Reactor模式和NIO

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:

 

import java.io.IOException;
import java.net.InetAddress;
import java.net.InetSocketAddress;
import java.nio.channels.SelectionKey;
import java.nio.channels.Selector;
import java.nio.channels.ServerSocketChannel;
import java.util.Iterator;
import java.util.Set;

/**
 * 反应器模式 用于解决多用户访问并发问题
 * 
 * 举个例子：餐厅服务问题
 * 
 * 传统线程池做法：来一个客人(请求)去一个服务员(线程)
 * 反应器模式做法：当客人点菜的时候，服务员就可以去招呼其他客人了，等客人点好了菜，直接招呼一声：服务员
 * 
 * @author linxcool
 */
public class Reactor implements Runnable {
    public final Selector selector;
    public final ServerSocketChannel serverSocketChannel;

    public Reactor(int port) throws IOException {
        selector = Selector.open();
        serverSocketChannel = ServerSocketChannel.open();
        InetSocketAddress inetSocketAddress = new InetSocketAddress(
                InetAddress.getLocalHost(), port);
        serverSocketChannel.socket().bind(inetSocketAddress);
        serverSocketChannel.configureBlocking(false);

        // 向selector注册该channel
        SelectionKey selectionKey = serverSocketChannel.register(selector,
                SelectionKey.OP_ACCEPT);

        // 利用selectionKey的attache功能绑定Acceptor 如果有事情，触发Acceptor
        selectionKey.attach(new Acceptor(this));
    }

    @Override
    public void run() {
        try {
            while (!Thread.interrupted()) {
                selector.select();
                Set<SelectionKey> selectionKeys = selector.selectedKeys();
                Iterator<SelectionKey> it = selectionKeys.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
                    SelectionKey selectionKey = it.next();
                    dispatch(selectionKey);
                    selectionKeys.clear();
                }
            }
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

    /**
     * 运行Acceptor或SocketReadHandler
     * 
     * @param key
     */
    void dispatch(SelectionKey key) {
        Runnable r = (Runnable) (key.attachment());
        if (r != null) {
            r.run();
        }
    }

}

import java.io.IOException;
import java.nio.channels.SocketChannel;

public class Acceptor implements Runnable {
    private Reactor reactor;

    public Acceptor(Reactor reactor) {
        this.reactor = reactor;
    }

    @Override
    public void run() {
        try {
            SocketChannel socketChannel = reactor.serverSocketChannel.accept();
            if (socketChannel != null)// 调用Handler来处理channel
                new SocketReadHandler(reactor.selector, socketChannel);
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

public class SocketReadHandler implements Runnable {
    private SocketChannel socketChannel;

    public SocketReadHandler(Selector selector, SocketChannel socketChannel)
            throws IOException {
        this.socketChannel = socketChannel;
        socketChannel.configureBlocking(false);

        SelectionKey selectionKey = socketChannel.register(selector, 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 key)
        selectionKey.attach(this);

        // 同时将SelectionKey标记为可读，以便读取。
        selectionKey.interestOps(SelectionKey.OP_READ);
        selector.wakeup();
    }

    /**
     * 处理读取数据
     */
    @Override
    public void run() {
        ByteBuffer inputBuffer = ByteBuffer.allocate(1024);
        inputBuffer.clear();
        try {
            socketChannel.read(inputBuffer);
            // 激活线程池 处理这些request
            // requestHandle(new Request(socket,btt));
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

 

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。