基于Java NIO 开发高性能并发型服务器程序的研究

第8卷%第5期

软件导刊

2009年5月SoftwareGuide

Vol.8No.5May.2009

基于JavaNIO开发高性能并发型服务器程序的研究

段艳明，肖辉辉

(河池学院计算机与信息科学系，广西宜州546300)

摘

要：分析了应用传统阻塞型网络I/O在进行服务器程序设计时的不足，在此基础上研究了非阻塞型网络I/O

(NIO)的特性以及工作机制，给出了应用NIO设计高性能并发型服务器程序核心代码，以实现服务器与客户端无阻

塞的、流畅的数据读写。

关键词：网络通信；阻塞；非阻塞；NIO；Java中图分类号：TP312

文献标识码：A

文章编号：1672-7800(2009)05－0063－03

1传统阻塞型网络I/O的不足

但是，随着同时连接的客户端数量的增加，系统中将存在大量的用于同客户端进行交互的线程。每个线程都需要较多的系统资源(内存、栈、CPU等)，在不同的线程之间切换上下文(Con-

Java平台传统的I/O系统都是基于Byte(字节)和Stream(数据流)的，相应的I/O操作都是阻塞型的，所以服务器程序也采用阻塞型I/O进行数据的读、写操作。其操作模式如图1所示(以TCP服务器为例

)。

text)是一个比较费时的操作，频繁的线程操作将会造成系统性

能急剧下降。如果用这样的模型建立一个服务器端，一个连接至少2个线程，如果业务负担很大、连接的socket很多的话，会带来相当大的开销、而且扩展性很差。因此，这种模式在客户端增加时，性能将下降得非常快。

2NIO特性

针对传统I/O系统工作模式的弊端，JavaNIO通信机制的构建采用了基于Buffers(缓冲区)、Channels(通道)和Selectors(选择器)的新模式。

图1

基于阻塞I/O的单线程TCP服务器

图1中，粗框所表示的操作即为阻塞操作，服务器对这些操作的调用将一直阻塞，直到资源可以得到。对于这种基于阻塞I/O开发的网络应用程序，一个常用的改进方法就是开设多线程，让线程去处理阻塞操作，其操作模式如图2所示(以TCP服务器为例

)。

JavaNIO的主要类为：

Buffer(缓冲器)：Buffer是抽象类，它及其派生出的"子类"，

用以处理各种类型数据的读写以及相关的运算。每一缓冲器内部包含一个字节数组作为数据存储，实现数据的管理和运算，并控制操作系统的读写过程。

Channel(通道)：Channel是一个接口，功能类似于传统I/O

中的Stream，但通道具有双向性，既可读入，也可写出。

Selector(选择器)：各类Buffer是数据的容器对象。各类Channel实现在各类Buffer与各类I/O服务间传输数据。而Selector，负责监视已注册的Sockets通道，提供各类Channel的

状态信息，并序列化服务器需要应答的请求，控制着各类

Channel有效地工作。

Buffers、Channels和Selectors是组成NIO的三个重要部

图2

基于阻塞I/O的多线程TCP服务器

分，是三类新的抽象模型。它们提供了非阻塞套接字、就绪选择、文件锁定和内存映射文件等新的I/O能力。还提供了正则

图2中使用多线程，使得服务器可以并发处理多个请求。

作者简介：段艳明(1978-)，女，河池学院计算机与信息科学系讲师，研究方向为计算机网络、人工智能；肖辉辉(1977-)，男，江西永新人，江西理工

大学硕士研究生，河池学院计算机与信息科学系讲师，研究方向为GML空间数据库理论与应用、数据库技术、GIS应用开发。