运用异步输入输出流编写Socket进程通信

运用异步输入输出流编写Socket进程通信2010-12-14杨健同步？异步输入输出机制的引入

在Merlin之前,编写Socket程序是比较繁琐的工作.因为输入输出都必须同步.这样,对于多客户端客户/服务器模式, 不得不使用多线程.即为每个连接的客户都分配一个线程来处理输入输出.由此而带来的问题是可想而知的.程序员不得不为了避免死锁,线程安全等问题,进行大量的编码和测试.很多人都在抱怨为什么不在Java中引入异步输入输出机制.比较官方的解释是,任何一种应用程序接口的引入,都必须兼容任何操作平台.因为 Java是跨平台的.而当时支持异步输入输出机制的操作平台显然不可能是全部.自 Java 2 Platform以后,分离出J2SE,J2ME,J2EE三种不同类型的应用程序接口,以适应不同的应用开发.Java标准的制订者们意识到了这个问题,并且支持异步输入输出机制的操作平台在当今操作平台中处于主流地位.于是,Jdk（J2SE）的第五次发布中引入了异步输入输出机制.

以前的Socket进程通信程序设计中,一般客户端和服务器端程序设计如下：

服务器端：

  //服务器 端监听线程
  while （true） {
         .............
        Socket clientSocket;
         clientSocket = socket.accept（）; //取得客户请求Socket，如果没 有//客户请求连接，线程在此处阻塞
        //用取得的Socket 构造输入输出流
        PrintStream os = new PrintStream （new
        BufferedOutputStream （clientSocket.getOutputStream（）,
        1024）, false）;
        BufferedReader is = new BufferedReader （new
        InputStreamReader （clientSocket.getInputStream（）））;
        //创建客户会话 线程,进行输入输出控制，为同步机制
        new ClientSession（）;
        .......
         }

客户端：

 ............
  clientSocket = new Socket（HOSTNAME, LISTENPORT）;//连接服务器套接字
  //用取得的 Socket构造输入输出流
  PrintStream os = new PrintStream（new
        BufferedOutputStream（clientSocket.getOutputStream （）,
        1024）, false）;
         BufferedReader is = new BufferedReader（new
         InputStreamReader（clientSocket.getInputStream（）））;
  //进行输入 输出控制
  .......

以上代码段只是用同步机制编写 Socket进程通信的一个框架，实际上要考虑的问题要复杂的多（有兴趣的读者可以参考我的一篇文章《Internet 实时通信系统设计与实现》）。将这样一个框架列出来，只是为了与用异步机制实现的Socket进程通信进行比较。下面将介绍使用异步机制的程序设计。

用异步输入输出流编写Socket进程通信程序

在Merlin中加入了用于实现异步输入输出机制的应用程序接口包： java.nio（新的输入输出包，定义了很多基本类型缓冲（Buffer））， java.nio.channels（通道及选择器等，用于异步输入输出），java.nio.charset （字符的编码解码）。通道（Channel）首先在选择器（Selector）中注册自己感兴趣的事件，当相应的事件发生时，选择器便通过选择键（SelectionKey）通知已注册的通道。然后通道将需要处理的信息，通过缓冲（Buffer）打包，编码/解码, 完成输入输出控制。

通道介绍：

这里主要介绍 ServerSocketChannel和 SocketChannel.它们都是可选择的（selectable）通道，分别可以工作在同步和异步两种方式下（注意，这里的可选择不是指可以选择两种工作方式，而是指可以有选择的注册自己感兴趣的事件）。可以用 channel.configureBlocking（Boolean ）来设置其工作方式。与以前版本的API相比较，ServerSocketChannel就相当于ServerSocket（ServerSocketChannel封装了ServerSocket）,而SocketChannel就相当于Socket（SocketChannel封装了 Socket）。当通道工作在同步方式时，编程方法与以前的基本相似，这里主要介绍异步工作方式。

所谓异步输入输出机制，是指在进行输入输出处理时，不必等到输入输出处理完毕才返回。所以异步的同义语是非阻塞（None Blocking）。在服务器端，ServerSocketChannel通过静态函数open（）返回一个实例serverChl。然后该通道调用serverChl.socket（）.bind（）绑定到服务器某端口，并调用register（Selector sel, SelectionKey.OP_ACCEPT）注册 OP_ACCEPT事件到一个选择器中（ServerSocketChannel只可以注册OP_ACCEPT事件）。当有客户请求连接时，选择器就会通知该通道有客户连接请求，就可以进行相应的输入输出控制了；在客户端，clientChl实例注册自己感兴趣的事件后（可以是OP_CONNECT,OP_READ,OP_WRITE的组合），调用clientChl.connect （InetSocketAddress ）连接服务器然后进行相应处理。注意，这里的连接是异步的，即会立即返回而继续执行后面的代码。