注:本文适合对象需对java NIO API的使用及异步事件模型(Reactor模式)有一定程度的了解,主要讲述使用java原生NIO实现一个TCP监听绑定的过程及细节设计。
我们一开始设计了一个TCP接入服务类,这个类提供了一个API方法提供对本地一系列地址(端口)的监听绑定,类初始化后完成Selector的open操作如下:
selector = Selector.open();
提供的绑定API,其方法签名如下:
/** * Binds to the specified local addresses and start to accept incoming connections. If any address binding failed then * rollback the already binding addresses. Bind is fail fast, if encounter the first bind exception then throw it immediately. * * @param firstLocalAddress * @param otherLocalAddresses * @throws throw if bind failed. */ synchronized public void bind(SocketAddress firstLocalAddress, SocketAddress... otherLocalAddresses) throws IOException;
为何需要同步?因为我们不希望多个线程同时调用该方法,导致地址绑定异常。
参数中可以传递多个本地地址(端口)同时进行监听绑定。
在NIO的绑定过程中需进行事件注册(对OP_ACCEPT感兴趣),如下:
ServerSocketChannel ssc = ServerSocketChannel.open(); ssc.configureBlocking(false); ServerSocket ss = ssc.socket(); ss.setReuseAddress(config.isReuseAddress()); ss.bind(address, config.getBacklog()); ssc.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT);
由于注册过程中除了涉及锁竞争还可能产生死锁,所以一般的做法都是将绑定地址放在队列中进行异步注册由reactor线程进行处理,例如:
bindAddresses.addAll(localAddresses); if (!bindAddresses.isEmpty()) { synchronized (lock) { // wake up for unblocking the select() to process binding addresses selector.wakeup(); // wait for bind result wait0(); } }
从同步注册变为异步注册后就存在一个问题,实际注册绑定时可能存在端口已绑定的异常,在异步情况下就需要线程间通信来通知异常消息,并向调用方反馈。
如上面代码片段中的wait0()方法就是等待绑定结果,若出现绑定异常则抛出
private void wait0() throws IOException { while (!this.endFlag) { try { lock.wait(); } catch (InterruptedException e) { throw new IOException(e); } } // reset end flag this.endFlag = false; if (this.exception != null) { IOException e = exception; this.exception = null; throw e; } }
以上代码也说明了,NIO异步模型转化为同步API导致的模型阻抗付出了额外的代价和开销 --- 线程间通信。 至此,完成了TCP服务监听过程,下文将进一步讲述服务接入和数据传输相关设计细节。