Reactor模式和NIO(转载)

     本文可看成是对Doug Lea Scalable IO in Java 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：

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：

      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。