Reactor模式和NIO

本文可看成是对Doug Lea Scalable IO inJava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：

将原来每个线程监听的任务，交给一个独立的第三者（selector），自己专注于自己的工作，等到事件来的时候selector会通知你，这实际上是一个观察者模式。所以你需要把你对哪个socket的哪个事件感兴趣告诉selector，即注册的过程。

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channel SelectionKey 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Acceptor sk.attach(new Acceptor()); logger.debug("-->attach(new Acceptor()!"); } public void run() { // normally in a new Thread try { 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SocketReadHandler dispatch((SelectionKey)(it.next())); selected.clear(); } }catch (IOException ex) { logger.debug("reactor stop!"+ex); } } 　　//运行Acceptor或SocketReadHandler void dispatch(SelectionKey k) { Runnable r = (Runnable)(k.attachment()); if (r != null){ // r.run(); 　　　　} } 　　class Acceptor implements Runnable { // inner public void run() { try { logger.debug("-->ready for accept!"); SocketChannel c = serverSocket.accept(); if (c != null) //调用Handler来处理channel new 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request requestHandle(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。

（编辑：李大同）

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