在Merlin之前,編寫Socket程序是比較繁瑣的工作.因?yàn)檩斎胼敵龆急仨毻?這樣,對(duì)于多客戶端客戶/服務(wù)器模式,不得不使用多線程.即為每個(gè)連接的客戶都分配一個(gè)線程來處理輸入輸出.由此而帶來的問題是可想而知的.程序員不得不為了避免死鎖,線程安全等問題,進(jìn)行大量的編碼和測(cè)試.很多人都在抱怨為什么不在Java中引入異步輸入輸出機(jī)制.比較官方的解釋是,任何一種應(yīng)用程序接口的引入,都必須兼容任何操作平臺(tái).因?yàn)镴ava是跨平臺(tái)的.而當(dāng)時(shí)支持異步輸入輸出機(jī)制的操作平臺(tái)顯然不可能是全部.自Java 2 Platform以后,分離出J2SE,J2ME,J2EE三種不同類型的應(yīng)用程序接口,以適應(yīng)不同的應(yīng)用開發(fā).Java標(biāo)準(zhǔn)的制訂者們意識(shí)到了這個(gè)問題,并且支持異步輸入輸出機(jī)制的操作平臺(tái)在當(dāng)今操作平臺(tái)中處于主流地位.于是,Jdk(J2SE) 的第五次發(fā)布中引入了異步輸入輸出機(jī)制.
以前的Socket進(jìn)程通信程序設(shè)計(jì)中,一般客戶端和服務(wù)器端程序設(shè)計(jì)如下：
服務(wù)器端：
//服務(wù)器端監(jiān)聽線程
while (true) {
.............
Socket clientSocket;
clientSocket = socket.accept(); //取得客戶請(qǐng)求Socket，如果沒有//客戶請(qǐng)求連接，線程在此處阻塞
//用取得的Socket構(gòu)造輸入輸出流
PrintStream os = new PrintStream(new
BufferedOutputStream(clientSocket.getOutputStream(),
1024), false);
BufferedReader is = new BufferedReader(new
InputStreamReader(clientSocket.getInputStream()));
//創(chuàng)建客戶會(huì)話線程,進(jìn)行輸入輸出控制，為同步機(jī)制
new ClientSession();
.......
}
客戶端：
............
clientSocket = new Socket(HOSTNAME, LISTENPORT);//連接服務(wù)器套接字
//用取得的Socket構(gòu)造輸入輸出流
PrintStream os = new PrintStream(new
BufferedOutputStream(clientSocket.getOutputStream(),
1024), false);
BufferedReader is = new BufferedReader(new
InputStreamReader(clientSocket.getInputStream()));
//進(jìn)行輸入輸出控制
.......
以上代碼段只是用同步機(jī)制編寫Socket進(jìn)程通信的一個(gè)框架，實(shí)際上要考慮的問題要復(fù)雜的多（有興趣的讀者可以參考我的一篇文章《Internet 實(shí)時(shí)通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)》）。將這樣一個(gè)框架列出來，只是為了與用異步機(jī)制實(shí)現(xiàn)的Socket進(jìn)程通信進(jìn)行比較。下面將介紹使用異步機(jī)制的程序設(shè)計(jì)。
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用異步輸入輸出流編寫Socket進(jìn)程通信程序
在Merlin中加入了用于實(shí)現(xiàn)異步輸入輸出機(jī)制的應(yīng)用程序接口包：java.nio（新的輸入輸出包，定義了很多基本類型緩沖(Buffer)）， java.nio.channels(通道及選擇器等，用于異步輸入輸出)，java.nio.charset（字符的編碼解碼）。通道 (Channel)首先在選擇器(Selector)中注冊(cè)自己感興趣的事件，當(dāng)相應(yīng)的事件發(fā)生時(shí)，選擇器便通過選擇鍵(SelectionKey)通知已注冊(cè)的通道。然后通道將需要處理的信息，通過緩沖（Buffer）打包，編碼/解碼,完成輸入輸出控制。
通道介紹：
這里主要介紹ServerSocketChannel和 SocketChannel.它們都是可選擇的(selectable)通道，分別可以工作在同步和異步兩種方式下（注意，這里的可選擇不是指可以選擇兩種工作方式，而是指可以有選擇的注冊(cè)自己感興趣的事件）?？梢杂胏hannel.configureBlocking(Boolean )來設(shè)置其工作方式。與以前版本的API相比較，ServerSocketChannel就相當(dāng)于ServerSocket (ServerSocketChannel封裝了ServerSocket),而SocketChannel就相當(dāng)于Socket （SocketChannel封裝了Socket）。當(dāng)通道工作在同步方式時(shí)，編程方法與以前的基本相似，這里主要介紹異步工作方式。
所謂異步輸入輸出機(jī)制，是指在進(jìn)行輸入輸出處理時(shí)，不必等到輸入輸出處理完畢才返回。所以異步的同義語是非阻塞（None Blocking）。在服務(wù)器端，ServerSocketChannel通過靜態(tài)函數(shù)open()返回一個(gè)實(shí)例serverChl。然后該通道調(diào)用 serverChl.socket().bind()綁定到服務(wù)器某端口，并調(diào)用register（Selector sel, SelectionKey.OP_ACCEPT）注冊(cè)O(shè)P_ACCEPT事件到一個(gè)選擇器中（ServerSocketChannel只可以注冊(cè) OP_ACCEPT事件）。當(dāng)有客戶請(qǐng)求連接時(shí)，選擇器就會(huì)通知該通道有客戶連接請(qǐng)求，就可以進(jìn)行相應(yīng)的輸入輸出控制了；在客戶端，clientChl實(shí)例注冊(cè)自己感興趣的事件后（可以是OP_CONNECT,OP_READ,OP_WRITE的組合），調(diào)用clientChl.connect (InetSocketAddress )連接服務(wù)器然后進(jìn)行相應(yīng)處理。注意，這里的連接是異步的，即會(huì)立即返回而繼續(xù)執(zhí)行后面的代碼。
選擇器和選擇鍵介紹：
選擇器（Selector）的作用是：將通道感興趣的事件放入隊(duì)列中，而不是馬上提交給應(yīng)用程序，等已注冊(cè)的通道自己來請(qǐng)求處理這些事件。換句話說，就是選擇器將會(huì)隨時(shí)報(bào)告已經(jīng)準(zhǔn)備好了的通道，而且是按照先進(jìn)先出的順序。那么，選擇器是通過什么來報(bào)告的呢？選擇鍵(SelectionKey)。選擇鍵的作用就是表明哪個(gè)通道已經(jīng)做好了準(zhǔn)備，準(zhǔn)備干什么。你也許馬上會(huì)想到，那一定是已注冊(cè)的通道感興趣的事件。不錯(cuò)，例如對(duì)于服務(wù)器端serverChl來說，可以調(diào)用key.isAcceptable()來通知serverChl有客戶端連接請(qǐng)求。相應(yīng)的函數(shù)還有： SelectionKey.isReadable(),SelectionKey.isWritable()。一般的，在一個(gè)循環(huán)中輪詢感興趣的事件（具體可參照下面的代碼）。如果選擇器中尚無通道已注冊(cè)事件發(fā)生，調(diào)用Selector.select()將阻塞，直到有事件發(fā)生為止。另外，可以調(diào)用 selectNow()或者select(long timeout)。前者立即返回，沒有事件時(shí)返回0值；后者等待timeout時(shí)間后返回。一個(gè)選擇器最多可以同時(shí)被63個(gè)通道一起注冊(cè)使用。
應(yīng)用實(shí)例：
下面是用異步輸入輸出機(jī)制實(shí)現(xiàn)的客戶/服務(wù)器實(shí)例程序?D?D程序清單1（限于篇幅，只給出了服務(wù)器端實(shí)現(xiàn)，讀者可以參照著實(shí)現(xiàn)客戶端代碼）：
程序類圖
程序清單1
public class NBlockingServer {
int port = 8000;
int BUFFERSIZE = 1024;
Selector selector = null;
ServerSocketChannel serverChannel = null;
HashMap clientChannelMap = null;//用來存放每一個(gè)客戶連接對(duì)應(yīng)的套接字和通道
public NBlockingServer( int port ) {
this.clientChannelMap = new HashMap();
this.port = port;
}
public void initialize() throws IOException {
//初始化，分別實(shí)例化一個(gè)選擇器，一個(gè)服務(wù)器端可選擇通道
this.selector = Selector.open();
this.serverChannel = ServerSocketChannel.open();
this.serverChannel.configureBlocking(false);
InetAddress localhost = InetAddress.getLocalHost();
InetSocketAddress isa = new InetSocketAddress(localhost, this.port );
this.serverChannel.socket().bind(isa);//將該套接字綁定到服務(wù)器某一可用端口
}
//結(jié)束時(shí)釋放資源
public void finalize() throws IOException {
this.serverChannel.close();
this.selector.close();
}
//將讀入字節(jié)緩沖的信息解碼
public String decode( ByteBuffer byteBuffer ) throws
CharacterCodingException {
Charset charset = Charset.forName( "ISO-8859-1" );
CharsetDecoder decoder = charset.newDecoder();
CharBuffer charBuffer = decoder.decode( byteBuffer );
String result = charBuffer.toString();
return result;
}
//監(jiān)聽端口，當(dāng)通道準(zhǔn)備好時(shí)進(jìn)行相應(yīng)操作
public void portListening() throws IOException, InterruptedException {
//服務(wù)器端通道注冊(cè)O(shè)P_ACCEPT事件
SelectionKey acceptKey =this.serverChannel.register( this.selector,
SelectionKey.OP_ACCEPT );
//當(dāng)有已注冊(cè)的事件發(fā)生時(shí),select()返回值將大于0
while (acceptKey.selector().select() > 0 ) {
System.out.println("event happened");
//取得所有已經(jīng)準(zhǔn)備好的所有選擇鍵
Set readyKeys = this.selector.selectedKeys();
//使用迭代器對(duì)選擇鍵進(jìn)行輪詢
Iterator i = readyKeys.iterator();
while (i.hasNext()) {
SelectionKey key = (SelectionKey)i.next();
i.remove();//刪除當(dāng)前將要處理的選擇鍵
if ( key.isAcceptable() ) {//如果是有客戶端連接請(qǐng)求
System.out.println("more client connect in!");
ServerSocketChannel nextReady =
(ServerSocketChannel)key.channel();
//獲取客戶端套接字
Socket s = nextReady.accept();
//設(shè)置對(duì)應(yīng)的通道為異步方式并注冊(cè)感興趣事件
s.getChannel().configureBlocking( false );
SelectionKey readWriteKey =
s.getChannel().register( this.selector,
SelectionKey.OP_READ|SelectionKey.OP_WRITE );
//將注冊(cè)的事件與該套接字聯(lián)系起來
readWriteKey.attach( s );
//將當(dāng)前建立連接的客戶端套接字及對(duì)應(yīng)的通道存放在哈希表//clientChannelMap中
this.clientChannelMap.put( s, new
ClientChInstance( s.getChannel() ) );
}
else if ( key.isReadable() ) {//如果是通道讀準(zhǔn)備好事件
System.out.println("Readable");
//取得選擇鍵對(duì)應(yīng)的通道和套接字
SelectableChannel nextReady =
(SelectableChannel) key.channel();
Socket socket = (Socket) key.attachment();
//處理該事件，處理方法已封裝在類ClientChInstance中
this.readfromChannel( socket.getChannel(),
(ClientChInstance)
this.clientChannelMap.get( socket ) );
}
else if ( key.isWritable() ) {//如果是通道寫準(zhǔn)備好事件
System.out.println("writeable");
//取得套接字后處理，方法同上
Socket socket = (Socket) key.attachment();
SocketChannel channel = (SocketChannel)
socket.getChannel();
this.writeToChannel( channel,"This is from server!");
}
}
}
}
//對(duì)通道的寫操作
public void writeToChannel( SocketChannel channel, String message )
throws IOException {
ByteBuffer buf = ByteBuffer.wrap( message.getBytes() );
int nbytes = channel.write( buf );
}
//對(duì)通道的讀操作
public void readfromChannel( SocketChannel channel, ClientChInstance clientInstance )
throws IOException, InterruptedException {
ByteBuffer byteBuffer = ByteBuffer.allocate( BUFFERSIZE );
int nbytes = channel.read( byteBuf