《Netty 权威指南》—— NIO创建的TimeServer源码分析

我们将在TimeServer例程中给出完整的NIO创建的时间服务器源码：

<code>public</code> <code>class</code> <code>TimeServer {</code>

<code> </code><code>* @param args</code>

<code> </code><code>* @throws IOException</code>

<code> </code><code>public</code> <code>static</code> <code>void</code> <code>main(String[] args)</code><code>throws</code> <code>IOException {</code>

<code> </code><code>if</code> <code>(args !=</code><code>null</code> <code>&amp;&amp; args.length &gt;</code><code>0</code><code>) {</code>

<code> </code><code>port = Integer.valueOf(args[</code><code>0</code><code>]);</code>

<code> </code><code>}</code><code>catch</code> <code>(NumberFormatException e) {</code>

<code> </code><code>// 采用默认值</code>

<code> </code><code>MultiplexerTimeServer timeServer =</code><code>new</code> <code>MultiplexerTimeServer(port);</code>

<code> </code><code>New Thread(timeServer, &quot;NIO-MultiplexerTimeServer-</code><code>001</code><code>&quot;).start();</code>

我们对NIO创建的TimeServer进行下简单分析，8-15行跟之前的一样，设置监听端口。16-17行创建了一个被称为MultiplexerTimeServer的多路复用类，它是个一个独立的线程，负责轮询多路复用器Selctor，可以处理多个客户端的并发接入，现在我们继续看MultiplexerTimeServer的源码：

<code>public</code> <code>class</code> <code>MultiplexerTimeServer</code><code>implements</code> <code>Runnable {</code>

<code> </code><code>private</code> <code>Selector selector;</code>

<code> </code><code>private</code> <code>ServerSocketChannel servChannel;</code>

<code> </code><code>private</code> <code>volatile</code> <code>boolean</code> <code>stop;</code>

<code> </code><code>* 初始化多路复用器、绑定监听端口</code>

<code> </code><code>* @param port</code>

<code> </code><code>public</code> <code>MultiplexerTimeServer(</code><code>int</code> <code>port) {</code>

<code> </code><code>selector = Selector.open();</code>

<code> </code><code>servChannel = ServerSocketChannel.open();</code>

<code> </code><code>servChannel.configureBlocking(</code><code>false</code><code>);</code>

<code> </code><code>servChannel.socket().bind(</code><code>new</code> <code>InetSocketAddress(port),</code><code>1024</code><code>);</code>

<code> </code><code>servChannel.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT);</code>

<code> </code><code>System.out.println(&quot;The time server is start in port : &quot; + port);</code>

<code> </code><code>}</code><code>catch</code> <code>(IOException e) {</code>

<code> </code><code>e.printStackTrace();</code>

<code> </code><code>System.exit(</code><code>1</code><code>);</code>

<code> </code><code>public</code> <code>void</code> <code>stop() {</code>

<code> </code><code>* (non-Javadoc)</code>

<code> </code><code>* @see java.lang.Runnable#run()</code>

<code> </code><code>@Override</code>

<code> </code><code>public</code> <code>void</code> <code>run() {</code>

<code> </code><code>while</code> <code>(!stop) {</code>

<code> </code><code>selector.select(</code><code>1000</code><code>);</code>

<code> </code><code>Set&lt;SelectionKey&gt; selectedKeys = selector.selectedKeys();</code>

<code> </code><code>Iterator&lt;SelectionKey&gt; it = selectedKeys.iterator();</code>

<code> </code><code>SelectionKey key =</code><code>null</code><code>;</code>

<code> </code><code>while</code> <code>(it.hasNext()) {</code>

<code> </code><code>it.remove();</code>

<code> </code><code>handleInput(key);</code>

<code> </code><code>}</code><code>catch</code> <code>(Exception e) {</code>

<code> </code><code>key.cancel();</code>

<code> </code><code>if</code> <code>(key.channel() !=</code><code>null</code><code>)</code>

<code> </code><code>key.channel().close();</code>

<code> </code><code>}</code><code>catch</code> <code>(Throwable t) {</code>

<code> </code><code>t.printStackTrace();</code>

<code> </code><code>// 多路复用器关闭后，所有注册在上面的Channel和Pipe等资源都会被自动去注册并关闭，所以不需要重复释放资源</code>

<code> </code><code>if</code> <code>(selector !=</code><code>null</code><code>)</code>

<code> </code><code>selector.close();</code>

<code> </code><code>}</code><code>catch</code> <code>(IOException e) {</code>

<code> </code><code>private</code> <code>void</code> <code>handleInput(SelectionKey key)</code><code>throws</code> <code>IOException {</code>

<code> </code><code>if</code> <code>(key.isValid()) {</code>

<code> </code><code>// 处理新接入的请求消息</code>

<code> </code><code>if</code> <code>(key.isAcceptable()) {</code>

<code> </code><code>// Accept the new connection</code>

<code> </code><code>ServerSocketChannel ssc = (ServerSocketChannel) key.channel();</code>

<code> </code><code>SocketChannel sc = ssc.accept();</code>

<code> </code><code>sc.configureBlocking(</code><code>false</code><code>);</code>

<code> </code><code>// Add the new connection to the selector</code>

<code> </code><code>sc.register(selector, SelectionKey.OP_READ);</code>

<code> </code><code>if</code> <code>(key.isReadable()) {</code>

<code> </code><code>SocketChannel sc = (SocketChannel) key.channel();</code>

<code> </code><code>ByteBuffer readBuffer = ByteBuffer.allocate(</code><code>1024</code><code>);</code>

<code> </code><code>int</code> <code>readBytes = sc.read(readBuffer);</code>

<code> </code><code>if</code> <code>(readBytes &gt;</code><code>0</code><code>) {</code>

<code> </code><code>readBuffer.flip();</code>

<code> </code><code>byte</code><code>[] bytes =</code><code>new</code> <code>byte</code><code>[readBuffer.remaining()];</code>

<code> </code><code>readBuffer.get(bytes);</code>

<code> </code><code>String body =</code><code>new</code> <code>String(bytes, &quot;UTF-</code><code>8</code><code>&quot;);</code>

<code> </code><code>System.out.println(&quot;The time server receive order : &quot;</code>

<code> </code><code>String currentTime = &quot;QUERY TIME ORDER&quot;</code>

<code> </code><code>.equalsIgnoreCase(body) ?</code><code>new</code> <code>java.util.Date(</code>

<code> </code><code>System.currentTimeMillis()).toString()</code>

<code> </code><code>: &quot;BAD ORDER&quot;;</code>

<code> </code><code>doWrite(sc, currentTime);</code>

<code> </code><code>}</code><code>else</code> <code>if</code> <code>(readBytes &lt;</code><code>0</code><code>) {</code>

<code> </code><code>// 对端链路关闭</code>

<code> </code><code>key.cancel();</code>

<code> </code><code>sc.close();</code>

<code> </code><code>private</code> <code>void</code> <code>doWrite(SocketChannel channel, String response)</code>

<code> </code><code>throws</code> <code>IOException {</code>

<code> </code><code>if</code> <code>(response !=</code><code>null</code> <code>&amp;&amp; response.trim().length() &gt;</code><code>0</code><code>) {</code>

<code> </code><code>byte</code><code>[] bytes = response.getBytes();</code>

<code> </code><code>ByteBuffer writeBuffer = ByteBuffer.allocate(bytes.length);</code>

<code> </code><code>writeBuffer.put(bytes);</code>

<code> </code><code>writeBuffer.flip();</code>

<code> </code><code>channel.write(writeBuffer);</code>

由于这个类相比于传统的Socket编程稍微复杂一些，在此我们进行详细分析，我们从如下几个关键步骤讲解多路复用处理类：

14-26行为构造方法，在构造方法中进行资源初始化，创建多路复用器Selector、ServerSocketChannel，对Channel和TCP参数进行配置，例如将ServerSocketChannel设置为异步非阻塞模式，它的backlog设置为1024。系统资源初始化成功后将ServerSocketChannel注册到Selector，监听SelectionKey.OP_ACCEPT操作位；如果资源初始化失败，例如端口被占用则退出

39-61行在线程的run方法的while循环体中循环遍历selector，它的休眠时间为1S，无论是否有读写等事件发生，selector每隔1S都被唤醒一次，selector也提供了一个无参的select方法。当有处于就绪状态的Channel时，selector将返回就绪状态的Channel的SelectionKey集合，我们通过对就绪状态的Channel集合进行迭代，就可以进行网络的异步读写操作

76-83行处理新接入的客户端请求消息，根据SelectionKey的操作位进行判断即可获知网络事件的类型，通过ServerSocketChannel的accept接收客户端的连接请求并创建SocketChannel实例，完成上述操作后，相当于完成了TCP的三次握手，TCP物理链路正式建立。注意，我们需要将新创建的SocketChannel设置为异步非阻塞，同时也可以对其TCP参数进行设置，例如TCP接收和发送缓冲区的大小等，作为入门的例子，例程没有进行额外的参数设置

84-109行用于读取客户端的请求消息，首先创建一个ByteBuffer，由于我们事先无法得知客户端发送的码流大小，作为例程，我们开辟一个1M的缓冲区。然后调用SocketChannel的read方法读取请求码流，注意，由于我们已经将SocketChannel设置为异步非阻塞模式，因此它的read是非阻塞的。使用返回值进行判断，看读取到的字节数，返回值有三种可能的结果：

1) 返回值大于0：读到了字节，对字节进行编解码；

2) 返回值等于0：没有读取到字节，属于正常场景，忽略；

3) 返回值为-1：链路已经关闭，需要关闭SocketChannel，释放资源。

当读取到码流以后，我们进行解码，首先对readBuffer进行flip操作，它的作用是将缓冲区当前的limit设置为position，position设置为0，用于后续对缓冲区的读取操作。然后根据缓冲区可读的字节个数创建字节数组，调用ByteBuffer的get操作将缓冲区可读的字节数组拷贝到新创建的字节数组中，最后调用字符串的构造函数创建请求消息体并打印。如果请求指令是”QUERY TIME ORDER”则把服务器的当前时间编码后返回给客户端，下面我们看看如果异步发送应答消息给客户端。

111-119行将应答消息异步发送给客户端，我们看下关键代码，首先将字符串编码成字节数组，根据字节数组的容量创建ByteBuffer，调用ByteBuffer的put操作将字节数组拷贝到缓冲区中，然后对缓冲区进行flip操作，最后调用SocketChannel的write方法将缓冲区中的字节数组发送出去。需要指出的是，由于SocketChannel是异步非阻塞的，它并不保证一次能够把需要发送的字节数组发送完，此时会出现“写半包”问题，我们需要注册写操作，不断轮询Selector将没有发送完的ByteBuffer发送完毕，可以通过ByteBuffer的hasRemain()方法判断消息是否发送完成。此处仅仅是个简单的入门级例程，没有演示如何处理“写半包”场景，后续的章节会有详细说明。

使用NIO创建TimeServer服务器完成之后，我们继续学习如何创建NIO客户端。首先还是通过时序图了解关键步骤和过程，然后结合代码进行详细分析。

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