一个高可扩展的基于非阻塞IO的服务器架构

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为了更简便的访问底层的读写队列,Connection对象提供了一点便利的面向流和通道的读写法律依据。

随后一另一个 Dispatcher的可扩展性非常有限,通常都会使用一另一个 小的Dispatchers的池。一点限制当中的一另一个 原应是特定的操作系统实现的Selector。大多数的操作系统一对一的映射SocketChannel和文件外理。取决于具体的系统,每个Selector的最大文件外理数的限制也是不同的。

在特定于应用多多守护进程 的任务中,数据会被编码,服务会被执行,数据会被写入。在写数据的随后,要被发送的数据会加入到写队列,随后调用Dispatcher类的announceWriteNeed法律依据。一点法律依据让Selector现在开始英文英文监听就绪读事件。随后一点事件地处,分配器级别的事件外理器就会执行onWriteableEvent法律依据。这从通道的写队列获取数据随后执行必要的写I/O操作。试图直接写数据,通过一点法律依据,随后原应死锁和竞争。

通过关闭连接,底层实现初始化一另一个 可写事件往返的刷新写队列。连接会在遗留的数据被写完随后终止。除了曾经一另一个 控制终端,连接还能随后其它的原应关闭。之类,硬件故障随后原应基于TCP的连接中断。曾经的情况要能在socket上执行读写操作或空闲超时的随后检测到。大多数的NIO框架提供一另一个 内置的多多守护进程 来外理那此不受控制的中断。

一另一个 事件驱动的非阻塞架构是实现高效,高扩展性和高稳定性服务器的一另一个 基本的层。其中的挑战我希望最小化多守护进程 同步开销和优化连接和缓冲区的管理。这会是编程中最困难的偏离 。

一另一个 服务器每个新的客户端连接随后被单个Acceptor所接收,Acceptor与服务器的端口绑定。接收器是一另一个 单多守护进程 的活动类。随后Acceptor仅负责外理历时非常短的客户端连接请求,一直 我希望用阻塞I/0模式实现Acceptor就足够了。Acceptor通过调用Serversocketchannel的阻塞accept法律依据来外理新请求。新请求随后注册到Dispatcher,这随后,请求就还要能参与到事件外理中了。

在示例代码中,一另一个 连接对象持有SocketChannel和应用级别的事件外理器。大伙随后在下面描述那此类。

连接通道须要先在Selector类中注册要能参与事件的架构。这还要能通过调用regisster()法律依据来实现。我确实一点法律依据是SocketChannel的一偏离 ,一点通道随后在Selector中注册,要能其它的法律依据。

基于一另一个 事件,之类于就绪读或就绪写,EventHandler会被Dispatcher调用来外理一点事件。EventHandler解码请求数据,外理须要的服务活动,编码响应数据。随后工作多守护进程 要能被强制去浪费时间守候新的请求随后建立一另一个 连接,一点法律依据的可扩展性和吞吐量理论上只限制于系统资源像CPU和内存。这既便是说,响应时间将要能每个连接一另一个 多守护进程 的法律依据快,随后参与多守护进程 间的切换和同步。事件驱动法律依据的挑战随后是大慨化同步和优化多守护进程 管理,以致于那此影响还要能被忽略。

在一点连接注册随后,Selector监听一点连接的就绪事件。随后一另一个 事件地处了,通过传递相关的连接,一点Dispatcher的事件外理类的大慨的回调法律依据随后被调用。

随后server不得不外理小量同时地处的客户端,随还可以容忍慢,无反应的客户端,就须要一种供替代的多守护进程 架构。每个事件一另一个 多守护进程 的法律依据通过一种非常高效地法律依据实现了曾经的需求。工作多守护进程 和连接独立,仅被用来外理特定的事件。举例来说,随后一另一个 数据接收事件地处了,一另一个 工作多守护进程 随后用来外理特定于应用多多守护进程 的编码和服务任务(或大慨启动那此任务)。任务一现在开始英文英文,工作多守护进程 就会回到多守护进程 池中。一点法律依据须要无阻塞的外理socket的I/O。调用socket的read或write法律依据须要时无阻塞的。此外,一另一个 事件系统是须要的;它会发信号表明是不是有新数据,轮流发起socket的read法律依据。一点法律依据移除了守候多守护进程 和工作多守护进程 之间的一对一关系。曾经一另一个 事件驱动的I/0系统的设计随后在反应堆模式中描述。

与分配器事件外理器相比,特定于应用的事件外理器监听高级别的面向连接的事件,之类建立连接,数据接收随后是关闭连接。具体的事件外理设计是NIO服务器框架像SEDA,MINA还有emberIO之间最大的不同。那此框架通常实现了多级的架构,曾经事件外理链就还要能使用。它允许增加像SSLHandler或DelayerWriteHandler之类还要能拦截请求/响应外理的外理器。下面的例子展示了一另一个 基于xSocket框架的应用级别的外理器。xScoket框架支持不同的外理器接口,那此接口底下定义了须要被实现的特定于应用的回调法律依据代码。

在同时地处的客户端连接和多个同步工作多守护进程 之间通常有一另一个 单对单的关系。随后每个连接是不是一另一个 相关联的服务端守候多守护进程 ,随后还要能有很好的响应时间。然而,高负载须要更多的同步运行的多守护进程 ,那此限制了可扩展性。尤其是,长时间存活的连接像持久化的HTTP连接原应小量的同步工作多守护进程 地处,有浪费时间守候新的客户端请求的趋势。此外,成百上千的同步多守护进程 会浪费小量的栈空间。注意,举例来说,Solaris/Sparc默认的JAVA栈空间是512KB.

Figure 1. A NIO-based Reactor pattern implementation

为了检测新的事件,Selector类提供了请求已注册的通道就绪事件的能力。通过调用select法律依据 ,Selector分发已注册通道的就绪事件。一点法律依据的调用会阻塞,直到大慨一另一个 事件随后地处。在一点情况下,法律依据返回了自上次调用随后就绪的I/O操作的连接数。所选的连接还要能通过调用Selector的selectedkey法律依据来检测。一点法律依据返回一另一个 Selectionkey对象集合,底下存放了IO事件的情况和连接通道的引用。

Figure 2. Major components of a connection-oriented server

Gregor Roth works as a software architect at United Internet group, a leading European Internet Service Provider to which GMX, 1&1, and Web.de belong. His areas of interest include software and system architecture, enterprise architecture management, object-oriented design, distributed computing, and development methodologies.

反应堆模式,如图1所示,把事件的检测之类准备就绪读随后准备就绪接受数据和事件的外理分离。随后一另一个 准备就绪的事件地处了,专用工作多守护进程 内的一另一个 事件外理器就会被通知去执行适当的外理。

随后你被要求去写一另一个 高可扩展性的基于JAVA的服务器,你减慢就会决定使用JAVA NIO包。为了让服务器跑起来,你随后会花所以时间阅读博客和教程来了解多守护进程 同步须要NIO SELECTOR类以及外理一点常见的陷阱。本文描述了一另一个 面向连接基于NIO的服务器的基本架构。本文会先看一下一另一个 首选的多守护进程 模型随后讨论服务器的一点基本组件。

 

通常情况下,读请求会被非常快的执行。Socket的读操作通常我希望把一份接收到的数据从内核内存空间拷贝到读缓冲区,一点数据会地处于用户控制的内存空间。那此接收的数据随后被添加到连接的多守护进程 安全的读队列作进一步的外理。基于I/O操作的结果,特定于应用多多守护进程 的任务会被执行。那此任务会被分配的应用级别的事件外理器外理。之类外理器通常被称为工作多守护进程 。

大多数具有高可扩展性的JAVA服务器是不是建立在反应堆模式上的。曾经做,反应堆模式中的类随后被增强,随后须要额外的类来连接管理,缓冲区管理,以及负载均衡。一点服用器的入口类是一另一个 Acceptor。一点安排如图2所示。

一另一个 Selector地处于Dispatcher中。这是一另一个 单多守护进程 的活动类围饶着Selector类。Dispatcher类的职责是检测事件随后分发消费事件的外理给EventHandler类。在一点分发循环中,Dispatcher类调用Selector类的select法律依据守候新的事件。随后大慨一另一个 事件地处了,一点法律依据就返回,每个事件相关的通道还要能通过调用selectedkeys法律依据获得。

随后要能必要重复创造创造发明 轮子。一点框架像xSocket,emberIO,SEDA或MINA都抽象了低层次的事件外理和多守护进程 管理来错综复杂创建高可扩展性的服务器。以上大偏离 的框架都支持SSL和UDP,本文中未提及这两点。

第一种也是最直观的法律依据去实现一另一个 多多守护进程 的服务器是每个连接一另一个 多守护进程 的法律依据。这是JAVA1.4随后的外理方案,随后老版本的JAVA缺少非阻塞的I/O支持。每个连接一另一个 多守护进程 的法律依据分配一另一个 独家的工作多守护进程 给每个连接。在外理循环中,工作多守护进程 守候新进入的数据,外理一点请求,返回响应数据,随后再调用阻塞socket的read法律依据。

通过调用Dispatcher的register法律依据,SocketChannel随后注册到相关的Selector上。这里我希望问题图片的来源。Selector在内部人员使用key集合来管理注册的通道。这原应每次注册一另一个 通道,一另一个 相关连的SelectionKey会被创建并被加入到Selector的注册key集合。同时,并发的分发多守护进程 还要能调用Selector的select法律依据,也会访问一点key集合。随后key集合是非多守护进程 安全的,一另一个 非同步的Acceptor上下文注册会原应死锁和竞争。一点还要能通过实现selector guard object idiom来外理,它允许暂时的挂起分配多守护进程 。参考”“http://developers.sun.com/learning/javaoneonline/5006/coreplatform/TS-1315.pdf”> How to Build a Scalable Multiplexed Server with NIO” (PDF)来查看一点法律依据的解释。

外理一另一个 就绪读事件的第一另一个 行为是调用通道的读法律依据。与流接口相反,通道接口须要忽略读缓冲接口。通常会使用直接分配的ByteBuffer。直接缓冲区地处于本地内存,绕过JAVA堆内存。通过使用直接缓冲,socket的IO操作不再须要创建内部人员底下缓冲器。