续的章节会有详细说明。

使用NIO创建TimeServer服务器完成之后,我们继续学习如何创建NIO客户端。首先还是通过时序图了解关键步骤和过程,然后结合代码进行详细分析。

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李 林锋

《Netty权威指南》作者,高级架构师。
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  • Comments (3)
    • kangfoo
    • 07/20. 2014 3:08am

    “负责轮询多路复用器Selctor”
    此处和 《Netty 权威指南》 刊印的时候都 出现了 “Selctor” 拼写错误。 应该为 “Selector” 。

    • 江南烟雨
    • 11/13. 2014 9:15pm

    代码中的一些符号(比如>、<、(、))是乱码,建议修改下。

    • jk1420
    • 06/09. 2015 6:02pm

    其实084完全可以使用else if, 传进来的key应该是一个事件一个实例的

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