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    勇往直前的专栏:一篇文章帮你彻底搞清楚“I/O多路复用”和“异

    作者:[db:作者] 时间:2021-07-31 12:25

    来源:微信公众号【编程新说】

    曾经的VIP服务

    在网络的初期,网民很少,服务器完全无压力,那时的技术也没有现在先进,通常用一个线程来全程跟踪处理一个请求。因为这样最简单。

    其实代码实现大家都知道,就是服务器上有个ServerSocket在某个端口监听,接收到客户端的连接后,会创建一个Socket,并把它交给一个线程进行后续处理。

    线程主要从Socket读取客户端传过来的数据,然后进行业务处理,并把结果再写入Socket传回客户端。

    由于网络的原因,Socket创建后并不一定能立刻从它上面读取数据,可能需要等一段时间,此时线程也必须一直阻塞着。在向Socket写入数据时,也可能会使线程阻塞。

    这里准备了一个示例,主要逻辑如下:

    客户端:创建20个Socket并连接到服务器上,再创建20个线程,每个线程负责一个Socket。

    服务器端:接收到这20个连接,创建20个Socket,接着创建20个线程,每个线程负责一个Socket。

    为了模拟服务器端的Socket在创建后不能立马读取数据,让客户端的20个线程分别休眠5-10之间的一个随机秒数。

    客户端的20个线程会在第5秒到第10秒这段时间内陆陆续续的向服务器端发送数据,服务器端的20个线程也会陆陆续续接收到数据。

    /**
     * @author lixinjie
     * @since 2019-05-07
     */
    public class BioServer {
    
      static AtomicInteger counter = new AtomicInteger(0);
      static SimpleDateFormat sdf = new SimpleDateFormat("HH:mm:ss"); 
      
      public static void main(String[] args) {
        try {
          ServerSocket ss = new ServerSocket();
          ss.bind(new InetSocketAddress("localhost", 8080));
          while (true) {
            Socket s = ss.accept();
            processWithNewThread(s);
          }
        } catch (Exception e) {
          e.printStackTrace();
        }
      }
      
      static void processWithNewThread(Socket s) {
        Runnable run = () -> {
          InetSocketAddress rsa = (InetSocketAddress)s.getRemoteSocketAddress();
          System.out.println(time() + "->" + rsa.getHostName() + ":" + rsa.getPort() + "->" + Thread.currentThread().getId() + ":" + counter.incrementAndGet());
          try {
            String result = readBytes(s.getInputStream());
            System.out.println(time() + "->" + result + "->" + Thread.currentThread().getId() + ":" + counter.getAndDecrement());
            s.close();
          } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
          }
        };
        new Thread(run).start();
      }
      
      static String readBytes(InputStream is) throws Exception {
        long start = 0;
        int total = 0;
        int count = 0;
        byte[] bytes = new byte[1024];
        //开始读数据的时间
        long begin = System.currentTimeMillis();
        while ((count = is.read(bytes)) > -1) {
          if (start < 1) {
            //第一次读到数据的时间
            start = System.currentTimeMillis();
          }
          total += count;
        }
        //读完数据的时间
        long end = System.currentTimeMillis();
        return "wait=" + (start - begin) + "ms,read=" + (end - start) + "ms,total=" + total + "bs";
      }
    
      static String time() {
        return sdf.format(new Date());
      }
    }
    /**
     * @author lixinjie
     * @since 2019-05-07
     */
    public class Client {
    
      public static void main(String[] args) {
        try {
          for (int i = 0; i < 20; i++) {
            Socket s = new Socket();
            s.connect(new InetSocketAddress("localhost", 8080));
            processWithNewThread(s, i);
          }
        } catch (IOException e) {
          e.printStackTrace();
        }
      }
    
      static void processWithNewThread(Socket s, int i) {
        Runnable run = () -> {
          try {
            //睡眠随机的5-10秒,模拟数据尚未就绪
            Thread.sleep((new Random().nextInt(6) + 5) * 1000);
            //写1M数据,为了拉长服务器端读数据的过程
            s.getOutputStream().write(prepareBytes());
            //睡眠1秒,让服务器端把数据读完
            Thread.sleep(1000);
            s.close();
          } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
          }
        };
        new Thread(run).start();
      }
      
      static byte[] prepareBytes() {
        byte[] bytes = new byte[1024*1024*1];
        for (int i = 0; i < bytes.length; i++) {
          bytes[i] = 1;
        }
        return bytes;
      }
    }

    执行结果如下:

    时间->IP:Port->线程Id:当前线程数
    15:11:52->127.0.0.1:55201->10:1
    15:11:52->127.0.0.1:55203->12:2
    15:11:52->127.0.0.1:55204->13:3
    15:11:52->127.0.0.1:55207->16:4
    15:11:52->127.0.0.1:55208->17:5
    15:11:52->127.0.0.1:55202->11:6
    15:11:52->127.0.0.1:55205->14:7
    15:11:52->127.0.0.1:55206->15:8
    15:11:52->127.0.0.1:55209->18:9
    15:11:52->127.0.0.1:55210->19:10
    15:11:52->127.0.0.1:55213->22:11
    15:11:52->127.0.0.1:55214->23:12
    15:11:52->127.0.0.1:55217->26:13
    15:11:52->127.0.0.1:55211->20:14
    15:11:52->127.0.0.1:55218->27:15
    15:11:52->127.0.0.1:55212->21:16
    15:11:52->127.0.0.1:55215->24:17
    15:11:52->127.0.0.1:55216->25:18
    15:11:52->127.0.0.1:55219->28:19
    15:11:52->127.0.0.1:55220->29:20
    
    时间->等待数据的时间,读取数据的时间,总共读取的字节数->线程Id:当前线程数
    15:11:58->wait=5012ms,read=1022ms,total=1048576bs->17:20
    15:11:58->wait=5021ms,read=1022ms,total=1048576bs->13:19
    15:11:58->wait=5034ms,read=1008ms,total=1048576bs->11:18
    15:11:58->wait=5046ms,read=1003ms,total=1048576bs->12:17
    15:11:58->wait=5038ms,read=1005ms,total=1048576bs->23:16
    15:11:58->wait=5037ms,read=1010ms,total=1048576bs->22:15
    15:11:59->wait=6001ms,read=1017ms,total=1048576bs->15:14
    15:11:59->wait=6016ms,read=1013ms,total=1048576bs->27:13
    15:11:59->wait=6011ms,read=1018ms,total=1048576bs->24:12
    15:12:00->wait=7005ms,read=1008ms,total=1048576bs->20:11
    15:12:00->wait=6999ms,read=1020ms,total=1048576bs->14:10
    15:12:00->wait=7019ms,read=1007ms,total=1048576bs->26:9
    15:12:00->wait=7012ms,read=1015ms,total=1048576bs->21:8
    15:12:00->wait=7023ms,read=1008ms,total=1048576bs->25:7
    15:12:01->wait=7999ms,read=1011ms,total=1048576bs->18:6
    15:12:02->wait=9026ms,read=1014ms,total=1048576bs->10:5
    15:12:02->wait=9005ms,read=1031ms,total=1048576bs->19:4
    15:12:03->wait=10007ms,read=1011ms,total=1048576bs->16:3
    15:12:03->wait=10006ms,read=1017ms,total=1048576bs->29:2
    15:12:03->wait=10010ms,read=1022ms,total=1048576bs->28:1

    可以看到服务器端确实为每个连接创建一个线程,共创建了20个线程。

    客户端进入休眠约5-10秒,模拟连接上数据不就绪,服务器端线程在等待,等待时间约5-10秒。

    客户端陆续结束休眠,往连接上写入1M数据,服务器端开始读取数据,整个读取过程约1秒。

    可以看到,服务器端的工作线程会把时间花在“等待数据”和“读取数据”这两个过程上。

    这有两个不好的地方:

    一是有很多客户端同时发起请求的话,服务器端要创建很多的线程,可能会因为超过了上限而造成崩溃。

    二是每个线程的大部分时光中都是在阻塞着,无事可干,造成极大的资源浪费。

    开头已经说了那个年代网民很少,所以,不可能会有大量请求同时过来。至于资源浪费就浪费吧,反正闲着也是闲着。

    来个简单的小例子:

    饭店共有10张桌子,且配备了10位服务员。只要有客人来了,大堂经理就把客人带到一张桌子,并安排一位服务员全程陪同。

    即使客人暂时不需要服务,服务员也一直在旁边站着。可能觉着是一种浪费,其实非也,这就是尊贵的VIP服务。

    其实,VIP映射的是一对一的模型,主要体现在“专用”上或“私有”上。

    真正的多路复用技术

    多路复用技术原本指的是,在通信方面,多种信号或数据(从宏观上看)交织在一起,使用同一条传输通道进行传输。

    这样做的目的,一方面可以充分利用通道的传输能力,另一方面自然是省时省力省钱啦。

    其实这个概念非常的“生活化”,随手就可以举个例子:

    一条小水渠里水在流,在一端往里倒入大量乒乓球,在另一端用网进行过滤,把乒乓球和水流分开。

    这就是一个比较“土”的多路复用,首先在发射端把多种信号或数据进行“混合”,接着是在通道上进行传输,最后在接收端“分离”出自己需要的信号或数据。

    相信大家都看出来了,这里的重点其实就是处理好“混合”和“分离”,对于不同的信号或数据,有不同的处理方法。

    比如以前的有线电视是模拟信号,即电磁波。一家一般只有一根信号线,但可以同时接多个电视,每个电视任意换台,互不影响。

    这是由于不同频率的波可以混合和分离。(当然,可能不是十分准确,明白意思就行了。)

    再比如城市的高铁站一般都有数个站台供高铁(同时)停靠,但城市间的高铁轨道单方向只有一条,如何保证那么多趟高铁安全运行呢?

    很明显是分时使用,每趟高铁都有自己的时刻。多趟高铁按不同的时刻出站相当于混合,按不同的时刻进站相当于分离。

    总结一下,多路指的是多种不同的信号或数据或其它事物,复用指的是共用同一个物理链路或通道或载体。

    可见,多路复用技术是一种一对多的模型,“多”的这一方复用了“一”的这一方。

    其实,一对多的模型主要体现在“公用”上或“共享”上。

    您先看着,我一会再过来

    一对一服务是典型的有钱任性,虽然响应及时、服务周到,但不是每个人都能享受的,毕竟还是“屌丝”多嘛,那就来个共享服务吧。

    所以实际当中更多的情况是,客人坐下后,会给他一个菜单,让他先看着,反正也不可能立马点餐,服务员就去忙别的了。

    可能不时的会有服务员从客人身旁经过,发现客人还没有点餐,就会主动去询问现在需要点餐吗?

    如果需要,服务员就给你写菜单,如果不需要,服务员就继续往前走了。

    这种情况饭店整体运行的也很好,但是服务员人数少多了。现在服务10桌客人,4个服务员绰绰有余。(这节省的可都是纯利润呀。)

    因为10桌客人同时需要服务的情况几乎是不会发生的,绝大部分情况都是错开的。如果真有的话,那就等会好了,又不是120/119,人命关天的。

    回到代码里,情况与之非常相似,完全可以采用相同的理论去处理。

    连接建立后,找个地方把它放到那里,可以暂时先不管它,反正此时也没有数据可读。

    但是数据早晚会到来的,所以,要不时的去询问每个连接有数据没有,有的话就读取数据,没有的话就继续不管它。

    其实这个模式在Java里早就有了,就是Java NIO,这里的大写字母“N”是单词“New”,即“新”的意思,主要是为了和上面的“一对一”进行区分。

    先铺垫一下吧

    现在需要把Socket交互的过程再稍微细化一些。客户端先请求连接,connect,服务器端然后接受连接,accept,然后客户端再向连接写入数据,write,接着服务器端从连接上读出数据,read。

    和打电话的场景一样,主叫拨号,connect,被叫接听,accept,主叫说话,speak,被叫聆听,listen。主叫给被叫打电话,说明主叫找被叫有事,所以被叫关注的是接通电话,听对方说。

    客户端主动向服务器端发起请求,说明客户端找服务器端有事,所以服务器端关注的是接受请求,读取对方传来的数据。这里把接受请求,读取数据称为服务器端感兴趣的操作。

    在Java NIO中,接受请求的操作,用OP_ACCEPT表示,读取数据的操作,用OP_READ表示。

    我决定先过一遍饭店的场景,让首次接触Java NIO的同学不那么迷茫。就是把常规的场景进行了定向整理,稍微有点刻意,明白意思就行了。

    1、专门设立一个“跑腿”服务员,工作职责单一,就是问问客人是否需要服务。

    2、站在门口接待客人,本来是大堂经理的工作,但是他不愿意在门口盯着,于是就委托给跑腿服务员,你帮我盯着,有人来了告诉我。

    于是跑腿服务员就有了一个任务,替大堂经理盯梢。终于来客人了,跑腿服务员赶紧告诉了大堂经理。

    3、大堂经理把客人带到座位上,对跑腿服务员说,客人接下来肯定是要点餐的,但是现在在看菜单,不知道什么时候能看好,所以你不时的过来问问,看需不需要点餐,需要的话就再喊来一个“点餐”服务员给客人写菜单。

    于是跑腿服务员就又多了一个任务,就是盯着这桌客人,不时来问问,如果需要服务的话,就叫点餐服务员过来服务。

    4、跑腿服务员在某次询问中,客人终于决定点餐了,跑题服务员赶紧找来一个点餐服务员为客人写菜单。

    5、就这样,跑腿服务员既要盯着门外新过来的客人,也要盯着门内已经就坐的客人。新客人来了,通知大堂经理去接待。就坐的客人决定点餐了,通知点餐服务员去写菜单。

    事情就这样一直循环的持续下去,一切,都挺好。角色明确,职责单一,配合很好。

    大堂经理和点餐服务员是需求的提供者或实现者,跑腿服务员是需求的发现者,并识别出需求的种类,需要接待的交给大堂经理,需要点餐的交给点餐服务员。

    哈哈,Java NIO来啦

    代码的写法非常的固定,可以配合着后面的解说来看,这样就好理解了,如下:

    /**
     * @author lixinjie
     * @since 2019-05-07
     */
    public class NioServer {
    
      static int clientCount = 0;
      static AtomicInteger counter = new AtomicInteger(0);
      static SimpleDateFormat sdf = new SimpleDateFormat("HH:mm:ss"); 
      
      public static void main(String[] args) {
        try {
          Selector selector = Selector.open();
          ServerSocketChannel ssc = ServerSocketChannel.open();
          ssc.configureBlocking(false);
          ssc.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT);
          ssc.bind(new InetSocketAddress("localhost", 8080));
          while (true) {
            selector.select();
            Set<SelectionKey> keys = selector.selectedKeys();
            Iterator<SelectionKey> iterator = keys.iterator();
            while (iterator.hasNext()) {
              SelectionKey key = iterator.next();
              iterator.remove();
              if (key.isAcceptable()) {
                ServerSocketChannel ssc1 = (ServerSocketChannel)key.channel();
                SocketChannel sc = null;
                while ((sc = ssc1.accept()) != null) {
                  sc.configureBlocking(false);
                  sc.register(selector, SelectionKey.OP_READ);
                  InetSocketAddress rsa = (InetSocketAddress)sc.socket().getRemoteSocketAddress();
                  System.out.println(time() + "->" + rsa.getHostName() + ":" + rsa.getPort() + "->" + Thread.currentThread().getId() + ":" + (++clientCount));
                }
              } else if (key.isReadable()) {
                //先将“读”从感兴趣操作移出,待把数据从通道中读完后,再把“读”添加到感兴趣操作中
                //否则,该通道会一直被选出来
                key.interestOps(key.interestOps() & (~ SelectionKey.OP_READ));
                processWithNewThread((SocketChannel)key.channel(), key);
              }
            }
          }
        } catch (Exception e) {
          e.printStackTrace();
        }
      }
    
      static void processWithNewThread(SocketChannel sc, SelectionKey key) {
        Runnable run = () -> {
          counter.incrementAndGet();
          try {
            String result = readBytes(sc);
            //把“读”加进去
            key.interestOps(key.interestOps() | SelectionKey.OP_READ);
            System.out.println(time() + "->" + result + "->" + Thread.currentThread().getId() + ":" + counter.get());
            sc.close();
          } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
          }
          counter.decrementAndGet();
        };
        new Thread(run).start();
      }
      
      static String readBytes(SocketChannel sc) throws Exception {
        long start = 0;
        int total = 0;
        int count = 0;
        ByteBuffer bb = ByteBuffer.allocate(1024);
        //开始读数据的时间
        long begin = System.currentTimeMillis();
        while ((count = sc.read(bb)) > -1) {
          if (start < 1) {
            //第一次读到数据的时间
            start = System.currentTimeMillis();
          }
          total += count;
          bb.clear();
        }
        //读完数据的时间
        long end = System.currentTimeMillis();
        return "wait=" + (start - begin) + "ms,read=" + (end - start) + "ms,total=" + total + "bs";
      }
      
      static String time() {
        return sdf.format(new Date());
      }
    }

    它的大致处理过程如下:

    1、定义一个选择器,Selector。

    相当于设立一个跑腿服务员。

    2、定义一个服务器端套接字通道,ServerSocketChannel,并配置为非阻塞的。

    相等于聘请了一位大堂经理

    3、将套接字通道注册到选择器上,并把感兴趣的操作设置为OP_ACCEPT。

    相当于大堂经理给跑腿服务员说,帮我盯着门外,有客人来了告诉我。

    4、进入死循环,选择器不时的进行选择。

    相当于跑腿服务员一遍又一遍的去询问、去转悠

    5、选择器终于选择出了通道,发现通道是需要Acceptable的。

    相当于跑腿服务员终于发现门外来客人了,客人是需要接待的

    6、于是服务器端套接字接受了这个通道,开始处理。

    相当于跑腿服务员把大堂经理叫来了,大堂经理开始着手接待

    7、把新接受的通道配置为非阻塞的,并把它也注册到了选择器上,该通道感兴趣的操作为OP_READ。

    相当于大堂经理把客人带到座位上,给了客人菜单,并又把客人委托给跑腿服务员,说客人接下来肯定是要点餐的,你不时的来问问

    8、选择器继续不时的进行选择着。

    相当于跑腿服务员继续不时的询问着、转悠着

    9、选择器终于又选择出了通道,这次发现通道是需要Readable的。

    相当于跑腿服务员终于发现了一桌客人有了需求,是需要点餐的

    10、把这个通道交给了一个新的工作线程去处理。

    相当于跑腿服务员叫来了点餐服务员,点餐服务员开始为客人写菜单

    11、这个工作线程处理完后,就被回收了,可以再去处理其它通道。

    相当于点餐服务员写好菜单后,就走了,可以再去为其他客人写菜单

    12、选择器继续着重复的选择工作,不知道什么时候是个头。

    相当于跑腿服务员继续着重复的询问、转悠,不知道未来在何方

    相信你已经看出来了,大堂经理相当于服务器端套接字,跑腿服务员相当于选择器,点餐服务员相当于Worker线程。

    启动服务器端代码,使用同一个客户端代码,按相同的套路发20个请求,结果如下:

    时间->IP:Port->主线程Id:当前连接数
    16:34:39->127.0.0.1:56105->1:1
    16:34:39->127.0.0.1:56106->1:2
    16:34:39->127.0.0.1:56107->1:3
    16:34:39->127.0.0.1:56108->1:4
    16:34:39->127.0.0.1:56109->1:5
    16:34:39->127.0.0.1:56110->1:6
    16:34:39->127.0.0.1:56111->1:7
    16:34:39->127.0.0.1:56112->1:8
    16:34:39->127.0.0.1:56113->1:9
    16:34:39->127.0.0.1:56114->1:10
    16:34:39->127.0.0.1:56115->1:11
    16:34:39->127.0.0.1:56116->1:12
    16:34:39->127.0.0.1:56117->1:13
    16:34:39->127.0.0.1:56118->1:14
    16:34:39->127.0.0.1:56119->1:15
    16:34:39->127.0.0.1:56120->1:16
    16:34:39->127.0.0.1:56121->1:17
    16:34:39->127.0.0.1:56122->1:18
    16:34:39->127.0.0.1:56123->1:19
    16:34:39->127.0.0.1:56124->1:20
    
    时间->等待数据的时间,读取数据的时间,总共读取的字节数->线程Id:当前线程数
    16:34:45->wait=1ms,read=1018ms,total=1048576bs->11:5
    16:34:45->wait=0ms,read=1054ms,total=1048576bs->10:5
    16:34:45->wait=0ms,read=1072ms,total=1048576bs->13:6
    16:34:45->wait=0ms,read=1061ms,total=1048576bs->14:5
    16:34:45->wait=0ms,read=1140ms,total=1048576bs->12:4
    16:34:46->wait=0ms,read=1001ms,total=1048576bs->15:5
    16:34:46->wait=0ms,read=1062ms,total=1048576bs->17:6
    16:34:46->wait=0ms,read=1059ms,total=1048576bs->16:5
    16:34:47->wait=0ms,read=1001ms,total=1048576bs->19:4
    16:34:47->wait=0ms,read=1001ms,total=1048576bs->20:4
    16:34:47->wait=0ms,read=1015ms,total=1048576bs->18:3
    16:34:47->wait=0ms,read=1001ms,total=1048576bs->21:2
    16:34:48->wait=0ms,read=1032ms,total=1048576bs->22:4
    16:34:49->wait=0ms,read=1002ms,total=1048576bs->23:3
    16:34:49->wait=0ms,read=1001ms,total=1048576bs->25:2
    16:34:49->wait=0ms,read=1028ms,total=1048576bs->24:4
    16:34:50->wait=0ms,read=1008ms,total=1048576bs->28:4
    16:34:50->wait=0ms,read=1033ms,total=1048576bs->27:3
    16:34:50->wait=1ms,read=1002ms,total=1048576bs->29:2
    16:34:50->wait=0ms,read=1001ms,total=1048576bs->26:2

    服务器端接受20个连接,创建20个通道,并把它们注册到选择器上,此时不需要额外线程。

    当某个通道已经有数据时,才会用一个线程来处理它,所以,线程“等待数据”的时间是0,“读取数据”的时间还是约1秒。

    因为20个通道是陆陆续续有数据的,所以服务器端最多时是6个线程在同时运行的,换句话说,用包含6个线程的线程池就可以了。

    对比与结论:

    处理同样的20个请求,一个需要用20个线程,一个需要用6个线程,节省了70%线程数。

    在本例中,两种感兴趣的操作共用一个选择器,且选择器运行在主线程里,Worker线程是新的线程。

    其实对于选择器的个数、选择器运行在哪个线程里、是否使用新的线程来处理请求都没有要求,要根据实际情况来定。

    比如说redis,和处理请求相关的就一个线程,选择器运行在里面,处理请求的程序也运行在里面,所以这个线程既是I/O线程,也是Worker线程。

    当然,也可以使用两个选择器,一个处理OP_ACCEPT,一个处理OP_READ,让它们分别运行在两个单独的I/O线程里。对于能快速完成的操作可以直接在I/O线程里做了,对于非常耗时的操作一定要使用Worker线程池来处理。

    这种处理模式就是被称为的多路复用I/O,多路指的是多个Socket通道,复用指的是只用一个线程来管理它们。

    再稍微分析一下

    一对一的形式,一个桌子配一个服务员,一个Socket分配一个线程,响应速度最快,毕竟是VIP嘛,但是效率很低,服务员大部分时间都是在站着,线程大部分时间都是在等待。

    多路复用的形式,所有桌子共用一个跑腿服务员,所有Socket共用一个选择器线程,响应速度肯定变慢了,毕竟是一对多嘛。但是效率提高了,点餐服务员在需要点餐时才会过去,工作线程在数据就绪时才会开始工作。

    从VIP到多路复用,形式上确实有很大的不同,其本质是从一对一到一对多的转变,其实就是牺牲了响应速度,换来了效率的提升,不过综合性能还是得到了极大的改进。

    就饭店而言,究竟几张桌子配一个跑腿服务员,几张桌子配一个点餐服务员,经过一段时间运行,一定会有一个最优解。

    就程序而言,究竟需要几个选择器线程,几个工作线程,经过评估测试后,也会有一个最优解。

    一旦达到最优解后,就不可能再提升了,这同样是由多路复用这种一对多的形式所限制的。就像一对一的形式限制一样。

    人们的追求是无止境的,如何对多路复用继续提升呢?答案一定是具有颠覆性的,即抛弃多路复用,采用全新的形式。

    还以饭店为例,如何在最优解的情况下,既要继续减少服务员数量,还要使效率提升呢?可能有些朋友已经猜到了,那就是抛弃服务员服务客人这种模式,把饭店改成自助餐厅。

    在客人进门时,把餐具给他,并告诉他就餐时长、不准浪费等这些规则,然后就不用管了。客人自己选餐,自己吃完,自己走人,不用再等服务员了,因此也不再需要服务员了。(收拾桌子的除外。)

    这种模式对应到程序里,其实就是AIO,在Java里也早就有了。

    嘻嘻,Java AIO来啦

    代码的写法非常的固定,可以配合着后面的解说来看,这样就好理解了,如下:

    /**
     * @author lixinjie
     * @since 2019-05-13
     */
    public class AioServer {
    
      static int clientCount = 0;
      static AtomicInteger counter = new AtomicInteger(0);
      static SimpleDateFormat sdf = new SimpleDateFormat("HH:mm:ss"); 
      
      public static void main(String[] args) {
        try {
          AsynchronousServerSocketChannel assc = AsynchronousServerSocketChannel.open();
          assc.bind(new InetSocketAddress("localhost", 8080));
          //非阻塞方法,其实就是注册了个回调,而且只能接受一个连接
          assc.accept(null, new CompletionHandler<AsynchronousSocketChannel, Object>() {
    
            @Override
            public void completed(AsynchronousSocketChannel asc, Object attachment) {
              //再次注册,接受下一个连接
              assc.accept(null, this);
              try {
                InetSocketAddress rsa = (InetSocketAddress)asc.getRemoteAddress();
                System.out.println(time() + "->" + rsa.getHostName() + ":" + rsa.getPort() + "->" + Thread.currentThread().getId() + ":" + (++clientCount));
              } catch (Exception e) {
              }
              readFromChannelAsync(asc);
            }
    
            @Override
            public void failed(Throwable exc, Object attachment) {
              
            }
          });
          //不让主线程退出
          synchronized (AioServer.class) {
            AioServer.class.wait();
          }
        } catch (Exception e) {
          e.printStackTrace();
        }
      }
    
      static void readFromChannelAsync(AsynchronousSocketChannel asc) {
        //会把数据读入到该buffer之后,再触发工作线程来执行回调
        ByteBuffer bb = ByteBuffer.allocate(1024*1024*1 + 1);
        long begin = System.currentTimeMillis();
        //非阻塞方法,其实就是注册了个回调,而且只能接受一次读取
        asc.read(bb, null, new CompletionHandler<Integer, Object>() {
          //从该连接上一共读到的字节数
          int total = 0;
          /**
           * @param count 表示本次读取到的字节数,-1表示数据已读完
           */
          @Override
          public void completed(Integer count, Object attachment) {
            counter.incrementAndGet();
            if (count > -1) {
              total += count;
            }
            int size = bb.position();
            System.out.println(time() + "->count=" + count + ",total=" + total + "bs,buffer=" + size + "bs->" + Thread.currentThread().getId() + ":" + counter.get());
            if (count > -1) {//数据还没有读完
              //再次注册回调,接受下一次读取
              asc.read(bb, null, this);
            } else {//数据已读完
              try {
                asc.close();
              } catch (Exception e) {
                e.printStackTrace();
              }
            }
            counter.decrementAndGet();
          }
    
          @Override
          public void failed(Throwable exc, Object attachment) {
            
          }
        });
        long end = System.currentTimeMillis();
        System.out.println(time() + "->exe read req,use=" + (end -begin) + "ms" + "->" + Thread.currentThread().getId());
      }
      
      static String time() {
        return sdf.format(new Date());
      }
    }

    它的大致处理过程如下:

    1、初始化一个AsynchronousServerSocketChannel对象,并开始监听

    2、通过accept方法注册一个“完成处理器”的接受连接回调,即CompletionHandler,用于在接受到连接后的相关操作。

    3、当客户端连接过来后,由系统来接受,并创建好AsynchronousSocketChannel对象,然后触发该回调,并把该对象传进该回调,该回调会在Worker线程中执行。

    4、在接受连接回调里,再次使用accept方法注册一次相同的完成处理器对象,用于让系统接受下一个连接。就是这种注册只能使用一次,所以要不停的连续注册,人家就是这样设计的。

    5、在接受连接回调里,使用AsynchronousSocketChannel对象的read方法注册另一个接受数据回调,用于在接受到数据后的相关操作。

    6、当客户端数据过来后,由系统接受,并放入指定好的ByteBuffer中,然后触发该回调,并把本次接受到的数据字节数传入该回调,该回调会在Worker线程中执行。

    7、在接受数据回调里,如果数据没有接受完,需要再次使用read方法把同一个对象注册一次,用于让系统接受下一次数据。这和上面的套路是一样的。

    8、客户端的数据可能是分多次传到服务器端的,所以接受数据回调会被执行多次,直到数据接受完为止。多次接受到的数据合起来才是完整的数据,这个一定要处理好。

    9、关于ByteBuffer,要么足够的大,能够装得下完整的客户端数据,这样多次接受的数据直接往里追加即可。要么每次把ByteBuffer中的数据移到别的地方存储起来,然后清空ByteBuffer,用于让系统往里装入下一次接受的数据。

    注:如果出现ByteBuffer空间不足,则系统不会装入数据,就会导致客户端数据总是读不完,极有可能进入死循环。

    启动服务器端代码,使用同一个客户端代码,按相同的套路发20个请求,结果如下:

    时间->IP:Port->回调线程Id:当前连接数
    17:20:47->127.0.0.1:56454->15:1
    时间->发起一个读请求,耗时->回调线程Id
    17:20:47->exe read req,use=3ms->15
    17:20:47->127.0.0.1:56455->15:2
    17:20:47->exe read req,use=1ms->15
    17:20:47->127.0.0.1:56456->15:3
    17:20:47->exe read req,use=0ms->15
    17:20:47->127.0.0.1:56457->16:4
    17:20:47->127.0.0.1:56458->15:5
    17:20:47->exe read req,use=1ms->16
    17:20:47->exe read req,use=1ms->15
    17:20:47->127.0.0.1:56460->15:6
    17:20:47->127.0.0.1:56459->17:7
    17:20:47->exe read req,use=0ms->15
    17:20:47->127.0.0.1:56462->15:8
    17:20:47->127.0.0.1:56461->16:9
    17:20:47->exe read req,use=1ms->15
    17:20:47->exe read req,use=0ms->16
    17:20:47->exe read req,use=0ms->17
    17:20:47->127.0.0.1:56465->16:10
    17:20:47->127.0.0.1:56463->18:11
    17:20:47->exe read req,use=0ms->18
    17:20:47->127.0.0.1:56466->15:12
    17:20:47->exe read req,use=1ms->16
    17:20:47->127.0.0.1:56464->17:13
    17:20:47->exe read req,use=1ms->15
    17:20:47->127.0.0.1:56467->18:14
    17:20:47->exe read req,use=2ms->17
    17:20:47->exe read req,use=1ms->18
    17:20:47->127.0.0.1:56468->15:15
    17:20:47->exe read req,use=1ms->15
    17:20:47->127.0.0.1:56469->16:16
    17:20:47->127.0.0.1:56470->18:17
    17:20:47->exe read req,use=1ms->18
    17:20:47->exe read req,use=1ms->16
    17:20:47->127.0.0.1:56472->15:18
    17:20:47->127.0.0.1:56473->19:19
    17:20:47->exe read req,use=2ms->15
    17:20:47->127.0.0.1:56471->17:20
    17:20:47->exe read req,use=1ms->19
    17:20:47->exe read req,use=1ms->17
    
    时间->本次接受到的字节数,截至到目前接受到的字节总数,buffer中的字节总数->回调线程Id:当前线程数
    17:20:52->count=65536,total=65536bs,buffer=65536bs->14:1
    17:20:52->count=65536,total=65536bs,buffer=65536bs->14:1
    17:20:52->count=65536,total=65536bs,buffer=65536bs->14:1
    17:20:52->count=230188,total=295724bs,buffer=295724bs->12:1
    17:20:52->count=752852,total=1048576bs,buffer=1048576bs->14:3
    17:20:52->count=131072,total=196608bs,buffer=196608bs->17:2
    
    。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。
    
    17:20:57->count=-1,total=1048576bs,buffer=1048576bs->15:1
    17:20:57->count=-1,total=1048576bs,buffer=1048576bs->15:1
    17:20:57->count=-1,total=1048576bs,buffer=1048576bs->15:1
    17:20:57->count=-1,total=1048576bs,buffer=1048576bs->15:1
    17:20:58->count=-1,total=1048576bs,buffer=1048576bs->15:1
    17:20:58->count=-1,total=1048576bs,buffer=1048576bs->15:1
    17:20:58->count=-1,total=1048576bs,buffer=1048576bs->15:1
    
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