java 多路io复用 java实现多路复用

Java实现多路复用

• code

• Service
• Client

• run epoll
• 其他复用器

我们前面介绍过了再OS层面如何实现多路复用，现在我们来看下在Java代码中如何实现多路复用。

code

Service

我们首先介绍了service端的小demo SocketMultiplex.java：

private static ServerSocketChannel server = null;
private static Selector selector = null;
private static int port = 9091;

先定义出几个成员变量，ServerSocketChannel ，Selector ，以及端口号9091

下面我们对变量进行初始化：

public static void initServer() {
        try {
            server = ServerSocketChannel.open();
            server.configureBlocking(false);
            server.bind(new InetSocketAddress(port));

            selector = Selector.open();
            server.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT);

            System.out.println("service start up");

        } catch (Exception ex) {
        }
    }

创建出一个ServerSocketChannel，并且绑定端口号9091，完成selector和channel的注册，指定为非阻塞模式

然后我们再定义出两个方法：

public static void acceptSocket(SelectionKey selectionKey) {
        try {
            ServerSocketChannel clientChannel = (ServerSocketChannel) selectionKey.channel();
            SocketChannel client = clientChannel.accept();
            client.configureBlocking(false);

            client.register(selector, SelectionKey.OP_READ);

            System.out.println("new client accept: " + client.getRemoteAddress());
        } catch (Exception ex) {

        }
    }

    public static void readData(SelectionKey selectionKey) {
        try {
            SocketChannel client = (SocketChannel) selectionKey.channel();
            ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocateDirect(1024);

            if (client.read(buffer) > 0) {
                buffer.flip();
                byte[] data = new byte[buffer.limit()];
                buffer.get(data);

                System.out.println("client port: " + client.socket().getPort() +
                        ", data: " + new String(data));
                buffer.clear();
            }
        } catch (Exception ex) {

        }

    }

acceptSocket定义service端接收到客户端连接后的处理逻辑，readData定义如何从channel中读取出数据。

最后便是我们的主线程方法：

public static void main(String[] args) {
        try {
            initServer();
            while (true) {
                while (selector.select(500) > 0) {
                    Set<SelectionKey> selectionKeys = selector.selectedKeys();

                    Iterator<SelectionKey> iterator = selectionKeys.iterator();

                    while (iterator.hasNext()) {
                        SelectionKey selectionKey = iterator.next();
                        iterator.remove();
                        if (selectionKey.isAcceptable()) {
                            acceptSocket(selectionKey);
                        } else if (selectionKey.isReadable()) {
                            readData(selectionKey);
                        } else if (selectionKey.isWritable()) {
                            // dowrite
                        }
                    }
                }
            }
        } catch (Exception ex) {

        } finally {
            try {
                selector.close();
                server.close();
            } catch (Exception ex) {

            }
        }
    }

逻辑很简单，首先初始化成员变量，启动selector和channel，然后进入轮询，当select方法由结果返回之后，要么执行acceptSocket，要么执行readData操作。

Client

client端的代码就更是简单了，

做的事情很简单，就是跟服务端建立连接，并且发送数据

run epoll

我们还是一样，先来看下代码的运行情况：

通过命令监控系统调用:

epoll_create，epoll_ctl这些在前面已经讲解过了，这边就不再做过多的赘述。对应到代码中，便是initServer方法。我们继续查看追中文件：

我们可以看到在不断的重复调用系统的epoll_wait方法，相信大家一定可以找到我们的实际代码块：

while (selector.select(500) > 0)

当我们代码在不断调用select方法时，实际就是在不停的发起epoll_wait的系统调用。

现在service端的代码已经在这边不停轮询等待，我们现在接入一个client端会是什么样的情况呢？

下面我们启动一个client连接：

我们可以看到当我们的一个client与service三次握手之后建立连接，service端的epoll_wait方法此时获取到的value已经不再是0了，而是1，后续的accept方法指定了socket的四元组，并且完成FD的分配19现在我们来看下这段代码结果：

代码片段：

while (true) {
                while (selector.select(500) > 0) {
                    Set<SelectionKey> selectionKeys = selector.selectedKeys();

                    Iterator<SelectionKey> iterator = selectionKeys.iterator();

                    while (iterator.hasNext()) {
                        SelectionKey selectionKey = iterator.next();
                        iterator.remove();
                        if (selectionKey.isAcceptable()) {
                            acceptSocket(selectionKey);
                        } else if (selectionKey.isReadable()) {
                            readData(selectionKey);
                        } else if (selectionKey.isWritable()) {
                            // dowrite
                        }
                    }
                }
            }

现在是不是已经很好的将多用复用器的执行过程，和我们代码建立起联系了呢？

前面我们只是建立了连接，所以我们代码isAcceptable()方法，理论应该是true，于是便会进入acceptSocket方法，我们再来看下这个方法：

public static void acceptSocket(SelectionKey selectionKey) {
        try {
            ServerSocketChannel clientChannel = (ServerSocketChannel) selectionKey.channel();
            SocketChannel client = clientChannel.accept();
            client.configureBlocking(false);

            client.register(selector, SelectionKey.OP_READ);

            System.out.println("new client accept: " + client.getRemoteAddress());
        } catch (Exception ex) {

        }
    }

所以如果代码被执行，我们一定可以看到这个连接被注册到read的channcel上去，并且最终会打印出一行字，我们来看下追中文件：

通过这个，我们可以很明确的看到有调用系统write方法，写入了我们自定义的字符信息，并且还调用了epoll_ctl方法，方法入参，18是当前selector的fd，epoll_ctl_add 代表是在注册，19便是我们上面所提及的accpet方法后对client分配的fd，整个方法调用就是将client的fd往selector的18里面进行注册，对应的代码块便是：

client.register(selector, SelectionKey.OP_READ);

下面我们从client想service发送一条数据测试下结果如何：

和accept结果类似，epoll_wait方法返回值为1，标识fd为19的有了事件，后续通过read方法拿到了client发送的数据，并且最终打印了出来。

isWritable()部分就不再看了，结果也是大同小异。至此我们便是了解了在Java中是如何通过代码实现多路复用的。

其他复用器

等等，现在是不是有一个疑问，我们前面讲的，多路复用器有很多种，为什么这边我们追踪下来只看到了epoll的情况，那其他的复用器在Java中又是如何使用呢？

这个其实是Java对复用器做了一层封装，暴露给我们开发人员的统一是selector，当我们app在运行的时候，需要根据实际的os平台以及os版本，帮我们选择一个最合适的复用器。

比如我们现在使用的是Linux版本中，本身os就不支持epoll，对应于我们开发的代码，我们使用的依然还是selector，只是最终在os层面的实现，不再是epoll，而可能是poll或者select。

我们也可以在jvm启动时设置参数，强制要求复用器是使用epoll还是poll或者select。

但是具体的方法调用对应于实际os系统方法会有所不同：
selector.select()，在epoll情况下，对应的是epoll_wait方法
在select情况下，对应于select()方法，
在poll情况下，对应于poll()方法

其他方法也是类似情况。