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Servlet API和NIO: 最终组合在一起2011-01-26 IBM Taylor CowanNIO 是带有 JDK 1.4 的 Java 平台的最有名（如果不是最出色的）的添加部分之一。下面的许多文章阐述了 NIO 的基本知识及如何利用非阻塞通道的好处。但它们所遗漏的一件事正是，没有充分地展示 NIO 如何可以提高 J2EE Web 层的可伸缩性。对于企业开发人员来说，这些信息特别密切相关，因为实现 NIO 不像把少数几个 import 语句改变成一个新的 I/O 包那样简单。首先，Servlet API 采用阻塞 I/O 语义，因此默认情况下，它不能利用非阻塞 I/O。其次，不像 JDK 1.0 中那样，线程不再是“资源独占”（resource hog），因此使用较少的线程不一定表明服务器可以处理更多的客户机。

在本文中，为了创建基于 Servlet 并实现了 NIO 的 Web 服务器，您将学习如何解决 Servlet API 与非阻塞 I/O 的不配合问题。我们将会看到在多元的 Web 服务器环境中，这个服务器是如何针对标准 I/O 服务器（Tomcat 5.0）进行伸缩的。为符合企业中生存期的事实，我们将重点放在当保持 socket 连接的客户机数量以指数级增长时，NIO 与标准 I/O 相比较的情况如何。

注意，本文针对某些 Java 开发人员，他们已经熟悉了 Java 平台上 I/O 编程的基础知识。

线程不再昂贵

大家都知道，线程是比较昂贵的。在 Java 平台的早期（JDK 1.0），线程的开销是一个很大负担，因此强制开发人员自定义生成解决方案。一个常见的解决方案是使用 VM 启动时创建的线程池，而不是按需创建每个新线程。尽管最近在 VM 层上提高了线程的性能，但标准 I/O 仍然要求分配惟一的线程来处理每个新打开的 socket。就短期而言，这工作得相当不错，但当线程的数量增加超过了 1K，标准 I/O 的不足就表现出来了。由于要在线程间进行上下文切换，因此 CPU 简直变成了超载。

由于 JDK 1.4 中引入了 NIO，企业开发人员最终有了“单线程”模型的一个内置解决方案：多元 I/O 使得固定数量的线程可以服务不断增长的用户数量。

多路复用（Multiplexing）指的是通过一个载波来同时发送多个信号或流。当使用手机时，日常的多路复用例子就发生了。无线频率是稀有的资源，因此无线频率提供商使用多路复用技术通过一个频率发送多个呼叫。在一个例子中，把呼叫分成一些段，然后给这些段很短的持续时间，并在接收端重新装配。这就叫做 时分多路复用（time-division multiplexing），即 TDM。

在 NIO 中，接收端相当于“选择器”（参阅 java.nio.channels.Selector ）。不是处理呼叫，选择器是处理多个打开的 socket。就像在 TDM 中那样，选择器重新装配从多个客户机写入的数据段。这使得服务器可以用单个线程管理多个客户机。

Servlet API 和 NIO

对于 NIO，非阻塞读写是必要的，但它们并不是完全没有麻烦。除了不会阻塞之外，非阻塞读不能给呼叫方任何保证。客户机或服务器应用程序可能读取完整信息、部分消息或者根本读取不到消息。另外，非阻塞读可能读取到太多的消息，从而强制为下一个呼叫准备一个额外的缓冲区。最后，不像流那样，读取了零字节并不表明已经完全接收了消息。

这些因素使得没有轮询就不可能实现甚至是简单的 readline 方法。所有的 servlet 容器必须在它们的输入流上提供 readline 方法。因此，许多开发人员放弃了创建基于 Servlet 并实现了 NIO 的 Web 应用程序服务器。不过这里有一个解决方案，它组合了 Servlet API 和 NIO 的多元 I/O 的能力。

在下面的几节中，您将学习如何使用 java.io.PipedInput 和 PipedOutputStream 类来把生产者/消费者模型应用到消费者非阻塞 I/O。当读取非阻塞通道时，把它写到正由第二个线程消费的管道。注意，这种分解映射线程不同于大多数基于 Java 的客户机/服务器应用程序。这里，我们让一个线程单独负责处理非阻塞通道（生产者），让另一个线程单独负责把数据作为流消费（消费者）。管道也为应用程序服务器解决了非阻塞 I/O 问题，因为 servlet 在消费 I/O 时将采用阻塞语义。

示例服务器

示例服务器展示了 Servlet API 和 NIO 不兼容的生产者/消费者解决方案。该服务器与 Servlet API 非常相似，可以为成熟的基于 NIO 应用程序服务器提供 POC （proof of concept），是专门编写来衡量 NIO 相对于标准 Java I/O 的性能的。它处理简单的 HTTP get 请求，并支持来自客户机的 Keep-Alive 连接。这是重要的，因为多路复用 I/O 只证明在要求服务器处理大量打开的 scoket 连接时是有意的。

该服务器被分成两个包： org.sse.server 和 org.sse.http 包中有提供主要 服务器 功能的类，比如如下的一些功能：接收新客户机连接、阅读消息和生成工作线程以处理请求。http 包支持 HTTP 协议的一个子集。详细阐述 HTTP 超出了本文的范围。

现在让我们来看一下 org.sse.server 包中一些最重要的类。