陈子兴 ·如何封装一个非阻塞式 Java 网络库
1. 前言
到目前为止，我们已经学完了 Java 网络编程的所有关键知识点，如果能将这些知识点灵活应用到项目中，那再好不过了。本小节将从实战的角度出发，展示如何基于 Java NIO 封装一个非阻塞式网络库。核心是采用事件反应器模型，将复杂的 SocketChannel、ServerSocketChannel、ByteBuffer、Selector 进行抽象，将繁琐的数据读写操作加以封装，以便应用程序调用。
本项目提供的完整代码路径：
2. 系统类图
在 OOD 的思想体系下，现实世界中无论是具体的、还是抽象的事物，都是对象，现实世界就是由对象组成的。对象有自己的属性和行为，对象之间可以产生联系。把具有相同属性和行为的对象叫做同一类对象，抽象出类。OOD 的思想非常符合人的思维方式，更容易建模和抽象。如果你对 OOD 不是很熟悉的话，可以查阅相关资料学习。
我们现在的工作是要把 Java NIO 中的各个组件加以抽象，抽象出一个或若干个类，通过 UML 展现出来，类图如下：
下来我们就解释一下以上几个接口和实现类的功能：
| 类名 | 功能 |
|---|---|
| Poller | Java NIO Selector 事件多路复用机制的封装，实现事件循环机制，是一个事件反应器，是一个功能实现类 |
| IOHandler | 是 Poller 的配套类，响应accept、connect、read、write事件，是一个 Java 接口 |
| SocketHandler | 是一个功能类，实现了 IOHandler 接口，将一些通用的逻辑加以封装 |
| Acceptor | 实现 TCP 服务器监听功能，继承自 SocketHandler |
| TcpHandler | TCP 客户端、服务器逻辑的封装，继承自 SocketHandler。主要完成客户端连接，服务器接收新连接，数据收发，关闭连接的功能 |
| IOAdapter | 事件循环机制向应用层提供的一个回调接口，一般由 IOHandler 调用 |
| AbstractAdapter | 是一个 Java 接口，主要完成通用逻辑，实现了 IOAdapter 接口 |
| Listener | 事件监听接口，主要实现线程切换的功能 |
| CustomEventObject | 代表一个具体事件，是 Listener 的配套类 |
| IOThread | 对 Java 线程的封装，聚合了 Poller 功能。我们说过 Java 的 Selector 其实是同步的，需要一个线程调用 select 监听事件 |
| ThreadPool | 对 IOThread 的封装，提供线程池功能 |
3. 接口设计
软件的接口是指软件模块对外提供的一组函数或者方法，目的是让别的模块访问本模块的功能，以达到组件复用的目的。根据模块逻辑复杂度的不同，接口由分为：系统接口、子系统接口、模块接口、子模块接口、类接口。关于模块、子模块、类的应用都非常灵活，我们这里认为类就是最小的模块。
本小节所说的接口是指 Java 接口。我们抽象了三个 Java 接口：Listener、IOHandler、IOAdapter，还有一个功能类 Poller。现在对每个接口中的方法加以说明：
- Poller
| 类名 | 接口名 | 描述 |
|---|---|---|
| Poller | register | 将 IOHandler 实例添加到 Poller |
| start | 启动一个 Poller 实例 | |
| close | 停止一个 Poller 实例 | |
| poll | Poller 进入事件循环 |
- IOHandler
| 类名 | 接口名 | 描述 |
|---|---|---|
| IOHandler | handle_read | 是一个回调方法，当 Poller 监听到某个 IOHandler 注册的读事件触发时，调用 handle_read |
| handle_write | 是一个回调方法，当 Poller 监听到某个 IOHandler 注册的写事件触发时，调用 handle_write | |
| handle_accept | 是一个回调方法，当 Poller 监听到某个 IOHandler 注册的accept事件触发时，调用 handle_accept | |
| handle_connected | 是一个回调方法，当 Poller 监听到某个 IOHandler 注册的connected事件触发时，调用 handle_connected | |
| getSocketChannel | 用于获取 IOHandler 对应的 SocketChannel 对象 |
IOHandler 是一个抽象接口，TcpHandler 需要实现此接口，当然你也可以实现其他协议，只需要扩展 IOHandler 的接口即可。
- IOAdapter
| 类名 | 接口名 | 描述 |
|---|---|---|
| IOAdapter | onAccept | 当 IOHandler 收到一个新的 TCP 连接时，在 handle_read 中回调此方法 |
| onConnected | 当 io_hanIOHandlerdler 完成异步连接时，在 handle_connected 中回调此方法 | |
| onRead | IOHandler 会在 handle_read 中回调此方法 | |
| onWrite | IOHandler 会在 handle_write 中回调此方法 | |
| onClose | IOHandler 收到连接被关闭时，回调此方法 | |
| setSocketHandler | 向 IOAdapter 设置一个 IOHandler 对象 |
应用层需要实现 IOAdapter 的接口，并且要覆盖接口中的方法，完成数据收发。
- Listener
| 类名 | 接口名 | 描述 |
|---|---|---|
| Listener | process | 处理异步事件 |
4. 总结
本小节主要是将前面小节介绍的 Java NIO 相关模块进行一个抽象，形成一个非阻塞的 Java 网络库。采用的设计思想就是依赖倒转，将复杂的网络编程细节进行封装，让应用程序员不需要关注这些复杂的机制。
我们抽象出了一组接口和一组功能类，并对类的功能和接口中的方法进行了一一说明。本小节可以说是对整个系列内容的总结和实践。
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