踏莎行·术 - NIO系列2：TCP监听绑定

注：本文适合对象需对java NIO API的使用及异步事件模型（Reactor模式）有一定程度的了解，主要讲述使用java原生NIO实现一个TCP监听绑定的过程及细节设计。

我们一开始设计了一个TCP接入服务类，这个类提供了一个API方法提供对本地一系列地址（端口）的监听绑定，类初始化后完成Selector的open操作如下：

selector = Selector.open();

提供的绑定API，其方法签名如下：

 /**
	 * Binds to the specified local addresses and start to accept incoming connections. If any address binding failed then
	 * rollback the already binding addresses. Bind is fail fast, if encounter the first bind exception then throw it immediately.
	 * 
	 * @param firstLocalAddress
	 * @param otherLocalAddresses
	 * @throws throw if bind failed.
	 */
	synchronized public void bind(SocketAddress firstLocalAddress, SocketAddress... otherLocalAddresses) throws IOException；

为何需要同步？因为我们不希望多个线程同时调用该方法，导致地址绑定异常。

参数中可以传递多个本地地址（端口）同时进行监听绑定。

在NIO的绑定过程中需进行事件注册（对OP_ACCEPT感兴趣），如下：

  ServerSocketChannel ssc = ServerSocketChannel.open();
		ssc.configureBlocking(false);
		ServerSocket ss = ssc.socket();
		ss.setReuseAddress(config.isReuseAddress());
		ss.bind(address, config.getBacklog());
		ssc.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT);

由于注册过程中除了涉及锁竞争还可能产生死锁，所以一般的做法都是将绑定地址放在队列中进行异步注册由reactor线程进行处理，例如：

  bindAddresses.addAll(localAddresses);
		if (!bindAddresses.isEmpty()) {
			synchronized (lock) {
				// wake up for unblocking the select() to process binding addresses
				selector.wakeup();

				// wait for bind result
				wait0();
			}
		}

从同步注册变为异步注册后就存在一个问题，实际注册绑定时可能存在端口已绑定的异常，在异步情况下就需要线程间通信来通知异常消息，并向调用方反馈。

如上面代码片段中的wait0()方法就是等待绑定结果，若出现绑定异常则抛出

  private void wait0() throws IOException {
		while (!this.endFlag) {
			try {
				lock.wait();
			} catch (InterruptedException e) {
				throw new IOException(e);
			}
		}

		// reset end flag
		this.endFlag = false;

		if (this.exception != null) {
			IOException e = exception;
			this.exception = null;
			throw e;
		}
	}

以上代码也说明了，NIO异步模型转化为同步API导致的模型阻抗付出了额外的代价和开销 --- 线程间通信。

至此，完成了TCP服务监听过程，下文将进一步讲述服务接入和数据传输相关设计细节。