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java i/o api之性能分析 (上)
摘要：
io api的可伸缩性对web应用有着极其重要的意义。java 1.4版以前的api中，阻塞i/o令许多人失望。从j2se 1.4版本开始，java终于有了可伸缩的i/o api。本文分析并计算了新旧i/o api在可伸缩性方面的差异。
一、概述
io api的可伸缩性对web应用有着极其重要的意义。java 1.4版以前的api中，阻塞i/o令许多人失望。从j2se 1.4版本开始，java终于有了可伸缩的i/o api。本文分析并计算了新旧io api在可伸缩性方面的差异。java向socket写入数据时必须调用关联的outputstream的write()方法。只有当所有的数据全部写入时，write()方法调用才会返回。倘若发送缓冲区已满且连接速度很低，这个调用可能需要一段时间才能完成。如果程序只使用单一的线程，其他连接就必须等待，即使那些连接已经做好了调用write()的准备也一样。为了解决这个问题，你必须把每一个socket和一个线程关联起来；采用这种方法之后，当一个线程由于i/o相关的任务被阻塞时，另一个线程仍旧能够运行。
尽管线程的开销不如进程那么大，但是，考虑到底层的操作平台，线程和进程都属于消耗大量资源的程序结构。每一个线程都要占用一定数量的内存，而且除此之外，多个线程还意味着线程上下文的切换，而这种切换也需要昂贵的资源开销。因此，java需要一个新的api来分离socket与线程之间过于紧密的联系。在新的java i/o api（java.nio.*）中，这个目标终于实现了。
本文分析和比较了用新、旧两种i/o api编写的简单web服务器。由于作为web协议的http不再象原来那样只用于一些简单的目的，因此这里介绍的例子只包含关键的功能，或者说，它们既不考虑安全因素，也不严格遵从协议规范。
二、用旧api编写的http服务器
首先我们来看看用旧式api编写的http服务器。这个实现只使用了一个类。main()方法首先创建了一个绑定到8080端口的serversocket：
| public static void main() throws ioexception {
serversocket serversocket = new serversocket(8080);
for (int i=0; i < integer.parseint(args[0]); i++) {
new httpd(serversocket);
}
} |
接下来，main()方法创建了一系列的httpd对象，并用共享的serversocket初始化它们。在httpd的构造函数中，我们保证每一个实例都有一个有意义的名字，设置默认协议，然后通过调用其超类thread的start()方法启动服务器。此举导致对run()方法的一次异步调用，而run()方法包含一个无限循环。
在run()方法的无限循环中，serversocket的阻塞性accpet()方法被调用。当客户程序连接服务器的8080端口，accept()方法将返回一个socket对象。每一个socket关联着一个inputstream和一个outputstream，两者都要在后继的handlerequest()方法调用中用到。这个方法将读取客户程序的请求，经过检查和处理，然后把合适的应答发送给客户程序。如果客户程序的请求合法，通过sendfile()方法返回客户程序请求的文件；否则，客户程序将收到相应的错误信息（调用senderror()）方法。
| while (true) {
...
socket = serversocket.accept();
...
handlerequest();
...
socket.close();
} |
现在我们来分析一下这个实现。它能够出色地完成任务吗？答案基本上是肯定的。当然，请求分析过程还可以进一步优化，因为在性能方面stringtokenizer的声誉一直不佳。但这个程序至少已经关闭了tcp延迟（对于短暂的连接来说它很不合适），同时为外发的文件设置了缓冲。而且更重要的是，所有的线程操作都相互独立。新的连接请求由哪一个线程处理由本机的（因而也是速度较快的）accept()方法决定。除了serversocket对象之外，各个线程之间不共享可能需要同步的任何其他资源。这个方案速度较快，但令人遗憾的是，它不具有很好的可伸缩性，其原因就在于，很显然地，线程是一种有限的资源。
三、非阻塞的http服务器
下面我们来看看另一个使用非阻塞的新i/o api的方案。新的方案要比原来的方案稍微复杂一点，而且它需要各个线程的协作。它包含下面四个类：
·niohttpd
·acceptor
·connection
·connectionselector
