2018-03-13 22:42:51 吳濤分享

前幾天我給大家分享了一些JAVA網絡編程的知識，從基本的JAVA網絡知識開始，我們學習了結合多線程管理的Socket編程，掌握了關於系統內核中的RecBuffer和SendBuffer的概念模型。然後我們開始了NIO編程模型的最佳搭檔，Channel和Buffer，以及Channel的讀寫操作和Buffer的get、put的關係。因為我們有了前面知識的鋪墊，所以今天我打算給大家分享一個不一樣的網絡編程模型，使用Selector實現多路複用網絡編程。(實際上是JAVA NIO系列第五篇文章)

今天分享目錄如下：

1. TCP上的Channel有哪些
2. TCP上Channel的讀寫操作
3. 使用Selector實現TCP多路複用網絡編程

（還是老話，如果對Selector的op_read、op_write很熟悉，就不要往下看了，去看對你更有幫助的文章）

1. TCP上的Channel

先看下TCP的Channel繼承圖，注意SelectableChannel

1.1 Server Socket上的Channel：ServerSocketChannel

class ServerSocketChannel{

static ServerSocketChannel open();

ServerSocket socket();

SocketChannel accept();

}

從上面的API中我們可以看出，ServerSocketChannel是使用open這個靜態方法中獲得的。並且我們可以中該Channel中獲得ServerSocket對象。

ServerSocketChannel channel = ServerSocketChannel.open();

ServerSocket serverSocket = channel.socket();

這裡需要注意：

上面代碼ServerSocket沒有綁定地址，需要綁定之後才可以使用，例如使用serverSocket.bind(port)
另外我們要使用ServerSocketChannel的accept來獲得SocketChannel,而不是使用ServerSocket的accept獲得Socket。
如果serverSocketChannel是non-blocking的，那麼accept可能返回null，因為沒有連接進來。
使用accept獲得的channel不是null，那麼該channel默認是Blocking模式，需要手動指定成為Non-Blocking

SelectableChannel configureBlocking(boolean block);

1.2 客戶端連接Socket的Channel：SocketChannel

class SocketChannel{

static SocketChannel open();

static SocketChannel open(SocketAddress address);

Socket socket();

}

從上面的API看到，大概和ServerSocketChannel類似，從Channel中獲得的socket仍然沒有連接到服務，需要使用帶有參數的open方法才能打開連接。同樣這裡獲得的channel默認是Blocking模式，需要手動指定成為Non-Blocking。

例如：我們指定ip和端口

SocketChannel channel = SocketChannel.open(new InetSocketAddress(ip,port));

2. Channel的操作

注意channel的Blocking模式，可以使用API設置

SelectableChannel configureBlocking(boolean block);

Channel的Read操作

在阻塞式編程中，TCP Channel的讀操作會阻塞，一直等到有數據可用。而在非阻塞編程中，讀操作不會被阻塞，如果recBuffer中有數據，則read返回數據，如果recBuffer空，就不會有數據返回。這裡需要注意的地方是非阻塞編程讀過程中，如果對方關閉了連接，或者本地關閉了read操作，會有異常拋出，否則read會立刻返回所讀數據數，儘管數據可能是0。

代碼示例稍後。

Channel的Write操作

在阻塞編程中，和讀一樣，寫操作一直等待sendBuffer中有數據。在非阻塞編程中，寫不會被阻塞。這裡和讀是一樣的，如果沒有異常拋出的話，這裡的寫操作會立即返回寫的數據數，這裡可以是0。什麼時候拋出異常？連接被對端關閉了，或者write操作被關閉都會拋異常的。

代碼示例稍後。

3. 多路複用網絡編程模型

終於到了今天重點的地方，希望讀者慢慢看，吸收裡面的知識點。

除了上面的讀、寫操作之外，在多路複用編程中還有兩個準備就緒類的操作，一個是準備好了Accept，另一個是準備連接已就緒。完整的操作是：

OP_ACCEPT：只有ServerSocketChannel才可以有這個操作，如果有連接進來，這裡就會有返回。
OP_CONNECT：SocketChannel在連接過程中的操作，已經出於連接完成的狀態，下一步是finishConnect。
OP_READ：只有連接完成的SocketChannel才有讀操作。返回數據見上面，除非有異常，否則就會有數據個數返回，即使數據返回0.
OP_WRITE：只有連接完成的SocketChannel才有寫操作。除非有異常，否則返回寫出的數據數，或0.

稍後在深入解釋這4個操作。我們先看代碼，混個面熟先。

如果下面代碼你會了，那麼JAVA的網絡編程你就掌握了。

Scalable TCP一個與眾不同的網絡編程

片段01

Scalable TCP一個與眾不同的網絡編程

片段02

代碼亮點，關鍵點：

非阻塞配置。（nonblocking）
Selector.select方法的使用。（timeout）
使用key的attachement管理每個連接的ByteBuffer。（attach）

好了，我們回到上面的4個操作上，op_accept,connect,read,wirte。實際上，上面代碼中select()操作，返回的只有兩種事件，可讀的事件和可寫的事件兩種。

可讀事件：有數據在recBuffer中或者accept方法有可用連接進來了，換句話說，OP_READ和OP_ACCETP是一個事件。

可寫事件：sendBuffer中有數據了，或者客戶端連接完成了。換句話說，OP_CONNECT 和OP_WRITE是一回事。

我們定義accept和read事件在一起為可讀事件沒有什麼問題，因accept在server端可以時，read還不可用，所有監聽是分開的，不會衝突。但是connect事件和write事件為可寫事件不能同時監聽，因為在client socket中，這倆可以是同時存在的，會出現歧義。因為在一個準備就緒的Socket中，op_write事件幾乎是一直可用的，所有除非有數據明確了，需要寫出了，我們才可以在socket中把write事件添加到select流程中，否則NIO調度線程總是選擇報告可寫事件，CPU壓力很大，因此我們才規定，除非有數據可以寫，我們不要訂閱可寫事件。