非阻塞通信——Java

一、实验目的和要求

1．掌握Java非阻塞通信机制，掌握java.nio中ServerSocketChannel、SocketChannel、Selector、SelectionKey等关键类的使用；
2．掌握使用java.nio包中的类创建非阻塞模式的服务器和客户程序的方法。

二、实验内容

1. 分析说明
（1）说明导致线程阻塞的主要原因；
答：导致线程阻塞的原因主要有以下几个方面：

• 线程执行了Thread.sleep(int n)方法，线程放弃CPU，睡眠n毫秒，然后恢复运行
• 线程要执行一段同步代码，由于无法获得相关的同步锁，只好进入阻塞状态，等到获得了同步锁，才能恢复运行
• 线程执行了一个对象的wait()方法，进入阻塞状态，只有等到其他线程执行了该对象的notify()或notifyAll()方法，才可能将其唤醒
• 线程执行I/O操作或进行远程通信时，会因为等待相关的资源而进入阻塞状态。例如，当线程执行System.in.read()方法时，如果用户没有向控制台输入数据，则该线程会一直等读到了用户的输入数据才从read()方法返回。

（2）分析说明java.nio中进行非阻塞通信时，使用的主要类的功能及其相互关系。
答：

• ServerSocketChannel:ServerSocket的替代类，支持阻塞通信与非阻塞通信。
• SocketChannel：Socket的替代类，支持阻塞通信与非阻塞通信。
• Selector:为ServerSocketChannel监控接受连接就绪事件，为SocketChannel监控连接就绪，读就绪和写就绪事件。
• SelectionKey:代表ServerSocketChannel及SocketChannel向Selector注册事件的句柄。当一个SelectionKey对象位于Selector对象的selected-keys集合中时，就表示与这个SekectionKey对象相关的事件发生了。
• ByteBuffer表示字节缓冲区，SocketChannel的read()和write()方法都会操纵ByteBuffer。ByteBuffer类继承于Buffer类。ByteBuffer中存放的是字节，为了把它们转换为字符串，还需要用到Charset类，Charset类代表字符编码，它提供了把字节流转换为字符串（解码过程）和把字符串转换为字节流（编码过程）的实用方法
  
  2. 课本例4-1EchoServer.java（线程池阻塞模式）及例4-2EchoServer.java（非阻塞模式）的分析与调试运行。
  
  
  

（1）分析例4-1，说明可能导致线程阻塞的语句。
答： 有以下几点有可能会导致阻塞的发生。
1）服务端等待客户端连接：

线程执行 accept()方法，等待客户的连接，直到收到了客户连接，才从accept()方法返回。
2）线程从Socket的输入流读入数据时，如果没有足够的数据，就会进入阻塞。

Socket的输入流br利用readLine()方法读取一行字符串，如果一直没有数据输入，就会阻塞。
3）线程向Socket的输出流写一批数据时，可能会进入阻塞。

线程向Socket的输出流写一批数据时，由于写数据需要一定的时间，等到输出所有的数据或发生异常，才从输出流的write()方法返回或异常中断。
（2）分析例4-2，图示EchoServer.service方法的主要框架，说明其中主要对象的关系。

在service()方法中，ServerSocketChannel向Selector注册接收连接就绪事件。监听事件发生，将SelectionKey对象加入到selected-keys集合中。利用accept()方法获得与客户连接的SocketChannel对象。SeverSocketChannel向register()方法传递了一个ByteBuffer类型参数，ByteBuffer将作为附件，与新建的SelectionKey对象关联。
（3）改进、调试、运行上述两个例子，给出运行结果及分析说明。
4-1运行结果：


4-2运行结果：


三、实验总结
1．实验过程中遇到的问题及解决办法；
答：在实验过程中，对于阻塞模式和非阻塞通信编程的思路不是很了解
解决：尽管阻塞模式与非阻塞模式都可以同时处理多个客户连接，但阻塞模式需要使用较多的线程，而非阻塞模式只需使用较少的线程，非阻塞模式能更有效地利用CPU，系统开销小，因此有更高的并发性能。阻塞模式比较适用于同步通信，并且通信双方稳定地发送小批量的数据，双方都不需要花很长时间等待对方的回应。非阻塞模式编程相对难一些，对ByteBuffer缓冲区的处理比较麻烦。非阻塞模式比较适用于异步通信，并且通信双方发送大批量的数据，尽管一方接收到另一方的数据可能要花一段时间，但在这段时间内，接收方不必傻傻地等待，可以处理其他事情。