Reactor模式和NIO

板桥里人 jdon.com 2002/11/08

本文可看成是对Doug Lea Scalable IO in Java一文的翻译。

当前分布式计算　Web Services盛行天下，这些网络服务的底层都离不开对socket的操作。他们都有一个共同的结构：
1. Read request
2. Decode request
3. Process service
4. Encode reply
5. Send reply

经典的网络服务的设计如下图，在每个线程中完成对数据的处理：

但这种模式在用户负载增加时，性能将下降非常的快。我们需要重新寻找一个新的方案，保持数据处理的流畅，很显然，事件触发机制是最好的解决办法，当有事件发生时，会触动handler,然后开始数据的处理。

Reactor模式类似于AWT中的Event处理：

Reactor模式参与者

1.Reactor 负责响应IO事件，一旦发生，广播发送给相应的Handler去处理,这类似于AWT的thread
2.Handler 是负责非堵塞行为，类似于AWT ActionListeners；同时负责将handlers与event事件绑定，类似于AWT addActionListener

如图：

Java的NIO为reactor模式提供了实现的基础机制，它的Selector当发现某个channel有数据时，会通过SlectorKey来告知我们，在此我们实现事件和handler的绑定。

我们来看看Reactor模式代码:

public class Reactor implements Runnable{final Selector selector;final ServerSocketChannel serverSocket;Reactor(int port) throws IOException {selector = Selector.open();serverSocket = ServerSocketChannel.open();InetSocketAddress address = new InetSocketAddress(InetAddress.getLocalHost(),port);serverSocket.socket().bind(address);serverSocket.configureBlocking(false);//向selector注册该channelSelectionKey sk =serverSocket.register(selector,SelectionKey.OP_ACCEPT);logger.debug("-->Start serverSocket.register!");//利用sk的attache功能绑定Acceptor 如果有事情，触发Acceptorsk.attach(new Acceptor());logger.debug("-->attach(new Acceptor()!");}public void run() { // normally in a new Threadtry {while (!Thread.interrupted()){selector.select();Set selected = selector.selectedKeys();Iterator it = selected.iterator();//Selector如果发现channel有OP_ACCEPT或READ事件发生，下列遍历就会进行。while (it.hasNext())//来一个事件 第一次触发一个accepter线程//以后触发SocketReadHandlerdispatch((SelectionKey)(it.next()));selected.clear();}}catch (IOException ex) {logger.debug("reactor stop!"+ex);}}//运行Acceptor或SocketReadHandlervoid dispatch(SelectionKey k) {Runnable r = (Runnable)(k.attachment());if (r != null){// r.run();}}class Acceptor implements Runnable { // innerpublic void run() {try {logger.debug("-->ready for accept!");SocketChannel c = serverSocket.accept();if (c != null)//调用Handler来处理channelnew SocketReadHandler(selector, c);}catch(IOException ex) {logger.debug("accept stop!"+ex);}}}
}

以上代码中巧妙使用了SocketChannel的attach功能，将Hanlder和可能会发生事件的channel链接在一起，当发生事件时，可以立即触发相应链接的Handler。

再看看Handler代码:

public class SocketReadHandler implements Runnable {public static Logger logger = Logger.getLogger(SocketReadHandler.class);private Test test=new Test();final SocketChannel socket;final SelectionKey sk;static final int READING = 0, SENDING = 1;int state = READING;public SocketReadHandler(Selector sel, SocketChannel c)throws IOException {socket = c;socket.configureBlocking(false);sk = socket.register(sel, 0);//将SelectionKey绑定为本Handler 下一步有事件触发时，将调用本类的run方法。//参看dispatch(SelectionKey k)sk.attach(this);//同时将SelectionKey标记为可读，以便读取。sk.interestOps(SelectionKey.OP_READ);sel.wakeup();}public void run() {try{// test.read(socket,input);readRequest() ;}catch(Exception ex){logger.debug("readRequest error"+ex);}}/**
* 处理读取data
* @param key
* @throws Exception
*/
private void readRequest() throws Exception {ByteBuffer input = ByteBuffer.allocate(1024);input.clear();try{int bytesRead = socket.read(input);......//激活线程池 处理这些requestrequestHandle(new Request(socket,btt));.....}catch(Exception e) {}}

注意在Handler里面又执行了一次attach，这样，覆盖前面的Acceptor，下次该Handler又有READ事件发生时，将直接触发Handler.从而开始了数据的读　处理　写　发出等流程处理。

将数据读出后，可以将这些数据处理线程做成一个线程池，这样，数据读出后，立即扔到线程池中，这样加速处理速度：

更进一步，我们可以使用多个Selector分别处理连接和读事件。

一个高性能的Java网络服务机制就要形成，激动人心的集群并行计算即将实现。

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