Tars-Java网络编程源码分析（上）

　　一、Tars框架基本介绍

　　Tars是腾讯开源的支持多语言的高性能RPC框架，起源于腾讯内部2008年至今一直使用的统一应用框架TAF（Total Application Framework），目前支持C++、Java、PHP、Nodejs、Go语言。

　　该框架为用户提供了涉及到开发、运维、以及测试的一整套解决方案，帮助一个产品或者服务快速开发、部署、测试、上线。它集可扩展协议编解码、高性能RPC通信框架、名字路由与发现、发布监控、日志统计、配置管理等于一体，通过它可以快速用微服务的方式构建自己的稳定可靠的分布式应用，并实现完整有效的服务治理。

　　vivo推送平台也深度使用了该框架，部署服务节点超过一千个，经过线上每日一百多亿消息推送量的考验。

　　Tars-java 最新稳定版1.7.2以及之前的版本都使用Java NIO进行网络编程；本文将分别详细介绍java NIO的原理和Tars 使用NIO进行网络编程的细节。

　　二、Java NIO原理介绍

　　从1.4版本开始，Java提供了一种新的IO处理方式：NIO (New IO 或 Non-blocking IO)  是一个可以替代标准Java IO 的API，它是面向缓冲区而不是字节流，它是非阻塞的，支持IO多路复用。

　　2.1 Channels (通道) and Buffers (缓冲区)

　　标准的IO基于字节流进行操作的，而NIO是基于通道（Channel）和缓冲区（Buffer）进行操作。数据总是从通道读取到缓冲区中，或者从缓冲区写入到通道中，下图是一个完整流程。

　　Channel类型：

　　1. 支持文件读写数据的FileChannel

　　2. 能通过UDP读写网络中的数据的DatagramChannel 

　　3. 能通过TCP读写网络数据的SocketChannel

　　4. 可以监听新进来的TCP连接，对每一个新进来的连接都会创建一个SocketChannel的ServerSocketChannel 。

　　SocketChannel：

　　·打开 SocketChannel：SocketChannel socketChannel = SocketChannel.open();

　　· 关闭 SocketChannel：socketChannel.close();

　　· 从Channel中读取的数据放到Buffer： int bytesRead = inChannel.read(buf);

　　· 将Buffer中的数据写到Channel： int bytesWritten = inChannel.write(buf);

　　ServerSocketChannel：

　　通过 ServerSocketChannel.accept() 方法监听新进来的连接，当accept()方法返回的时候，它返回一个包含新进来的连接的SocketChannel，因此accept()方法会一直阻塞到有新连接到达。

　　通常不会仅仅只监听一个连接,在while循环中调用 accept()方法. 如下面的例子：

　　代码1：

　　ServerSocketChannel可以设置成非阻塞模式。在非阻塞模式下，accept() 方法会立刻返回，如果还没有新进来的连接,返回的将是null。因此，需要检查返回的SocketChannel是否是null。

　　代码2：

　　Buffer类型：

　　·ByteBuffer

　　· CharBuffer

　　· DoubleBuffer

　　· FloatBuffer

　　· IntBuffer

　　· LongBuffer

　　· ShortBuffer

　　Buffer的分配：

　　ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocate(2048);

　　Buffer的读写：

　　1. 写入数据到Buffer，最大写入量是capacity，写模式下limit值即为capacity值，position即为写到的位置。

　　2. 调用flip()方法将Buffer从写模式切换到读模式，此时position移动到开始位置0，limit移动到position的位置。

　　3. 从Buffer中读取数据，在读模式下可以读取之前写入到buffer的所有数据，即为limit位置。

　　4. 调用clear()方法或者compact()方法。clear()方法将position设为0，limit被设置成capacity的值。compact()方法将所有未读的数据拷贝到Buffer起始处，然后将position设到最后一个未读元素后面。

　　mark() 与 reset()方法

　　通过调用Buffer.mark()方法，可以标记Buffer中的一个特定position，之后可以通过调用Buffer.reset()方法恢复到这个position。

　　此方法返回承载先前字节缓冲区内容的新字节缓冲区。

　　remaining()

　　limit 减去 position的值。

　　2.2 Selector（选择器）

　　Java NIO引入了选择器的概念，选择器用于监听多个通道的事件。单个的线程可以监听多个数据通道。要使用Selector，得向Selector注册Channel，然后调用它的select()方法。这个方法会一直阻塞到某个注册的通道有事件就绪。一旦这个方法返回，线程就可以处理这些事件。

线程使用一个selector处理多个channel

　　代码3：

　　注意register()方法的第二个参数，这是一个监听的集合，即在通过Selector监听Channel时关注什么事件集合。

　　SelectionKey包含：

　　1) interest集合：selectionKey.interestOps()  可以监听四种不同类型的事件：OP_ACCEPT、OP_CONNECT、OP_WRITE、OP_READ

　　2) ready集合：selectionKey.readyOps();  ready 集合是通道已经准备就绪的操作的集合，提供4个方便的方法：

　　·selectionKey.isAcceptable();

　　· selectionKey.isConnectable();

　　· selectionKey.isReadable();

　　· selectionKey.isWritable();

　　3) Channel：selectionKey.channel();

　　4) Selector：selectionKey.selector();

　　5) 可选的附加对象：

　　selectionKey.attachment();  可以将一个对象或者更多信息附着到SelectionKey上，这样就能方便的识别特定的通道。

　　提示：

　　OP_ACCEPT和OP_CONNECT的区别：简单来说，客户端建立连接是connect，服务器准备接收连接是accept。一个典型的客户端服务器网络交互流程如下图：

　　selectedKeys() 

　　一旦调用了select()方法，并且返回值表明有一个或更多个通道就绪了，然后可以通过调用selector的selectedKeys()方法，访问已选择键集（selected key set）中的就绪通道。

　　wakeUp()

　　某个线程调用select()方法后阻塞了，即使没有通道已经就绪，也有办法让其从select()方法返回。只要让其它线程在阻塞线程调用select()方法的对象上调用Selector.wakeup()方法即可。阻塞在select()方法上的线程会立马返回。如果有其它线程调用了wakeup()方法，但当前没有线程阻塞在select()方法上，下个调用select()方法的线程会立即wake up。

　　close()

　　用完Selector后调用其close()方法会关闭该Selector，且使注册到该Selector上的所有SelectionKey实例无效。通道本身并不会关闭。

　　通过Selector选择通道：

　　· int select() 阻塞直到至少有一个通道在你注册的事件上就绪了

　　· int select(long timeout) 增加最长阻塞毫秒数

　　· int selectNow() 不会阻塞，不管什么通道就绪都立刻返回