NIO selector 多路复用reactor线程模型--2020-11-22

多路复用IO模型:多路复用IO模型是目前使用得比较多的模型。JavaNIO实际上就是多路复用IO。在多路复用IO模型中,会有一个线程不断去轮询多个socket的状态,只有当socket真正有读写时,才真正调用实际的IO读写操作。因为在多路复用IO模型中,只需要使用一个线程就可以管理多个socket,系统不需要建立新的进程或线程,也不必维护这些线程和进程,并且只有在真正有socket读写事件时才会使用IO资源,所以它大大减少了资源占用。在JavaNIO中,是通过select.select()去查询每个通道是否有到达事件,如果没有事件,则一直阻塞在哪里。因此这种方式会导致用户线程的阻塞。多路复用IO模式,通过一个线程就可以管理多个socket,只有当socket真正有读写事件发生才会占用资源来进行实际的读写操作。因为,多路复用IO比较适合连接数比较多的情况------【引用来自https://blog.csdn.net/yueaini10000/article/details/108747224


import java.io.IOException;
import java.net.InetSocketAddress;
import java.nio.ByteBuffer;
import java.nio.channels.*;
import java.util.Iterator;
import java.util.Random;
import java.util.Set;
import java.util.concurrent.*;
import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger;

/**
 * NIO selector 多路复用reactor线程模型
 */
public class ZFDMultiReactorServer {
    LinkedBlockingQueue<Runnable> taskQueue = new LinkedBlockingQueue<Runnable>();
    /**
     * 业务线程池
     */
    ExecutorService businessThread = Executors.newCachedThreadPool();

    abstract class ReactorThread extends Thread {

        volatile boolean running = false;

        Selector selector;

        public ReactorThread() throws IOException {
            this.selector = Selector.open();
        }

        @Override
        public void run() {
            while (running) {
                try {
                    Runnable task;
                    while ((task = taskQueue.poll()) != null) {
                        task.run();
                    }

                    int select = selector.select(1000);//最多等待1s

                    if (select == 0) {
                        continue;
                    }
                    System.out.println("-----触发了事件-----");
                    Set<SelectionKey> selectionKeys = selector.selectedKeys();
                    Iterator<SelectionKey> keys = selectionKeys.iterator();
                    SelectableChannel chanel = null;
                    while (keys.hasNext()) {

                        SelectionKey key = keys.next();
                        keys.remove();

                        int readyOps = key.readyOps();//准备就绪的事件
                        System.out.println("readyOps: " + readyOps);
                        if (readyOps == SelectionKey.OP_ACCEPT || readyOps == SelectionKey.OP_READ) {
                            try {
                                chanel = (SelectableChannel) key.attachment();
                                /**非阻塞模式**/
                                chanel.configureBlocking(false);

                                /**调用真实的方法**/
                                handler(chanel);

                                if (!chanel.isOpen()) {
                                    // 如果关闭了,就取消这个KEY的订阅
                                    chanel.close();
                                }

                            } catch (Exception e) {
                                chanel.close();
                            }
                        }

                    }

                    selector.selectNow();

                } catch (Exception e) {
                }
            }
        }

        public void doStart() {
            if (!running) {
                running = true;
                start();
            }
        }

        /**
         * 需要实现这个方法[selector接收到事件后,真正执行的方法]
         *
         * @param channel
         * @throws Exception
         */
        abstract void handler(SelectableChannel channel) throws Exception;

        /**
         * 为什么register要以任务提交的形式,让reactor线程去处理?
         * 因为线程在执行channel注册到selector的过程中,会和调用selector.select()方法的线程争用同一把锁
         * 而select()方法实在eventLoop中通过while循环调用的,争抢的可能性很高,为了让register能更快的执行,就放到同一个线程来处理
         *
         * @param channel
         * @return
         * @throws ExecutionException
         * @throws InterruptedException
         */
        public SelectionKey register(SelectableChannel channel) throws ExecutionException, InterruptedException {
            FutureTask<SelectionKey> futureTask = new FutureTask<SelectionKey>(new Callable<SelectionKey>() {
                @Override
                public SelectionKey call() throws Exception {
                    System.out.println("-------call-------");
                    return channel.register(selector, 0, channel);
                }
            });
            taskQueue.add(futureTask);
            return futureTask.get();
        }
    }

    /**
     * 主线程只用于接受客户端连接事件处理----->[accept处理reactor线程 (accept线程)]
     **/
    private ReactorThread[] mainReactorThread = new ReactorThread[1];

    /**
     * 子线程只用于客户端的数据处理------>[io处理reactor线程  (I/O线程)]
     **/
    private ReactorThread[] subReactorThread = new ReactorThread[8];

    private ServerSocketChannel serverSocketChannel;

    /**
     * 两个线程组初始化
     *
     * @throws IOException
     */
    public void ThreadGroupInit() throws IOException {
        AtomicInteger count = new AtomicInteger(1);
        for (int i = 0; i < mainReactorThread.length; i++) {
            mainReactorThread[i] = new ReactorThread() {
                @Override
                void handler(SelectableChannel channel) throws Exception {
                    // 只做请求分发,不做具体的数据读取
                    ServerSocketChannel socketChannel = (ServerSocketChannel) channel;
                    // 返回一个包含新进来的连接SocketChannel,因为前面设置的非阻塞模式,这里会立即返回。
                    SocketChannel clientChannel = socketChannel.accept();// mainReactor 轮询accept

                    if (clientChannel == null) {
                        return;
                    }

                    // 收到连接建立的通知之后,分发给I/O线程继续去读取数据
                    int index = count.getAndIncrement() % subReactorThread.length;
                    ReactorThread workThreadGroup = subReactorThread[index];
                    workThreadGroup.doStart();

                    // 非阻塞模式
                    clientChannel.configureBlocking(false);
                    System.out.println("----------");
                    SelectionKey selectionKey = workThreadGroup.register(clientChannel);
                    System.out.println("!!!");
                    selectionKey.interestOps(SelectionKey.OP_READ);
                    System.out.println("收到新连接 : " + clientChannel.getRemoteAddress());
                }
            };
        }

        for (int i = 0; i < subReactorThread.length; i++) {
            subReactorThread[i] = new ReactorThread() {
                @Override
                void handler(SelectableChannel channel) throws Exception {
                    SocketChannel socketChannel = (SocketChannel) channel;

                    ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024);
                    //上面设置了这里是非阻塞的
                    while (socketChannel.isOpen() && socketChannel.read(buffer) != -1) {
                        // 长连接情况下,需要手动判断数据有没有读取结束 (此处做一个简单的判断: 超过0字节就认为请求结束了)
                        if (buffer.position() > 0) break;
                    }
                    // 如果没数据了, 则不继续后面的处理
                    if (buffer.position() == 0) return;

                    buffer.flip();
                    byte[] content = new byte[buffer.limit()];
                    buffer.get(content);
                    System.out.println("收到数据,来自:" + socketChannel.getRemoteAddress() + " 的数据:" + new String(content));

                    // TODO 业务操作 数据库 接口调用等等
                    businessThread.submit(() -> {

                    });

                    // 响应结果 200
                    String response = "HTTP/1.1 200 OK\r\n" +
                            "Content-Length: 11\r\n\r\n" +
                            "Hello World";
                    ByteBuffer responseBuffer = ByteBuffer.wrap(response.getBytes());
                    while (responseBuffer.hasRemaining()) {
                        socketChannel.write(responseBuffer);
                    }

                }
            };
        }
    }

    /**
     * 初始化channel,并且绑定一个eventLoop线程
     *
     * @throws IOException IO异常
     */
    private void initAndRegister() throws Exception {
        // 1、 创建ServerSocketChannel
        serverSocketChannel = ServerSocketChannel.open();
        serverSocketChannel.configureBlocking(false);
        // 2、 将serverSocketChannel注册到selector
        int index = new Random().nextInt(mainReactorThread.length);
        ReactorThread reactorThread = mainReactorThread[index];
        reactorThread.doStart();

        SelectionKey selectionKey = reactorThread.register(serverSocketChannel);
        selectionKey.interestOps(SelectionKey.OP_ACCEPT);
    }

    /**
     * bind端口
     *
     * @param port
     * @throws IOException
     */
    public void bind(int port) throws IOException {
        serverSocketChannel.socket().bind(new InetSocketAddress(port));
        System.out.println("启动完成,端口8081");
    }

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        ZFDMultiReactorServer server = new ZFDMultiReactorServer();
        server.ThreadGroupInit();
        server.initAndRegister();
        server.bind(8081);
    }

}

启动

image.png

浏览器输入

http://localhost:8081/

服务器收到的数据和浏览器收到的应答

image.png

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