分类: Java
2008-11-27 20:02:19
从JDK 开始,Java的标准库中就包含了, 即所谓的“New IO”。其中最重要的功能就是提供了“非阻塞”的IO,当然包括了Socket。NonBlocking的IO就是对select(Unix平台下)以及 WaitForMultipleObjects(Windows平台)的封装,提供了高性能、易伸缩的服务架构。
说来惭愧,直到JDK1.4才有这种功能,但迟到者不一定没有螃蟹吃,NIO就提供了优秀的面向对象的解决方案,可以很方便地编写高性能的服务器。
话说回来,传统的Server/Client实现是基于Thread per request,即服务器为每个客户端请求建立一个线程处理,单独负责处理一个客户的请求。比如像(新版本也会提供NIO方案)、Resin等Web服务器就是这样实现的。当然为了减少瞬间峰值问题,服务器一般都使用线程池,规定了同时并发的最大数量,避免了线程的无限增长。
但这样有一个问题:如果线程池的大小为100,当有100个用户同时通过HTTP现在一个大文件时,服务器的线程池会用完,因为所有的线程都在传输大文件了,即使第101个请求者仅仅请求一个只有10字节的页面,服务器也无法响应了,只有等到线程池中有空闲的线程出现。
另外,线程的开销也是很大的,特别是达到了一个临界值后,性能会显著下降,这也限制了传统的Socket方案无法应对并发量大的场合,而“非阻塞”的IO就能轻松解决这个问题。
下面只是一个简单的例子:服务器提供了下载大型文件的功能,客户端连接上服务器的12345端口后,就可以读取服务器发送的文件内容信息了。注意这里的服务器只有一个主线程,没有其他任何派生线程,让我们看看NIO是如何用一个线程处理N个请求的。
NIO服务器最 核心的一点就是反应器模式:当有感兴趣的事件发生的,就通知对应的事件处理器去处理这个事件,如果没有,则不处理。所以使用一个线程做轮询就可以了。当然 这里这是个例子,如果要获得更高性能,可以使用少量的线程,一个负责接收请求,其他的负责处理请求,特别是对于多CPU时效率会更高。
关于使用NIO过 程中出现的问题,最为普遍的就是为什么没有请求时CPU的占用率为100%?出现这种问题的主要原因是注册了不感兴趣的事件,比如如果没有数据要发到客户 端,而又注册了写事件(OP_WRITE),则在 Selector.select()上就会始终有事件出现,CPU就一直处理了,而此时select()应该是阻塞的。
另外一个值得注意的问题是:由于只使用了一个线程(多个线程也如此)处理用户请求,所以要避免线程被阻塞,解决方法是事件的处理者必须要即刻返回,不能陷入循环中,否则会影响其他用户的请求速度。
具体到本例子中,由于文件比较大,如果一次性发送整个文件(这里的一次性不是 指send整个文件内容,而是通过while循环不间断的发送分组包),则主线程就会阻塞,其他用户就不能响应了。这里的解决方法是当有WRITE事件 时,仅仅是发送一个块(比如4K字节)。发完后,继续等待WRITE事件出现,依次处理,直到整个文件发送完毕,这样就不会阻塞其他用户了。
服务器的例子:
package nio.file; |
该代码中,通过一个HandleClient来获取文件的一块数据,每一个客户都会分配一个HandleClient的实例。
下面是客户端请求的代码,也比较简单,模拟100个用户同时下载文件。
package nio.file;
import java.io.IOException;
import java.net.InetSocketAddress;
import java.nio.ByteBuffer;
import java.nio.CharBuffer;
import java.nio.channels.SelectionKey;
import java.nio.channels.Selector;
import java.nio.channels.SocketChannel;
import java.nio.charset.Charset;
import java.nio.charset.CharsetEncoder;
import java.util.Iterator;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
/**
* 文件下载客户端
* @author tenyears.cn
*/
public class NIOClient {
static int SIZE = 100;
static InetSocketAddress ip = new InetSocketAddress("localhost",12345);
static CharsetEncoder encoder = Charset.forName("GB2312").newEncoder();
static class Download implements Runnable {
protected int index;
public Download(int index) {
this.index = index;
}
public void run() {
try {
long start = System.currentTimeMillis();
SocketChannel client = SocketChannel.open();
client.configureBlocking(false);
Selector selector = Selector.open();
client.register(selector, SelectionKey.OP_CONNECT);
client.connect(ip);
ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(8 * 1024);
int total = 0;
FOR: for (;;) {
selector.select();
Iterator iter = selector.selectedKeys()
.iterator();
while (iter.hasNext()) {
SelectionKey key = iter.next();
iter.remove();
if (key.isConnectable()) {
SocketChannel channel = (SocketChannel) key
.channel();
if (channel.isConnectionPending())
channel.finishConnect();
channel.write(encoder.encode(CharBuffer
.wrap("Hello from " + index)));
channel.register(selector, SelectionKey.OP_READ);
} else if (key.isReadable()) {
SocketChannel channel = (SocketChannel) key
.channel();
int count = channel.read(buffer);
if (count > 0) {
total += count;
buffer.clear();
} else {
client.close();
break FOR;
}
}
}
}
double last = (System.currentTimeMillis() - start) * 1.0 / 1000;
System.out.println("Thread " + index + " downloaded " + total
+ "bytes in " + last + "s.");
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
public static void main(String[] args) throws IOException {
ExecutorService exec = Executors.newFixedThreadPool(SIZE);
for (int index = 0; index < SIZE; index++) {
exec.execute(new Download(index));
}
exec.shutdown();
}
}