2018-03-13 22:42:51 吳濤分享

前几天我给大家分享了一些JAVA网络编程的知识，从基本的JAVA网络知识开始，我们学习了结合多线程管理的Socket编程，掌握了关于系统内核中的RecBuffer和SendBuffer的概念模型。然后我们开始了NIO编程模型的最佳搭档，Channel和Buffer，以及Channel的读写操作和Buffer的get、put的关系。因为我们有了前面知识的铺垫，所以今天我打算给大家分享一个不一样的网络编程模型，使用Selector实现多路复用网络编程。(实际上是JAVA NIO系列第五篇文章)

今天分享目录如下：

1. TCP上的Channel有哪些
2. TCP上Channel的读写操作
3. 使用Selector实现TCP多路复用网络编程

（还是老话，如果对Selector的op_read、op_write很熟悉，就不要往下看了，去看对你更有帮助的文章）

1. TCP上的Channel

先看下TCP的Channel继承图，注意SelectableChannel

1.1 Server Socket上的Channel：ServerSocketChannel

class ServerSocketChannel{

static ServerSocketChannel open();

ServerSocket socket();

SocketChannel accept();

}

从上面的API中我们可以看出，ServerSocketChannel是使用open这个静态方法中获得的。并且我们可以中该Channel中获得ServerSocket对象。

ServerSocketChannel channel = ServerSocketChannel.open();

ServerSocket serverSocket = channel.socket();

这里需要注意：

上面代码ServerSocket没有绑定地址，需要绑定之后才可以使用，例如使用serverSocket.bind(port)
另外我们要使用ServerSocketChannel的accept来获得SocketChannel,而不是使用ServerSocket的accept获得Socket。
如果serverSocketChannel是non-blocking的，那么accept可能返回null，因为没有连接进来。
使用accept获得的channel不是null，那么该channel默认是Blocking模式，需要手动指定成为Non-Blocking

SelectableChannel configureBlocking(boolean block);

1.2 客户端连接Socket的Channel：SocketChannel

class SocketChannel{

static SocketChannel open();

static SocketChannel open(SocketAddress address);

Socket socket();

}

从上面的API看到，大概和ServerSocketChannel类似，从Channel中获得的socket仍然没有连接到服务，需要使用带有参数的open方法才能打开连接。同样这里获得的channel默认是Blocking模式，需要手动指定成为Non-Blocking。

例如：我们指定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设置

SelectableChannel configureBlocking(boolean block);

Channel的Read操作

在阻塞式编程中，TCP Channel的读操作会阻塞，一直等到有数据可用。而在非阻塞编程中，读操作不会被阻塞，如果recBuffer中有数据，则read返回数据，如果recBuffer空，就不会有数据返回。这里需要注意的地方是非阻塞编程读过程中，如果对方关闭了连接，或者本地关闭了read操作，会有异常抛出，否则read会立刻返回所读数据数，尽管数据可能是0。

代码示例稍后。

Channel的Write操作

在阻塞编程中，和读一样，写操作一直等待sendBuffer中有数据。在非阻塞编程中，写不会被阻塞。这里和读是一样的，如果没有异常抛出的话，这里的写操作会立即返回写的数据数，这里可以是0。什么时候抛出异常？连接被对端关闭了，或者write操作被关闭都会抛异常的。

代码示例稍后。

3. 多路复用网络编程模型

终于到了今天重点的地方，希望读者慢慢看，吸收里面的知识点。

除了上面的读、写操作之外，在多路复用编程中还有两个准备就绪类的操作，一个是准备好了Accept，另一个是准备连接已就绪。完整的操作是：

OP_ACCEPT：只有ServerSocketChannel才可以有这个操作，如果有连接进来，这里就会有返回。
OP_CONNECT：SocketChannel在连接过程中的操作，已经出于连接完成的状态，下一步是finishConnect。
OP_READ：只有连接完成的SocketChannel才有读操作。返回数据见上面，除非有异常，否则就会有数据个数返回，即使数据返回0.
OP_WRITE：只有连接完成的SocketChannel才有写操作。除非有异常，否则返回写出的数据数，或0.

稍后在深入解释这4个操作。我们先看代码，混个面熟先。

如果下面代码你会了，那么JAVA的网络编程你就掌握了。

Scalable TCP一个与众不同的网络编程

片段01

Scalable TCP一个与众不同的网络编程

片段02

代码亮点，关键点：

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

好了，我们回到上面的4个操作上，op_accept,connect,read,wirte。实际上，上面代码中select()操作，返回的只有两种事件，可读的事件和可写的事件两种。

可读事件：有数据在recBuffer中或者accept方法有可用连接进来了，换句话说，OP_READ和OP_ACCETP是一个事件。

可写事件：sendBuffer中有数据了，或者客户端连接完成了。换句话说，OP_CONNECT 和OP_WRITE是一回事。

我们定义accept和read事件在一起为可读事件没有什么问题，因accept在server端可以时，read还不可用，所有监听是分开的，不会冲突。但是connect事件和write事件为可写事件不能同时监听，因为在client socket中，这俩可以是同时存在的，会出现歧义。因为在一个准备就绪的Socket中，op_write事件几乎是一直可用的，所有除非有数据明确了，需要写出了，我们才可以在socket中把write事件添加到select流程中，否则NIO调度线程总是选择报告可写事件，CPU压力很大，因此我们才规定，除非有数据可以写，我们不要订阅可写事件。