折腾了我一周，原来Netty网络编程就是这么个破玩意儿！！！ ...

十念 · 2022-12-29 16:12:12

1、阻塞

阻塞模式下，相关方法都会导致线程暂停
- ServerSocketChannel.accept 会在没有连接建立时让线程暂停
- SocketChannel.read 会在通道中没有数据可读时让线程暂停
- 阻塞的表现其实就是线程暂停了，暂停期间不会占用 cpu，但线程相当于闲置
单线程下，阻塞方法之间相互影响，几乎不能正常工作，需要多线程支持
但多线程下，有新的问题，体现在以下方面
- 32 位 jvm 一个线程 320k，64 位 jvm 一个线程 1024k，如果连接数过多，必然导致 OOM，并且线程太多，反而会因为频繁上下文切换导致性能降低
- 可以采用线程池技术来减少线程数和线程上下文切换，但治标不治本，如果有很多连接建立，但长时间 inactive，会阻塞线程池中所有线程，因此不适合长连接，只适合短连接

服务端代码

public class Server {
public static void main(String[] args) {
// 创建缓冲区
ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(16);
// 获得服务器通道
try(ServerSocketChannel server = ServerSocketChannel.open()) {
// 为服务器通道绑定端口
server.bind(new InetSocketAddress(8080));
// 用户存放连接的集合
ArrayList<SocketChannel> channels = new ArrayList<>();
// 循环接收连接
while (true) {
System.out.println("before connecting...");
// 没有连接时，会阻塞线程
SocketChannel socketChannel = server.accept();
System.out.println("after connecting...");
channels.add(socketChannel);
// 循环遍历集合中的连接
for(SocketChannel channel : channels) {
System.out.println("before reading");
// 处理通道中的数据
// 当通道中没有数据可读时，会阻塞线程
channel.read(buffer);
buffer.flip();
ByteBufferUtil.debugRead(buffer);
buffer.clear();
System.out.println("after reading");
}
}
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}

复制代码

客户端代码

public class Client {
public static void main(String[] args) {
try (SocketChannel socketChannel = SocketChannel.open()) {
// 建立连接
socketChannel.connect(new InetSocketAddress("localhost", 8080));
System.out.println("waiting...");
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}

复制代码

运行结果

客户端 - 服务器建立连接前：服务器端因 accept 阻塞

客户端 - 服务器建立连接后，客户端发送消息前：服务器端因通道为空被阻塞

客户端发送数据后，服务器处理通道中的数据。再次进入循环时，再次被 accept 阻塞

之前的客户端再次发送消息，服务器端因为被 accept 阻塞，无法处理之前客户端发送到通道中的信息

2、非阻塞

可以通过 ServerSocketChannel 的 configureBlocking (false) 方法将获得连接设置为非阻塞的。此时若没有连接，accept 会返回 null
可以通过 SocketChannel 的 configureBlocking (false) 方法将从通道中读取数据设置为非阻塞的。若此时通道中没有数据可读，read 会返回 - 1

服务器代码如下

public class Server {
public static void main(String[] args) {
// 创建缓冲区
ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(16);
// 获得服务器通道
try(ServerSocketChannel server = ServerSocketChannel.open()) {
// 设置为非阻塞模式，没有连接时返回null，不会阻塞线程
server.configureBlocking(false);
// 为服务器通道绑定端口
server.bind(new InetSocketAddress(8080));
// 用户存放连接的集合
ArrayList<SocketChannel> channels = new ArrayList<>();
// 循环接收连接
while (true) {
SocketChannel socketChannel = server.accept();
// 通道不为空时才将连接放入到集合中
if (socketChannel != null) {
System.out.println("after connecting...");
channels.add(socketChannel);
}
// 循环遍历集合中的连接
for(SocketChannel channel : channels) {
// 处理通道中的数据
// 设置为非阻塞模式，若通道中没有数据，会返回0，不会阻塞线程
channel.configureBlocking(false);
int read = channel.read(buffer);
if(read > 0) {
buffer.flip();
ByteBufferUtil.debugRead(buffer);
buffer.clear();
System.out.println("after reading");
}
}
}
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}

复制代码

这样写存在一个问题，因为设置为了非阻塞，会一直执行 while (true) 中的代码，CPU 一直处于忙碌状态，会使得性能变低，所以实际情况中不使用这种方法处理请求
3、Selector

多路复用

单线程可以配合 Selector 完成对多个 Channel 可读写事件的监控，这称之为多路复用

多路复用仅针对网络 IO，普通文件 IO 无法利用多路复用
如果不用 Selector 的非阻塞模式，线程大部分时间都在做无用功，而 Selector 能够保证
- 有可连接事件时才去连接
- 有可读事件才去读取
- 有可写事件才去写入
  - 限于网络传输能力，Channel 未必时时可写，一旦 Channel 可写，会触发 Selector 的可写事件

4、使用及 Accpet 事件

要使用 Selector 实现多路复用，服务端代码如下改进

public class SelectServer {
public static void main(String[] args) {
ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(16);
// 获得服务器通道
try(ServerSocketChannel server = ServerSocketChannel.open()) {
server.bind(new InetSocketAddress(8080));
// 创建选择器
Selector selector = Selector.open();
// 通道必须设置为非阻塞模式
server.configureBlocking(false);
// 将通道注册到选择器中，并设置感兴趣的事件
server.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT);
while (true) {
// 若没有事件就绪，线程会被阻塞，反之不会被阻塞。从而避免了CPU空转
// 返回值为就绪的事件个数
int ready = selector.select();
System.out.println("selector ready counts : " + ready);
// 获取所有事件
Set<SelectionKey> selectionKeys = selector.selectedKeys();
// 使用迭代器遍历事件
Iterator<SelectionKey> iterator = selectionKeys.iterator();
while (iterator.hasNext()) {
SelectionKey key = iterator.next();
// 判断key的类型
if(key.isAcceptable()) {
// 获得key对应的channel
ServerSocketChannel channel = (ServerSocketChannel) key.channel();
System.out.println("before accepting...");
// 获取连接并处理，而且是必须处理，否则需要取消
SocketChannel socketChannel = channel.accept();
System.out.println("after accepting...");
// 处理完毕后移除
iterator.remove();
}
}
}
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}

复制代码

步骤解析

获得选择器 Selector

Selector selector = Selector.open();

复制代码

将通道设置为非阻塞模式，并注册到选择器中，并设置感兴趣的事件
- channel 必须工作在非阻塞模式
- FileChannel 没有非阻塞模式，因此不能配合 selector 一起使用
- 绑定的事件类型可以有
  - connect - 客户端连接成功时触发
accept - 服务器端成功接受连接时触发
- read - 数据可读入时触发，有因为接收能力弱，数据暂不能读入的情况
write - 数据可写出时触发，有因为发送能力弱，数据暂不能写出的情况

// 通道必须设置为非阻塞模式
server.configureBlocking(false);
// 将通道注册到选择器中，并设置感兴趣的实践
server.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT);

复制代码

通过 Selector 监听事件，并获得就绪的通道个数，若没有通道就绪，线程会被阻塞
- 阻塞直到绑定事件发生
  1. int count = selector.select();
  复制代码
- 阻塞直到绑定事件发生，或是超时（时间单位为 ms）
  1. int count = selector.select(long timeout);
  复制代码
- 不会阻塞，也就是不管有没有事件，立刻返回，自己根据返回值检查是否有事件
  1. int count = selector.selectNow();
  复制代码
获取就绪事件并得到对应的通道，然后进行处理

// 获取所有事件
Set<SelectionKey> selectionKeys = selector.selectedKeys();
// 使用迭代器遍历事件
Iterator<SelectionKey> iterator = selectionKeys.iterator();
while (iterator.hasNext()) {
SelectionKey key = iterator.next();
// 判断key的类型，此处为Accept类型
if(key.isAcceptable()) {
// 获得key对应的channel
ServerSocketChannel channel = (ServerSocketChannel) key.channel();
// 获取连接并处理，而且是必须处理，否则需要取消
SocketChannel socketChannel = channel.accept();
// 处理完毕后移除
iterator.remove();
}
}

复制代码

事件发生后能否不处理
事件发生后，要么处理，要么取消（cancel），不能什么都不做，否则下次该事件仍会触发，这是因为 nio 底层使用的是水平触发
5、Read 事件

在 Accept 事件中，若有客户端与服务器端建立了连接，需要将其对应的 SocketChannel 设置为非阻塞，并注册到选择其中
添加 Read 事件，触发后进行读取操作
添加 Read 事件，触发后进行读取操作

public class SelectServer {
public static void main(String[] args) {
ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(16);
// 获得服务器通道
try(ServerSocketChannel server = ServerSocketChannel.open()) {
server.bind(new InetSocketAddress(8080));
// 创建选择器
Selector selector = Selector.open();
// 通道必须设置为非阻塞模式
server.configureBlocking(false);
// 将通道注册到选择器中，并设置感兴趣的实践
server.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT);
// 为serverKey设置感兴趣的事件
while (true) {
// 若没有事件就绪，线程会被阻塞，反之不会被阻塞。从而避免了CPU空转
// 返回值为就绪的事件个数
int ready = selector.select();
System.out.println("selector ready counts : " + ready);
// 获取所有事件
Set<SelectionKey> selectionKeys = selector.selectedKeys();
// 使用迭代器遍历事件
Iterator<SelectionKey> iterator = selectionKeys.iterator();
while (iterator.hasNext()) {
SelectionKey key = iterator.next();
// 判断key的类型
if(key.isAcceptable()) {
// 获得key对应的channel
ServerSocketChannel channel = (ServerSocketChannel) key.channel();
System.out.println("before accepting...");
// 获取连接
SocketChannel socketChannel = channel.accept();
System.out.println("after accepting...");
// 设置为非阻塞模式，同时将连接的通道也注册到选择其中
socketChannel.configureBlocking(false);
socketChannel.register(selector, SelectionKey.OP_READ);
// 处理完毕后移除
iterator.remove();
} else if (key.isReadable()) {
SocketChannel channel = (SocketChannel) key.channel();
System.out.println("before reading...");
channel.read(buffer);
System.out.println("after reading...");
buffer.flip();
ByteBufferUtil.debugRead(buffer);
buffer.clear();
// 处理完毕后移除
iterator.remove();
}
}
}
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}

复制代码

删除事件
当处理完一个事件后，一定要调用迭代器的 remove 方法移除对应事件，否则会出现错误。原因如下
以我们上面的 Read 事件的代码为例

当调用了 server.register (selector, SelectionKey.OP_ACCEPT) 后，Selector 中维护了一个集合，用于存放 SelectionKey 以及其对应的通道
1. // WindowsSelectorImpl 中的 SelectionKeyImpl数组
2. private SelectionKeyImpl[] channelArray = new SelectionKeyImpl[8];
复制代码
1. public class SelectionKeyImpl extends AbstractSelectionKey {
2. // Key对应的通道
3. final SelChImpl channel;
4. ...
5. }
复制代码

当选择器中的通道对应的事件发生后，selecionKey 会被放到另一个集合中，但是 selecionKey 不会自动移除，所以需要我们在处理完一个事件后，通过迭代器手动移除其中的 selecionKey。否则会导致已被处理过的事件再次被处理，就会引发错误

断开处理

当客户端与服务器之间的连接断开时，会给服务器端发送一个读事件，对异常断开和正常断开需要加以不同的方式进行处理

正常断开
- 正常断开时，服务器端的 channel.read (buffer) 方法的返回值为 - 1，所以当结束到返回值为 - 1 时，需要调用 key 的 cancel 方法取消此事件，并在取消后移除该事件
  1. int read = channel.read(buffer);
  2. // 断开连接时，客户端会向服务器发送一个写事件，此时read的返回值为-1
  3. if(read == -1) {
  4. // 取消该事件的处理
  5. key.cancel();
  6. channel.close();
  7. } else {
  8. ...
  9. }
  10. // 取消或者处理，都需要移除key
  11. iterator.remove();
  复制代码
异常断开
- 异常断开时，会抛出 IOException 异常，在 try-catch 的 catch 块中捕获异常并调用 key 的 cancel 方法即可

消息边界

不处理消息边界存在的问题
将缓冲区的大小设置为 4 个字节，发送 2 个汉字（你好），通过 decode 解码并打印时，会出现乱码

ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(4);
// 解码并打印
System.out.println(StandardCharsets.UTF_8.decode(buffer));
你�
��

复制代码

这是因为 UTF-8 字符集下，1 个汉字占用 3 个字节，此时缓冲区大小为 4 个字节，一次读时间无法处理完通道中的所有数据，所以一共会触发两次读事件。这就导致你好的好字被拆分为了前半部分和后半部分发送，解码时就会出现问题
处理消息边界
传输的文本可能有以下三种情况

文本大于缓冲区大小
- 此时需要将缓冲区进行扩容
发生半包现象
发生粘包现象

解决思路大致有以下三种

固定消息长度，数据包大小一样，服务器按预定长度读取，当发送的数据较少时，需要将数据进行填充，直到长度与消息规定长度一致。缺点是浪费带宽
另一种思路是按分隔符拆分，缺点是效率低，需要一个一个字符地去匹配分隔符
TLV 格式，即 Type 类型、Length 长度、Value 数据
（也就是在消息开头用一些空间存放后面数据的长度），如 HTTP 请求头中的 Content-Type 与 Content-Length
。类型和长度已知的情况下，就可以方便获取消息大小，分配合适的 buffer，缺点是 buffer 需要提前分配，如果内容过大，则影响 server 吞吐量
- Http 1.1 是 TLV 格式
Http 2.0 是 LTV 格式

下文的消息边界处理方式为第二种：按分隔符拆分
附件与扩容
Channel 的 register 方法还有第三个参数：附件，可以向其中放入一个 Object 类型的对象，该对象会与登记的 Channel 以及其对应的 SelectionKey 绑定，可以从 SelectionKey 获取到对应通道的附件

public final SelectionKey register(Selector sel, int ops, Object att)

复制代码

可通过 SelectionKey 的 attachment () 方法获得附件

ByteBuffer buffer = (ByteBuffer) key.attachment();

复制代码

我们需要在 Accept 事件发生后，将通道注册到 Selector 中时，对每个通道添加一个 ByteBuffer 附件，让每个通道发生读事件时都使用自己的通道，避免与其他通道发生冲突而导致问题

// 设置为非阻塞模式，同时将连接的通道也注册到选择其中，同时设置附件
socketChannel.configureBlocking(false);
ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(16);
// 添加通道对应的Buffer附件
socketChannel.register(selector, SelectionKey.OP_READ, buffer);

复制代码

当 Channel 中的数据大于缓冲区时，需要对缓冲区进行扩容操作。此代码中的扩容的判定方法： Channel 调用 compact 方法后，的 position 与 limit 相等，说明缓冲区中的数据并未被读取（容量太小），此时创建新的缓冲区，其大小扩大为两倍。同时还要将旧缓冲区中的数据拷贝到新的缓冲区中，同时调用 SelectionKey 的 attach 方法将新的缓冲区作为新的附件放入 SelectionKey 中

// 如果缓冲区太小，就进行扩容
if (buffer.position() == buffer.limit()) {
ByteBuffer newBuffer = ByteBuffer.allocate(buffer.capacity()*2);
// 将旧buffer中的内容放入新的buffer中
ewBuffer.put(buffer);
// 将新buffer作为附件放到key中
key.attach(newBuffer);
}

复制代码

改造后的服务器代码如下

public class SelectServer {
public static void main(String[] args) {
// 获得服务器通道
try(ServerSocketChannel server = ServerSocketChannel.open()) {
server.bind(new InetSocketAddress(8080));
// 创建选择器
Selector selector = Selector.open();
// 通道必须设置为非阻塞模式
server.configureBlocking(false);
// 将通道注册到选择器中，并设置感兴趣的事件
server.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT);
// 为serverKey设置感兴趣的事件
while (true) {
// 若没有事件就绪，线程会被阻塞，反之不会被阻塞。从而避免了CPU空转
// 返回值为就绪的事件个数
int ready = selector.select();
System.out.println("selector ready counts : " + ready);
// 获取所有事件
Set<SelectionKey> selectionKeys = selector.selectedKeys();
// 使用迭代器遍历事件
Iterator<SelectionKey> iterator = selectionKeys.iterator();
while (iterator.hasNext()) {
SelectionKey key = iterator.next();
iterator.remove();
// 判断key的类型
if(key.isAcceptable()) {
// 获得key对应的channel
ServerSocketChannel channel = (ServerSocketChannel) key.channel();
System.out.println("before accepting...");
// 获取连接
SocketChannel socketChannel = channel.accept();
System.out.println("after accepting...");
// 设置为非阻塞模式，同时将连接的通道也注册到选择其中，同时设置附件
socketChannel.configureBlocking(false);
ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(16);
socketChannel.register(selector, SelectionKey.OP_READ, buffer);
} else if (key.isReadable()) {
SocketChannel channel = (SocketChannel) key.channel();
System.out.println("before reading...");
// 通过key获得附件（buffer）
ByteBuffer buffer = (ByteBuffer) key.attachment();
int read = channel.read(buffer);
if(read == -1) {
key.cancel();
channel.close();
} else {
// 通过分隔符来分隔buffer中的数据
split(buffer);
// 如果缓冲区太小，就进行扩容
if (buffer.position() == buffer.limit()) {
ByteBuffer newBuffer = ByteBuffer.allocate(buffer.capacity()*2);
// 将旧buffer中的内容放入新的buffer中
buffer.flip();
newBuffer.put(buffer);
// 将新buffer放到key中作为附件
key.attach(newBuffer);
}
}
System.out.println("after reading...");
}
}
}
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
private static void split(ByteBuffer buffer) {
buffer.flip();
for(int i = 0; i < buffer.limit(); i++) {
// 遍历寻找分隔符
// get(i)不会移动position
if (buffer.get(i) == '\n') {
// 缓冲区长度
int length = i+1-buffer.position();
ByteBuffer target = ByteBuffer.allocate(length);
// 将前面的内容写入target缓冲区
for(int j = 0; j < length; j++) {
// 将buffer中的数据写入target中
target.put(buffer.get());
}
// 打印结果
ByteBufferUtil.debugAll(target);
}
}
// 切换为写模式，但是缓冲区可能未读完，这里需要使用compact
buffer.compact();
}
}

复制代码

ByteBuffer 的大小分配

每个 channel 都需要记录可能被切分的消息，因为 ByteBuffer 不能被多个 channel 共同使用，因此需要为每个 channel 维护一个独立的 ByteBuffer
ByteBuffer 不能太大，比如一个 ByteBuffer 1Mb 的话，要支持百万连接就要 1Tb 内存，因此需要设计大小可变的 ByteBuffer
分配思路可以参考
- 一种思路是首先分配一个较小的 buffer，例如 4k，如果发现数据不够，再分配 8k 的 buffer，将 4k buffer 内容拷贝至 8k buffer，优点是消息连续容易处理，缺点是数据拷贝耗费性能
- 另一种思路是用多个数组组成 buffer，一个数组不够，把多出来的内容写入新的数组，与前面的区别是消息存储不连续解析复杂，优点是避免了拷贝引起的性能损耗

6、Write 事件

服务器通过 Buffer 向通道中写入数据时，可能因为通道容量小于 Buffer 中的数据大小，导致无法一次性将 Buffer 中的数据全部写入到 Channel 中，这时便需要分多次写入，具体步骤如下

执行一次写操作，向将 buffer 中的内容写入到 SocketChannel 中，然后判断 Buffer 中是否还有数据
若 Buffer 中还有数据，则需要将 SockerChannel 注册到 Seletor 中，并关注写事件，同时将未写完的 Buffer 作为附件一起放入到 SelectionKey 中

int write = socket.write(buffer);
// 通道中可能无法放入缓冲区中的所有数据
if (buffer.hasRemaining()) {
// 注册到Selector中，关注可写事件，并将buffer添加到key的附件中
socket.configureBlocking(false);
socket.register(selector, SelectionKey.OP_WRITE, buffer);
}

复制代码

添加写事件的相关操作 key.isWritable()，对 Buffer 再次进行写操作
- 每次写后需要判断 Buffer 中是否还有数据（是否写完）。若写完，需要移除 SelecionKey 中的 Buffer 附件，避免其占用过多内存，同时还需移除对写事件的关注

SocketChannel socket = (SocketChannel) key.channel();
// 获得buffer
ByteBuffer buffer = (ByteBuffer) key.attachment();
// 执行写操作
int write = socket.write(buffer);
System.out.println(write);
// 如果已经完成了写操作，需要移除key中的附件，同时不再对写事件感兴趣
if (!buffer.hasRemaining()) {
key.attach(null);
key.interestOps(0);
}

复制代码

整体代码如下

public class WriteServer {
public static void main(String[] args) {
try(ServerSocketChannel server = ServerSocketChannel.open()) {
server.bind(new InetSocketAddress(8080));
server.configureBlocking(false);
Selector selector = Selector.open();
server.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT);
while (true) {
selector.select();
Set<SelectionKey> selectionKeys = selector.selectedKeys();
Iterator<SelectionKey> iterator = selectionKeys.iterator();
while (iterator.hasNext()) {
SelectionKey key = iterator.next();
// 处理后就移除事件
iterator.remove();
if (key.isAcceptable()) {
// 获得客户端的通道
SocketChannel socket = server.accept();
// 写入数据
StringBuilder builder = new StringBuilder();
for(int i = 0; i < 500000000; i++) {
builder.append("a");
}
ByteBuffer buffer = StandardCharsets.UTF_8.encode(builder.toString());
// 先执行一次Buffer->Channel的写入，如果未写完，就添加一个可写事件
int write = socket.write(buffer);
System.out.println(write);
// 通道中可能无法放入缓冲区中的所有数据
if (buffer.hasRemaining()) {
// 注册到Selector中，关注可写事件，并将buffer添加到key的附件中
socket.configureBlocking(false);
socket.register(selector, SelectionKey.OP_WRITE, buffer);
}
} else if (key.isWritable()) {
SocketChannel socket = (SocketChannel) key.channel();
// 获得buffer
ByteBuffer buffer = (ByteBuffer) key.attachment();
// 执行写操作
int write = socket.write(buffer);
System.out.println(write);
// 如果已经完成了写操作，需要移除key中的附件，同时不再对写事件感兴趣
if (!buffer.hasRemaining()) {
key.attach(null);
key.interestOps(0);
}
}
}
}
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}

复制代码

7、优化

多线程优化

充分利用多核 CPU，分两组选择器

单线程配一个选择器（Boss），专门处理 accept 事件
创建 cpu 核心数的线程（Worker），每个线程配一个选择器，轮流处理 read 事件

实现思路

创建一个负责处理 Accept 事件的 Boss 线程，与多个负责处理 Read 事件的 Worker 线程
Boss 线程执行的操作
- 接受并处理 Accepet 事件，当 Accept 事件发生后，调用 Worker 的 register (SocketChannel socket) 方法，让 Worker 去处理 Read 事件，其中需要根据标识 robin 去判断将任务分配给哪个 Worker
  1. // 创建固定数量的Worker
  2. Worker[] workers = new Worker[4];
  3. // 用于负载均衡的原子整数
  4. AtomicInteger robin = new AtomicInteger(0);
  5. // 负载均衡，轮询分配Worker
  6. workers[robin.getAndIncrement()% workers.length].register(socket);
  复制代码
- register (SocketChannel socket) 方法会通过同步队列完成 Boss 线程与 Worker 线程之间的通信，让 SocketChannel 的注册任务被 Worker 线程执行。添加任务后需要调用 selector.wakeup () 来唤醒被阻塞的 Selector
  1. public void register(final SocketChannel socket) throws IOException {
  2. // 只启动一次
  3. if (!started) {
  4. // 初始化操作
  5. }
  6. // 向同步队列中添加SocketChannel的注册事件
  7. // 在Worker线程中执行注册事件
  8. queue.add(new Runnable() {
  9. @Override
  10. public void run() {
  11. try {
  12. socket.register(selector, SelectionKey.OP_READ);
  13. } catch (IOException e) {
  14. e.printStackTrace();
  15. }
  16. }
  17. });
  18. // 唤醒被阻塞的Selector
  19. // select类似LockSupport中的park，wakeup的原理类似LockSupport中的unpark
  20. selector.wakeup();
  21. }
  复制代码
Worker 线程执行的操作
- 从同步队列中获取注册任务，并处理 Read 事件

实现代码

public class ThreadsServer {
public static void main(String[] args) {
try (ServerSocketChannel server = ServerSocketChannel.open()) {
// 当前线程为Boss线程
Thread.currentThread().setName("Boss");
server.bind(new InetSocketAddress(8080));
// 负责轮询Accept事件的Selector
Selector boss = Selector.open();
server.configureBlocking(false);
server.register(boss, SelectionKey.OP_ACCEPT);
// 创建固定数量的Worker
Worker[] workers = new Worker[4];
// 用于负载均衡的原子整数
AtomicInteger robin = new AtomicInteger(0);
for(int i = 0; i < workers.length; i++) {
workers[i] = new Worker("worker-"+i);
}
while (true) {
boss.select();
Set<SelectionKey> selectionKeys = boss.selectedKeys();
Iterator<SelectionKey> iterator = selectionKeys.iterator();
while (iterator.hasNext()) {
SelectionKey key = iterator.next();
iterator.remove();
// BossSelector负责Accept事件
if (key.isAcceptable()) {
// 建立连接
SocketChannel socket = server.accept();
System.out.println("connected... ");
socket.configureBlocking(false);
// socket注册到Worker的Selector中
System.out.println("before read...");
// 负载均衡，轮询分配Worker
workers[robin.getAndIncrement()% workers.length].register(socket);
System.out.println("after read...");
}
}
}
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
static class Worker implements Runnable {
private Thread thread;
private volatile Selector selector;
private String name;
private volatile boolean started = false;
/**
* 同步队列，用于Boss线程与Worker线程之间的通信
*/
private ConcurrentLinkedQueue<Runnable> queue;
public Worker(String name) {
this.name = name;
}
public void register(final SocketChannel socket) throws IOException {
// 只启动一次
if (!started) {
thread = new Thread(this, name);
selector = Selector.open();
queue = new ConcurrentLinkedQueue<>();
thread.start();
started = true;
}
// 向同步队列中添加SocketChannel的注册事件
// 在Worker线程中执行注册事件
queue.add(new Runnable() {
@Override
public void run() {
try {
socket.register(selector, SelectionKey.OP_READ);
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
});
// 唤醒被阻塞的Selector
// select类似LockSupport中的park，wakeup的原理类似LockSupport中的unpark
selector.wakeup();
}
@Override
public void run() {
while (true) {
try {
selector.select();
// 通过同步队列获得任务并运行
Runnable task = queue.poll();
if (task != null) {
// 获得任务，执行注册操作
task.run();
}
Set<SelectionKey> selectionKeys = selector.selectedKeys();
Iterator<SelectionKey> iterator = selectionKeys.iterator();
while(iterator.hasNext()) {
SelectionKey key = iterator.next();
iterator.remove();
// Worker只负责Read事件
if (key.isReadable()) {
// 简化处理，省略细节
SocketChannel socket = (SocketChannel) key.channel();
ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(16);
socket.read(buffer);
buffer.flip();
ByteBufferUtil.debugAll(buffer);
}
}
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
}
}

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