1、NIO实现Client-Server通讯

我们将NIO实现Client-Server通讯的流程分为4步，见下面伪代码：

class NioServer{    main(){初始化 nio 相关组件for(循环处理监听端口的事件){1、与客户端建立连接；2、读取客户端发送的数据；3、处理数据；4、发送响应给客户端}}
}

流程示意图如下

图 1-1

我们写代码实现一下

public class NioServer {public static void main(String[] args) throws IOException {// 初始化 nio 相关组件Selector sel = Selector.open();ServerSocketChannel ssc = ServerSocketChannel.open();ssc.configureBlocking(false);// 开始监听9000端口ssc.bind(new InetSocketAddress(9000));        // 循环处理9000端口的事件while (!Thread.interrupted()) {// 将当前所有的事件封装为SelectionKey放入Set中sel.select();Set keySet = sel.selectedKeys();Iterator it = keySet.iterator();// 遍历Set中的事件while (it.hasNext()) {SelectionKey key = (SelectionKey) (it.next());if (key.isAcceptable()) {// 1、accept建立连接SocketChannel channel = ssc.accept();channel.register(sel, SelectionKey.OP_READ);} else if (key.isReadable()) {SocketChannel channel = (SocketChannel) key.channel();// 2、读取客户端发送的数据String readedStr = SocketReader.read(channel);// 3、处理数据String processedStr = process(readedStr);// 4、发送响应给客户端channel.write(ByteBuffer.wrap(processedStr.getBytes()));}it.remove();}}}public static String process(String str) {try {Thread.sleep(2 * 1000);} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}return "processed string:" + str;}
}

一步一图分析处理流程

初始化nio服务端

创建一个Selector，Selector下有个Set

创建一个ServerSocketChannel，并将其注册到Selector

注册结果返回一个SelectioinKey，我们用下图表示

当一个客户端client-1发送连接请求时，ServerSocketChannel会监听到这个请求事件，select方法会将该事件对应SelectionKey放入Set中，调用ServerSocketChannel的accept方法创建一个SocketChannel与客户端建立连接

1、与客户端建立连接

假设有个client-1创建一个SocketChannel发送一个请求过来，服务端创建一个SocketChannel与之建立连接，可以把这两个SocketChannel看做网络连接两头的端点

client-2、…client-n 发送连接请求也是如此

2、读取客户端发送的数据

客户端与服务端建立连接后，client就可以向

3、处理数据

4、发送响应给客户端

1 ~ 4 步是串行阻塞执行的，无法充分利用现代多核CPU的性能，这个实现性很低！

如何改进呢？使用多线程使得1 ~ 4步并行执行。

我们一步步来重构这个流程。

业务数据处理的时间一般都比较长，所以我们首先使用单独的线程来执行第3步 ,因为第4步依赖第3步，所以第4步也放入线程中，示例代码如下：

class Server{main(){for(循环处理监听端口的事件){1、accept建立连接；2、读取客户端发送的数据；new Thread(new Runnable(){3、处理数据；4、发送响应给客户端}).start();}}
}

这里

Reactor 反应器模式，角色有

1、Reactor

负责派发IO事件给对应的处理器处理。

连接请求发送给连接处理器-Acceptor，

2、 Acceptor

负责接受client的连线请求，然后给client绑定一个Handler并注册IO事件到Reactor上监听。

3、Handler
负责处理与client交互的事件或行为。

通常因为Handler要处理与所对应client交互的多个事件或行为，可以状态模式来实现Handler。

Reactor 将不同的事件转发到不同的 “事件处理器” 进行处理

1、Reactor 流程

我们以单个客户端连接为例，介绍一下整个流程。

1.1、初始化NIO网络的设置

大家需要明白 SelectionKey 中有 Selector和Channel（ServerSocketChannel 或 SocketChannel）的引用，见下面第一张图 (第二张关系图有兴趣可以看看)：

可以通过下面两个方法获取 Selector 和 Channel ：

 SelectableChannel channel = SelectionKey.channel();Selector selector = SelectionKey.selector();

|SelectionKey 简略图|



三者关系图

1.2、启动服务端

启动服务端就是使用ServerSocketChannel 监听端口，循环执行 Selector.select() 这个阻塞方法来获取 SelectionKey集合，即在有事件发生时，JDK 底层会基于OS，将所有事件封装为Set集合 Set<SelectionKey> 作为 select 方法的返回值

1.3、处理客户端连接请求

服务启动后，一个客户端发送连接请求过来，select 方法退出阻塞，返回 Set<SelectionKey>



图1 - 启动服务端

下面我们来完成服务端的部分功能：网络服务初始化工作，代码如下：

伪代码：

class STReactor {STReactor (){1、监听指定的端口;2、向Selector注册关注的 “连接请求事件”;}run(){while(true){if(selector.select()>0){3、获取请求事件;//4、TODO 处理请求}          }}
}

具体实现代码：

public class STReactor implements Runnable {private final ServerSocketChannel ssc;private final Selector selector;public STReactor(int port) throws IOException {// 1、监听指定的端口selector = Selector.open();ssc = ServerSocketChannel.open();InetSocketAddress addr = new InetSocketAddress(port);ssc.bind(addr);ssc.configureBlocking(false);// 2、向Selector注册关注的 “连接请求事件”SelectionKey sk = ssc.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT);}@Overridepublic void run() {while (!Thread.interrupted()) {try {if (selector.select() == 0){continue;}                    } catch (IOException e) {e.printStackTrace();}Set<SelectionKey> selectedKeys = selector.selectedKeys(); //已就绪事件的key集合Iterator<SelectionKey> it = selectedKeys.iterator();while (it.hasNext()) {// 3、获取请求事件SelectionKey sk = (it.next());// 4、TODO 处理请求it.remove();}}}
}

我们使用 AcceptHandler 来处理连接请求，最终建立连接，所谓的连接，从JDK的角度来看就是 SocketChannel ，且以 SelectionKey的形式存在于 Selector中

1.4、处理客户端消息

建立好连接后，客户端就可以发送消息了，服务端我们使用 RWHandler 处理器来处理客户端发送过来的消息

不同的事件需要不同的 “事件处理器” 来处理，此时我们就需要一个 “路由转发机制”（SelectionKey 的attach()方法了解一下）

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