使用Java NIO编写高性能的服务器
从 JDK 1.4 开始，
Java 的标准库中就包含了NIO ， 即所谓的“New IO”。其中最重要的功能就是提供了“非阻塞”的IO，当然包括了Socket。NonBlocking的IO就是对select(Unix平台下)以及 WaitForMultipleObjects(Windows平台)的封装，提供了高性能、易伸缩的服务架构。
话说回来，传统的Server/Client实现是基于Thread per request，即服务器为每个客户端请求建立一个线程处理，单独负责处理一个客户的请求。比如像Tomcat （新版本也会提供
NIO 方案）、Resin等Web服务器就是这样实现的。当然为了减少瞬间峰值问题，服务器一般都使用线程池，规定了同时并发的最大数量，避免了线程的无限增长。
但这样有一个问题：如果线程池的大小为100，当有100个用户同时通过HTTP现在一个大文件时，服务器的线程池会用完，因为所有的线程都在传输大文件了，即使第101个请求者仅仅请求一个只有10字节的页面，服务器也无法响应了，只有等到线程池中有空闲的线程出现。
另外，线程的开销也是很大的，特别是达到了一个临界值后，性能会显著下降，这也限制了传统的Socket方案无法应对并发量大的场合，而“非阻塞”的IO就能轻松解决这个问题。
下面只是一个简单的例子：服务器提供了下载大型文件的功能，客户端连接上服务器的12345端口后，就可以读取服务器发送的文件内容信息了。注意这里的服务器只有一个主线程，没有其他任何派生线程，让我们看看
NIO 是如何用一个线程处理N个请求的。
NIO 服务器最核心的一点就是 反应器模式：当有感兴趣的事件发生的，就通知对应的事件处理器去处理这个事件，如果没有，则不处理。所以使用一个线程做轮询就可以了。当然这里这是个例 子，如果要获得更高性能，可以使用少量的线程，一个负责接收请求，其他的负责处理请求，特别是对于多CPU时效率会更高。
关于使用
NIO 过程中出现的问 题，最为普遍的就是为什么没有请求时CPU的占用率为100%？出现这种问题的主要原因是注册了不感兴趣的事件，比如如果没有数据要发到客户端，而又注册 了写事件（OP_WRITE），则在 Selector.select()上就会始终有事件出现，CPU就一直处理了，而此时select()应该是阻塞的。
另外一个值得注意的问题是：由于只使用了一个线程（多个线程也如此）处理用户请求，所以要避免线程被阻塞，解决方法是事件的处理者必须要即刻返回，不能陷入循环中，否则会影响其他用户的请求速度。
具体到本例子中，由于文件比较大，如果一次性发送整个文件（这里的一次性不是指send整个 文件内容，而是通过while循环不间断的发送分组包），则主线程就会阻塞，其他用户就不能响应了。这里的解决方法是当有WRITE事件时，仅仅是发送一 个块（比如4K字节）。发完后，继续等待WRITE事件出现，依次处理，直到整个文件发送完毕，这样就不会阻塞其他用户了。
服务器的例子：
package nio .file; import java .io.FileInputStream; import java .io.IOException; import java .net.InetSocketAddress; import java .nio .ByteBuffer; import java .nio .CharBuffer; import java .nio .channels.FileChannel; import java .nio .channels.SelectionKey; import java .nio .channels.Selector; import java .nio .channels.ServerSocketChannel; import java .nio .channels.SocketChannel; import java .nio .charset.Charset; import java .nio .charset.CharsetDecoder; import java .util.Iterator; /** * 测试文件下载的NIOServer * * @author tenyears.cn */ public class NIOServer { static int BLOCK = 4096 ; // 处理与客户端的交互 public class HandleClient { protected FileChannel channel; protected ByteBuffer buffer; public HandleClient () throws IOException { this .channel = new FileInputStream ( filename ) .getChannel () ; this .buffer = ByteBuffer.allocate ( BLOCK ) ; } public ByteBuffer readBlock () { try { buffer.clear () ; int count = channel.read ( buffer ) ; buffer.flip () ; if ( count <= 0 ) return null ; } catch ( IOException e ) { e.printStackTrace () ; } return buffer; } public void close () { try { channel.close () ; } catch ( IOException e ) { e.printStackTrace () ; } } } protected Selector selector; protected String filename = "d://bigfile.dat" ; // a big file protected ByteBuffer clientBuffer = ByteBuffer.allocate ( BLOCK ) ; protected CharsetDecoder decoder; public NIOServer ( int port ) throws IOException { selector = this .getSelector ( port ) ; Charset charset = Charset.forName ( "GB2312" ) ; decoder = charset.newDecoder () ; } // 获取Selector protected Selector getSelector ( int port ) throws IOException { ServerSocketChannel server = ServerSocketChannel.open () ; Selector sel = Selector.open () ; server.socket () .bind ( new InetSocketAddress ( port )) ; server.configureBlocking ( false ) ; server.register ( sel, SelectionKey.OP_ACCEPT ) ; return sel; } // 监听端口 public void listen () { try { for ( ;; ) { selector.select () ; Iterator<selectionkey></selectionkey> iter = selector.selectedKeys () .iterator () ; while ( iter.hasNext ()) { SelectionKey key = iter.next () ; iter.remove () ; handleKey ( key ) ; } } } catch ( IOException e ) { e.printStackTrace () ; } } // 处理事件 protected void handleKey ( SelectionKey key ) throws IOException { if ( key.isAcceptable ()) { // 接收请求 ServerSocketChannel server = ( ServerSocketChannel ) key.channel () ; SocketChannel channel = server.accept () ; channel.configureBlocking ( false ) ; channel.register ( selector, SelectionKey.OP_READ ) ; } else if ( key.isReadable ()) { // 读信息 SocketChannel channel = ( SocketChannel ) key.channel () ; int count = channel.read ( clientBuffer ) ; if ( count > 0 ) { clientBuffer.flip () ; CharBuffer charBuffer = decoder.decode ( clientBuffer ) ; System.out.println ( "Client >>" + charBuffer.toString ()) ; SelectionKey wKey = channel.register ( selector, SelectionKey.OP_WRITE ) ; wKey.attach ( new HandleClient ()) ; } else channel.close () ; clientBuffer.clear () ; } else if ( key.isWritable ()) { // 写事件 SocketChannel channel = ( SocketChannel ) key.channel () ; HandleClient handle = ( HandleClient ) key.attachment () ; ByteBuffer block = handle.readBlock () ; if ( block != null ) channel.write ( block ) ; else { handle.close () ; channel.close () ; } } } public static void main ( String [] args ) { int port = 12345 ; try { NIOServer server = new NIOServer ( port ) ; System.out.println ( "Listernint on " + port ) ; while ( true ) { server.listen () ; } } catch ( IOException e ) { e.printStackTrace () ; } } }
该代码中，通过一个HandleClient来获取文件的一块数据，每一个客户都会分配一个HandleClient的实例。
下面是客户端请求的代码，也比较简单，模拟100个用户同时下载文件。
package nio .file; import java .io.IOException; import java .net.InetSocketAddress; import java .nio .ByteBuffer; import java .nio .CharBuffer; import java .nio .channels.SelectionKey; import java .nio .channels.Selector; import java .nio .channels.SocketChannel; import java .nio .charset.Charset; import java .nio .charset.CharsetEncoder; import java .util.Iterator; import java .util.concurrent.ExecutorService; import java .util.concurrent.Executors; /** * 文件下载客户端 * @author tenyears.cn */ public class NIOClient { static int SIZE = 100 ; static InetSocketAddress ip = new InetSocketAddress ( "localhost" , 12345 ) ; static CharsetEncoder encoder = Charset.forName ( "GB2312" ) .newEncoder () ; static class Download implements Runnable { protected int index; public Download ( int index ) { this .index = index; } public void run () { try { long start = System.currentTimeMillis () ; SocketChannel client = SocketChannel.open () ; client.configureBlocking ( false ) ; Selector selector = Selector.open () ; client.register ( selector, SelectionKey.OP_CONNECT ) ; client.connect ( ip ) ; ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate ( 8 * 1024 ) ; int total = 0 ; FOR: for ( ;; ) { selector.select () ; Iterator<selectionkey></selectionkey> iter = selector.selectedKeys () .iterator () ; while ( iter.hasNext ()) { SelectionKey key = iter.next () ; iter.remove () ; if ( key.isConnectable ()) { SocketChannel channel = ( SocketChannel ) key .channel () ; if ( channel.isConnectionPending ()) channel.finishConnect () ; channel.write ( encoder.encode ( CharBuffer .wrap ( "Hello from " + index ))) ; channel.register ( selector, SelectionKey.OP_READ ) ; } else if ( key.isReadable ()) { SocketChannel channel = ( SocketChannel ) key .channel () ; int count = channel.read ( buffer ) ; if ( count > 0 ) { total += count; buffer.clear () ; } else { client.close () ; break FOR; } } } } double last = ( System.currentTimeMillis () – start ) * 1.0 / 1000 ; System.out.println ( "Thread " + index + " downloaded " + total + "bytes in " + last + "s." ) ; } catch ( IOException e ) { e.printStackTrace () ; } } } public static void main ( String [] args ) throws IOException { ExecutorService exec = Executors.newFixedThreadPool ( SIZE ) ; for ( int index = 0 ; index < SIZE; index++ ) { exec.execute ( new Download ( index )) ; } exec.shutdown () ; } }
