网络编程Socket的阻塞和非阻塞IO

　　网络应用程序一个很重要的工作是传输数据。传输数据的过程不一样取决于使用哪种“交通工具“，但是传输的方式都是一样的：都是以字节码传输。JAVA开发网络程序传输数据的过程和方式是被抽象了的，我们不需要关注底层接口，只需要使用Java API 或其他网络框架就能达到数据传输的目的。发送数据和接收数据都是字节码。

　　Socket网络编程我就不多啰嗦了，这里我通过两个简单的示例比较下阻塞式IO（OIO）和非阻塞式IO（NIO）。

　　OIO中，每个线程只能处理一个channel，该线程和该channel绑定。也就是同步的，客户端在发送请求后，必须得在服务端有回应后才发送下一个请求。所以这个时候的所有请求将会在服务端得到同步。

　　NIO中，每个线程可以处理多个channel。也就是异步的，客户端在发送请求后，不必等待服务端的回应就可以发送下一个请求，这样对于所有的请求动作来说将会在服务端得到异步，这条请求的链路就象是一个请求队列，所有的动作在这里不会得到同步的。

　　你可能使用过Java提供的网络接口工作过，遇到过想从阻塞传输切换到非阻塞传输的情况，这种情况是比较困难的，因为阻塞IO和非阻塞IO使用的API有很大的差异。当我们想切换传输方式时要花很大的精力和时间来重构代码。

　　先看一个传统的阻塞IO传输实现的Socket服务端：

/**
 *    传统阻塞IO(OIO)，原始socket
 *  
 *  　<p>Title: PlainOioServer</p>
 *    @author wyx
 *    @date 2016-6-15 下午1:36:04
 */
public class PlainOioServer {
    public void server(int port) throws Exception{
        // bind server to port 
        final ServerSocket socket = new ServerSocket(port);
        while(true){
            // accept connection
            final Socket clientSocket = socket.accept();
            System.out.println("Accepted connection form " + clientSocket);
            // create new thread to handle connection
            new Thread(new Runnable() {
                
                @Override
                public void run() {
                    OutputStream out;
                    try {
                        out = clientSocket.getOutputStream();
                        // write  message to connected client
                        out.write("Hi!\r\n".getBytes(Charset.forName("UTF-8")));
                        out.flush();
                        // close connection once message written and flushed
                        clientSocket.close();
                    } catch (IOException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
            }).start(); // start thread to begin handling
        }
    }
}

 

　　上面的方式很简洁，但是这种阻塞模式在大连接的情况就会有严重的问题，如：客户端连接超时，服务器响应严重延迟等。为了解决这一问题，我们可以使用异步网络处理所有的并发连接，但问题在于NIO和OIO的API是完全不同的，所以一个用OIO开发的网络应用程序想要使用NIO重构代码几乎是重新开发。

　　下面代码是使用Java NIO实现的例子：

/**
 *    传统非阻塞式IO（NIO）,原始socket
 *  
 *    <p>Title: PlainNioServer</p>
 *    @author wyx
 *    @date 2016-6-15 下午1:46:09
 */
public class PlainNioServer {
    public void server(int port) throws Exception{
        System.out.println("Listening for connections on port " + port);
        // open selector that handles channels
        Selector selector = Selector.open();
        // open ServerSocketChannel
        ServerSocketChannel serverChannel = ServerSocketChannel.open();
        // get ServerSocket
        ServerSocket serverSocket = serverChannel.socket();
        // bind server to port     
        serverSocket.bind(new InetSocketAddress(port));
        // set to non-blocking
        serverChannel.configureBlocking(false);
        // register ServerSocket to selector and specify than it is interested in new accepted clients
        serverChannel.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT);
        final ByteBuffer msg = ByteBuffer.wrap("Hi!\r\n".getBytes());
        while(true){
            // Wait for new events that are ready for process. this will block until something happens
            int n = selector.select();
            if(n > 0){
                // Obtain all SelectionKey instances that received enents
                Iterator<SelectionKey> iter = selector.selectedKeys().iterator();
                while(iter.hasNext()){
                    SelectionKey key = iter.next();
                    iter.remove();
                    //Check if event was because new client ready to get accepted
                    if(key.isAcceptable()){
                        ServerSocketChannel server = (ServerSocketChannel) key.channel();
                        SocketChannel client = server.accept();
                        System.out.println("Accepted connection from " + client);
                        client.configureBlocking(false);
                        // Accept client and register it to seletor 
                        client.register(selector, SelectionKey.OP_WRITE, msg.duplicate());
                    }
                    
                    // Check if event was because socket is ready to write data
                    if(key.isWritable()){
                        SocketChannel client = (SocketChannel) key.channel();
                        ByteBuffer buff = (ByteBuffer) key.attachment();
                        // Write date to connected client 
                        while(buff.hasRemaining()){
                            if(client.write(buff) == 0){
                                break;
                            }
                        }
                        client.close();
                    }
                }
            }
        }
    }
}

　　如你所见，即使它们实现的功能时候一样的，但是代码完全不同。根据不同需求选用不同的实现方式，当然，也可以直接选择流行的网络传输框架实现，如：Netty。以便于后期维护。