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2019-05-08——Java NIO Selector

2019-05-08——Java NIO Selector

作者: 烟雨乱平生 | 来源:发表于2019-05-11 19:35 被阅读0次

    Selector(选择器)是Java NIO中能够检测一到多个NIO通道,并能够知晓通道是否为诸如读写事件做好准备的组件。这样,一个单独的线程可以管理多个channel,从而管理多个网络连接。

    Selector允许单线程处理多个 Channel。如果你的应用打开了多个连接(通道),但每个连接的流量都很低,使用Selector就会很方便。

    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,事件的例子有如新连接进来,数据接收等。

    为什么使用Selector?

    仅用单个线程来处理多个Channels的好处是,只需要更少的线程来处理通道。事实上,可以只用一个线程处理所有的通道。对于操作系统来说,线程之间上下文切换的开销很大,而且每个线程都要占用系统的一些资源(如内存)。因此,使用的线程越少越好。

    但是,需要记住,现代的操作系统和CPU在多任务方面表现的越来越好,所以多线程的开销随着时间的推移,变得越来越小了。实际上,如果一个CPU有多个内核,不使用多任务可能是在浪费CPU能力

    Selector的创建

    通过调用Selector.open()方法创建一个Selector:

    Selector selector = Selector.open();
    

    向Selector注册通道

    为了将Channel和Selector配合使用,必须将channel注册到selector上。通过SelectableChannel.register()方法来实现:

    channel.configureBlocking(false);
    SelectionKey key = channel.register(selector,Selectionkey.OP_READ);
    

    与Selector一起使用时,Channel必须处于非阻塞模式下。这意味着不能将FileChannel与Selector一起使用,因为FileChannel不能切换到非阻塞模式。而套接字通道都可以

    register()方法的第二个参数是一个“interest集合”。意思是在通过Selector监听Channel时对什么事件感兴趣。可以监听四种不同类型的事件:

    • Connect
    • Accept
    • Read
    • Write

    通道触发了一个事件意思是该事件已经就绪。所以,某个channel成功连接到另一个服务器称为“连接就绪”。一个server socket channel准备好接收新进入的连接称为“接收就绪”。一个有数据可读的通道可以说是“读就绪”。等待写数据的通道可以说是“写就绪”。

    这四种事件用SelectionKey的四个常量来表示:

    • SelectionKey.OP_CONNECT
    • SelectionKey.OP_ACCEPT
    • SelectionKey.OP_READ
    • SelectionKey.OP_WRITE

    如果你对不止一种事件感兴趣,那么可以用“位或”操作符将常量连接起来:int interestSet = SelectionKey.OP_READ |SelectionKey.OP_WRITE;

    SelectionKey

    当向Selector注册Channel时,register()方法会返回一个SelectionKey对象。这个对象包含了一些你感兴趣的属性:

    • interest集合
    • ready集合
    • Channel
    • Selector
    • 附加的对象(可选)

    interest集合

    interest集合是你所选择的感兴趣的事件集合。可以通过SelectionKey读写interest集合

    int interestSet = selectionKey.interestOps();
    boolean isInterestedInAccept  = (interestSet & SelectionKey.OP_ACCEPT) == SelectionKey.OP_ACCEPT;
    boolean isInterestedInConnect = (interestSet & SelectionKey.OP_CONNECT) == SelectionKey.OP_CONNECT;
    boolean isInterestedInRead = (interestSet & SelectionKey.OP_READ) == SelectionKey.OP_READ;
    boolean isInterestedInWrite = (interestSet & SelectionKey.OP_WRITE) == SelectionKey.OP_WRITE;
    

    可以看到,用“位与”操作interest 集合和给定的SelectionKey常量,可以确定某个确定的事件是否在interest 集合中。

    ready集合

    ready 集合是通道已经准备就绪的操作的集合。可以这样访问ready集合

    int readySet = selectionKey.readyOps();
    

    可以用像检测interest集合那样的方法,来检测channel中什么事件或操作已经就绪。但是,也可以使用以下四个方法,它们都会返回一个布尔类型:

    selectionKey.isAcceptable();
    selectionKey.isConnectable();
    selectionKey.isReadable();
    selectionKey.isWritable();
    

    Channel、Selector

    从SelectionKey访问Channel和Selector很简单。

    Channel channel = selectionKey.channel();
    Selector selector = selectionKey.selector();
    

    附加的对象

    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某个给定的通道。例如,可以附加 与通道一起使用的Buffer,或是包含聚集数据的某个对象。使用方法如下:

    selectionKey.attach(object);
    Object object = selectionKey.attachment();
    

    还可以在用register()方法向Selector注册Channel的时候附加对象。
    SelectionKey key = channel.register(selector,SelectionKey.OP_READ, object);

    通过Selector选择通道

    一旦向Selector注册了一或多个通道,就可以调用几个重载的select()方法。这些方法返回你所感兴趣的事件(如连接、接受、读或写)已经准备就绪的那些通道。换句话说,如果你对“读就绪”的通道感兴趣,select()方法会返回读事件已经就绪的那些通道。

    • int select():阻塞到至少有一个通道在你注册的事件上就绪了。
    • int select(long timeout):和select()一样,除了最长会阻塞timeout毫秒(参数)。
    • int selectNow():不会阻塞,不管什么通道就绪都立刻返回,如果自从前一次选择操作后,没有通道变成可选择的,则此方法直接返回零。

    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。

    Set<SelectionKey> selectionKeys = selector.selectedKeys();
    

    当像Selector注册Channel时,Channel.register()方法会返回一个SelectionKey 对象。这个对象代表了注册到该Selector的通道。可以通过SelectionKey的selectedKeySet()方法访问这些对象。

    Set selectedKeys = selector.selectedKeys();
    Iterator keyIterator = selectedKeys.iterator();
    while(keyIterator.hasNext()) {
        SelectionKey key = keyIterator.next();
        if(key.isAcceptable()) {
            //TODO
        } else if (key.isConnectable()) {
            //TODO
        } else if (key.isReadable()) {
            //TODO
        } else if (key.isWritable()) {
            //TODO
        }
        keyIterator.remove();
    }
    

    这个循环遍历已选择键集中的每个键,并检测各个键所对应的通道的就绪事件。

    注意每次迭代末尾的keyIterator.remove()调用。Selector不会自己从已选择键集中移除SelectionKey实例。必须在处理完通道时自己移除。下次该通道变成就绪时,Selector会再次将其放入已选择键集中。

    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。只要让其它线程在第一个线程调用select()方法的那个对象上调用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“醒来(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。

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