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runjia1987:
cpu 100%,是因为读=-1时,没有解注册OP_READ, ...
java nio网络编程的一点心得 -
two_plus:
按照你的例子 服务端变成读循环了...
java nio网络编程的一点心得 -
ilovemyyang:
我也遇到同样的空循环问题,也是百度才找到了的,楼主给力哦
java nio网络编程的一点心得 -
高攀sky:
Python发邮件 -
fobdddf:
fobdddf 写道朋友你好,我试了一下数组的那个例子,反汇编 ...
读《深入理解计算机系统》
前几日用java nio写了一个tcp端口转发小工具,还颇费周折,其中一个原因在于网上资料很混乱,不少还是错误的。这篇文章中我会以一个EchoServer作为例子。先看《Java网络编程》中的写法,这也是在网上颇为常见的一个写法。
上面的代码很典型,运行结果似乎也是正确的。
但是如果你这时top用看一下发现服务器进程CPU占用到95%以上,如果取消掉32行的注释,服务器会不断地输出"is writable...",这是为什么呢?让我们来分析当第一个客户端连接上时发生什么情况。
从上面的分析可以看出问题在于我们在没有数据可写时就在socket上注册了OP_WRITE,导致服务器浪费大量CPU资源,解决办法是只有数据可以写时才注册OP_WRITE操作。上面的版本还不只浪费CPU那么简单,它还可能导致潜在的死锁。虽然死锁在我的机器上没有发生,对于这个简单的例子似乎也不大可能发生在别的机器上,但是在对于复杂的情况,比如我写的端口转发工具中就发生了,这还依赖于jdk的实现。对于上面的EchoServer,出现死锁的场景是这样的:
避免死锁的一个简单方法就是不要在同一个socket同时注册多个操作。对于上面的EchoServer来说就是不要同时注册OP_READ和OP_WRITE,要么只注册OP_READ,要么只注册OP_WRITE。下面的EchoServer修正了以上的错误:
主要变化,在第19行接受客户端连接时只注册OP_READ操作,第28行当读到数据时才切换到OP_WRITE操作,第35-38行,当写操作完成时再切换到OP_READ操作。由于一个key同时只能执行一个操作,我将原来三个并行if换成了if...else。
上面的代码不够优雅,它将处理服务器Socket和客户连接Socket的代码搅在一起,对于简单的EchoServer这样做没什么问题,当服务器变得复杂,使用命令模式将它们分开变显得非常必要。首先创建一个接口来抽象对SelectionKey的处理。
再来看main函数:
main函数非常简单,迭代SelectionKey,对每个key的attachment为Handler,调用它的execute的方法,不用管它是服务器Socket还是客户Socket。注意initServer方法将serverKey附加了一个ServerHandler。下面是ServerHandler的代码:
ServerHandler接收连接,为每个客户Socket注册OP_READ操作,返回的clientKey附加上ClientHandler。
这个代码没有什么新内容,只是将根据key是可读还可写拆分为两个方法,代码结构显得更清晰。对于EchoServer,这么做确实有些过度工程,对于稍微复杂一点的服务器这么做是很值得的。
代码:EchoServer.java, EchoServer2.java, EchoServer3.java
参考:
public class EchoServer { public static int DEFAULT_PORT = 7777; public static void main(String[] args) throws IOException { System.out.println("Listening for connection on port " + DEFAULT_PORT); Selector selector = Selector.open(); initServer(selector); while (true) { selector.select(); for (Iterator<SelectionKey> itor = selector.selectedKeys().iterator(); itor.hasNext();) { SelectionKey key = (SelectionKey) itor.next(); itor.remove(); try { if (key.isAcceptable()) { ServerSocketChannel server = (ServerSocketChannel) key.channel(); SocketChannel client = server.accept(); System.out.println("Accepted connection from " + client); client.configureBlocking(false); SelectionKey clientKey = client.register(selector, SelectionKey.OP_WRITE|SelectionKey.OP_READ); ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(100); clientKey.attach(buffer); } if (key.isReadable()) { SocketChannel client = (SocketChannel) key.channel(); ByteBuffer buffer = (ByteBuffer) key.attachment(); client.read(buffer); } if (key.isWritable()) { // System.out.println("is writable..."); SocketChannel client = (SocketChannel) key.channel(); ByteBuffer buffer = (ByteBuffer) key.attachment(); buffer.flip(); client.write(buffer); buffer.compact(); } } catch (IOException e) { key.cancel(); try { key.channel().close(); } catch (IOException ioe) { } } } } } private static void initServer(Selector selector) throws IOException, ClosedChannelException { ServerSocketChannel serverChannel = ServerSocketChannel.open(); ServerSocket ss = serverChannel.socket(); ss.bind(new InetSocketAddress(DEFAULT_PORT)); serverChannel.configureBlocking(false); serverChannel.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT); } }
上面的代码很典型,运行结果似乎也是正确的。
marlon$ java EchoServer& --> Listening for connection on port 7777 marlon$ telnet localhost 7777 --> Accepted connection from java.nio.channels.SocketChannel[connected local=/127.0.0.1:7777 remote=/127.0.0.1:65030] hello --> hello world -->world
但是如果你这时top用看一下发现服务器进程CPU占用到95%以上,如果取消掉32行的注释,服务器会不断地输出"is writable...",这是为什么呢?让我们来分析当第一个客户端连接上时发生什么情况。
- 在连接之前,服务器第11行:selector.select()处阻塞。当阻塞时,内核会将这个进程调度至休眠状态,此时基本不耗CPU。
- 当客户端发起一个连接时,服务器检测到客户端连接,selector.select()返回。selector.selectedKeys()返回已就绪的SelectionKey的集合,在这种情况下,它只包含一个key,也就是53行注册的acceptable key。服务器开始运行17-25行的代码,server.accept()返回代码客户端连接的socket,第22行在socket上注册OP_READ和OP_WRITE,表示当socket可读或者可写时就会通知selector。
- 接着服务器又回到第11行,尽管这时客户端还没有任何输入,但这时selector.select()不会阻塞,因为22行在socket注册了写操作,而socket只要send buffer不满就可以写,刚开始send buffer为空,socket总是可以写,于是server.select()立即返回,包含在22行注册的key。由于这个key可写,所以服务器会运行31-38行的代码,但是这时buffer为空,client.write(buffer)没有向socket写任何东西,立即返回0。
- 接着服务器又回到第11行,由于客户端连接socket可以写,这时selector.select()会立即返回,然后运行31-38行的代码,像步骤3一样,由于buffer为空,服务器没有干任何事又返回到第11行,这样不断循环,服务器却实际没有干事情,却耗大量的CPU。
从上面的分析可以看出问题在于我们在没有数据可写时就在socket上注册了OP_WRITE,导致服务器浪费大量CPU资源,解决办法是只有数据可以写时才注册OP_WRITE操作。上面的版本还不只浪费CPU那么简单,它还可能导致潜在的死锁。虽然死锁在我的机器上没有发生,对于这个简单的例子似乎也不大可能发生在别的机器上,但是在对于复杂的情况,比如我写的端口转发工具中就发生了,这还依赖于jdk的实现。对于上面的EchoServer,出现死锁的场景是这样的:
- 假设服务器已经启动,并且已经有一个客户端与它相连,此时正如上面的分析,服务器在不断地循环做无用功。这时用户在客户端输入"hello"。
- 当服务器运行到第11行:selector.select()时,这时selector.selectedKeys()会返回一个代表客户端连接的key,显然这时客户端socket是既可读又可写,但jdk却并不保证能够检测到两种状态。如果它检测到key既可读又可写,那么服务器会执行26-38行的代码。如果只检测到可读,那么服务器会执行26-30行的代码。如果只检测到可写,那么会执行31-38行的代码。对于前两种情况,不会造成死锁,因为当执行完29行,buffer会读到用户输入的内容,下次再运行到36行就可以将用户输入内容echo回。但是对最后一种情况,服务器完全忽略了客户端发过来的内容,如果每次selector.select()都只能检测到socket可写,那么服务器永远不能将echo回客户端输入的内容。
避免死锁的一个简单方法就是不要在同一个socket同时注册多个操作。对于上面的EchoServer来说就是不要同时注册OP_READ和OP_WRITE,要么只注册OP_READ,要么只注册OP_WRITE。下面的EchoServer修正了以上的错误:
public static void main(String[] args) throws IOException { System.out.println("Listening for connection on port " + DEFAULT_PORT); Selector selector = Selector.open(); initServer(selector); while (true) { selector.select(); for (Iterator<SelectionKey> itor = selector.selectedKeys().iterator(); itor.hasNext();) { SelectionKey key = (SelectionKey) itor.next(); itor.remove(); try { if (key.isAcceptable()) { ServerSocketChannel server = (ServerSocketChannel) key.channel(); SocketChannel client = server.accept(); System.out.println("Accepted connection from " + client); client.configureBlocking(false); SelectionKey clientKey = client.register(selector, SelectionKey.OP_READ); ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(100); clientKey.attach(buffer); } else if (key.isReadable()) { SocketChannel client = (SocketChannel) key.channel(); ByteBuffer buffer = (ByteBuffer) key.attachment(); int n = client.read(buffer); if (n > 0) { buffer.flip(); key.interestOps(SelectionKey.OP_WRITE); // switch to OP_WRITE } } else if (key.isWritable()) { System.out.println("is writable..."); SocketChannel client = (SocketChannel) key.channel(); ByteBuffer buffer = (ByteBuffer) key.attachment(); client.write(buffer); if (buffer.remaining() == 0) { // write finished, switch to OP_READ buffer.clear(); key.interestOps(SelectionKey.OP_READ); } } } catch (IOException e) { key.cancel(); try { key.channel().close(); } catch (IOException ioe) { } } } } }
主要变化,在第19行接受客户端连接时只注册OP_READ操作,第28行当读到数据时才切换到OP_WRITE操作,第35-38行,当写操作完成时再切换到OP_READ操作。由于一个key同时只能执行一个操作,我将原来三个并行if换成了if...else。
上面的代码不够优雅,它将处理服务器Socket和客户连接Socket的代码搅在一起,对于简单的EchoServer这样做没什么问题,当服务器变得复杂,使用命令模式将它们分开变显得非常必要。首先创建一个接口来抽象对SelectionKey的处理。
interface Handler { void execute(Selector selector, SelectionKey key); }
再来看main函数:
public static void main(String[] args) throws IOException { System.out.println("Listening for connection on port " + DEFAULT_PORT); Selector selector = Selector.open(); initServer(selector); while (true) { selector.select(); for (Iterator<SelectionKey> itor = selector.selectedKeys().iterator(); itor.hasNext();) { SelectionKey key = (SelectionKey) itor.next(); itor.remove(); Handler handler = (Handler) key.attachment(); handler.execute(selector, key); } } } private static void initServer(Selector selector) throws IOException, ClosedChannelException { ServerSocketChannel serverChannel = ServerSocketChannel.open(); ServerSocket ss = serverChannel.socket(); ss.bind(new InetSocketAddress(DEFAULT_PORT)); serverChannel.configureBlocking(false); SelectionKey serverKey = serverChannel.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT); serverKey.attach(new ServerHandler()); }
main函数非常简单,迭代SelectionKey,对每个key的attachment为Handler,调用它的execute的方法,不用管它是服务器Socket还是客户Socket。注意initServer方法将serverKey附加了一个ServerHandler。下面是ServerHandler的代码:
class ServerHandler implements Handler { public void execute(Selector selector, SelectionKey key) { ServerSocketChannel server = (ServerSocketChannel) key.channel(); SocketChannel client = null; try { client = server.accept(); System.out.println("Accepted connection from " + client); } catch (IOException e) { e.printStackTrace(); return; } SelectionKey clientKey = null; try { client.configureBlocking(false); clientKey = client.register(selector, SelectionKey.OP_READ); clientKey.attach(new ClientHandler()); } catch (IOException e) { if (clientKey != null) clientKey.cancel(); try { client.close(); } catch (IOException ioe) { } } } }
ServerHandler接收连接,为每个客户Socket注册OP_READ操作,返回的clientKey附加上ClientHandler。
class ClientHandler implements Handler { private ByteBuffer buffer; public ClientHandler() { buffer = ByteBuffer.allocate(100); } public void execute(Selector selector, SelectionKey key) { try { if (key.isReadable()) { readKey(selector, key); } else if (key.isWritable()) { writeKey(selector, key); } } catch (IOException e) { key.cancel(); try { key.channel().close(); } catch (IOException ioe) { } } } private void readKey(Selector selector, SelectionKey key) throws IOException { SocketChannel client = (SocketChannel) key.channel(); int n = client.read(buffer); if (n > 0) { buffer.flip(); key.interestOps(SelectionKey.OP_WRITE); // switch to OP_WRITE } } private void writeKey(Selector selector, SelectionKey key) throws IOException { // System.out.println("is writable..."); SocketChannel client = (SocketChannel) key.channel(); client.write(buffer); if (buffer.remaining() == 0) { // write finished, switch to OP_READ buffer.clear(); key.interestOps(SelectionKey.OP_READ); } } }
这个代码没有什么新内容,只是将根据key是可读还可写拆分为两个方法,代码结构显得更清晰。对于EchoServer,这么做确实有些过度工程,对于稍微复杂一点的服务器这么做是很值得的。
代码:EchoServer.java, EchoServer2.java, EchoServer3.java
参考:
评论
10 楼
runjia1987
2017-03-06
cpu 100%,是因为读=-1时,没有解注册OP_READ,应改成:
key.interestOps(key.interestOps() & ~SelectionKey.OP_READ);
注册OP_WRITE,应该为:
key.interestOps(key.interestOps() | SelectionKey.OP_WRITE);
key.interestOps(key.interestOps() & ~SelectionKey.OP_READ);
注册OP_WRITE,应该为:
key.interestOps(key.interestOps() | SelectionKey.OP_WRITE);
9 楼
two_plus
2017-02-27
按照你的例子 服务端变成读循环了...
8 楼
ilovemyyang
2016-05-31
我也遇到同样的空循环问题,也是百度才找到了的,楼主给力哦
7 楼
xiaoduanayu
2015-09-02
再次过来感谢博主,看完茅塞顿开,结尾处的两个参考链接也十分给力!
6 楼
xiaoduanayu
2015-09-02
好文一定要顶!d=====( ̄▽ ̄*)b
我也发现了这个问题,我参照的是孙卫琴写的那本java网络编程精解,发现写事件一直在空轮询,在网上搜了个遍,搜到了这篇文章,博主好样的!
我也发现了这个问题,我参照的是孙卫琴写的那本java网络编程精解,发现写事件一直在空轮询,在网上搜了个遍,搜到了这篇文章,博主好样的!
5 楼
zxywithal
2014-05-03
4 楼
hardPass
2013-08-12
这篇文章写的赞,
3 楼
cfyme
2013-03-24
学习了,学习了NIO
2 楼
lvshuding
2012-10-11
学习了,以我很有意义,谢谢分享。
1 楼
youjianbo_han_87
2012-09-25
呵呵,不错。。。
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