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Java NIO的Selector

Java NIO的Selector

作者: 大风过岗 | 来源:发表于2018-08-31 17:27 被阅读109次

    .为什么使用Selector ???

      .创建一个Selector

      .把Channel注册到Selector中

      .SelectionKey's

        .Interest Set

        .Ready  Set

        .Channel + Selector

        .Attaching Objects

      .通过Selector选择Channel

        .selectedKeys()

      .wakeUp()

      .close()

      .Full Selector Example

    Selector是一个java NIO组件,它可以检测一个或多个NIO Channel,并且决定哪一个channel准备好读或写。这样的话,一个单线程就可以管理多个channel以及多个网络连接。

    1.为什么使用Selector ???

    使用单个线程处理多个channel的好处是:你不需要有更多的线程去处理channel。事实上,你仅仅需要一个线程去处理你所有的channel。对于操作系统来说,线程的上下文切换是很昂贵的,并且每一个线程都占用了操作系统的一些资源。因此,你使用的线程越少越好。

        现代操作系统和CPU在多任务处理时变得越来越出色,因此,多线程的花销也在变得越来越小。事实上,对于一个CPU有多核的CPU来说,你如果不进行多任务的话,你就是在浪费它的能力。不管怎样,设计的讨论都不是本章的内容。简单点来说,就是使用一个selector你就可以用一个线程来处理多个channel。

    下面是一个:单线程使用selector来处理3个channel的图例:

    Java NIO: A Thread uses a Selector to handle 3 Channel's

    2.创建一个Selector

    调用Selector.open()方法,你可以创建一个Selector,就像:

    Selector selector = Selector.open();

    3.把Channel注册到Selector上

    要想用selector来操作channel的话,你必须先把channel注册到selector上。可以使用SelectableChannel.register()方法把一个channel注册到一个Selector上。

    就像这样:

        channel.configureBlocking(false);

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

    Channel必须处于非阻塞模式下,才能和Selector一起使用。这也就意味着:FileChannel和Selector不能一起使用,因为 FileChannel不能切换到非阻塞模式。但Socket channel可以很好地工作。

    注意:register()方法的第二个参数是一个"interest set", 它表明了你需要通过selector监听channel上的哪些事件。你可以监听四种不同的事件:

    1.Connect

      2.Accept

      3.Read

      4.Write

    一个channel引发了一个事件,也就是意味着它:它已经为那个事件做好了准备。因此,我们说,已经成功连接到另一个服务器上的channel是“connect ready”。一个接受连接请求的服务器socket channel是“connect ready”。 有数据准备好被读取的channel是"read  ready"。准备好让你写入数据的channel是:"write ready"。

    这四个事件都是用四个SelectionKey 常量来表示:

      1.SelectionKey.OP_CONNECT

      2.SelectionKey.OP_ACCEPT

      3.SelectionKey.OP_READ

      4.SelectionKey.OP_WRITE

    如果你希望监听多个事件,可以多个常量一起使用,就像这样:

    int interestSet = SelectionKey.OP_READ | SelectionKey.OP_WRITE;

    过会儿,我会在本篇的后面进一步的讲一下这个interestSet.

    4.SelectionKey's

    正如你在上一章节中看到的那样,当你用register()方法注册一个Channel时,会返回一个SelectionKey 对象。这个对象有几个很有趣的属性:

       .The interest set

      .The ready set

      .The Channel

      .The Selector

      .An attached object(optional)

    我将在后面讲述这些属性。

    4.1 Interest Set

    interest set是一系列你感兴趣的事件的的集合。通过SelectionKey,你可以读写该interest set。就像这样:

    int interestSet = selectionKey.interestOps();

    boolean isInterestedInAccept  = interestSet & SelectionKey.OP_ACCEPT;

    boolean isInterestedInConnect = interestSet & SelectionKey.OP_CONNECT;

    boolean isInterestedInRead    = interestSet & SelectionKey.OP_READ;

    boolean isInterestedInWrite  = interestSet & SelectionKey.OP_WRITE;

    正如你所看到的,你可以让SelectionKey常量和interest Set做与运算,从而判断某一个确定事件是否在interest set里面。

    4.2 Ready Set

    ready set是一系列操作的集合,这些操作都是该channel当前已做好准备的操作。今后,你主要是在selection之后,访问ready set。Selection我们将在后续的章节中讲述,你可以像如下方式这样来访问ready set:

    int readySet = selectionKey.readyOps();

    你可以像测试interest set那样来测试ready set 。该channel准备好了那些事件或操作。但是,你也可以使用下面的四个方法,这四个方法的返回值都是布尔类型的:

    selectionKey.isAcceptable();

    selectionKey.isConnectable();

    selectionKey.isReadable();

    selectionKey.isWritable();

    4.3 Channel + Selector

    从SelectionKey中来访问 channel和selector非常方便,下面就是一个例子:

    Channel channel = selectionKey.channel();

    Selector  selector=selectionKey.selector();

    4.4 Attaching Objects

    你可以为SelectionKey缚上一个对象,这是辨别给定channel的方便的方法,又或者 你可以为该channel缚上额外的信息。例如:你可以把一个Buffer或者一个包含更多聚合信息的对象绑定到该channel上。下面有个绑定对象的例子:

    selectionKey.attach(theObject);

    Object attachedObj = selectionKey.attachment();

    你也可以在注册Channel的时候来绑定一个对象,这里有一个示例:

    SelectionKey key = channel.register(selector, SelectionKey.OP_READ, theObject);

    5. 通过Selector选择Channel

    一旦你向Selector中注册了一个或多个channel,你就可以调用其中一个select()方法。这些方法会返回一个为你所感兴趣的事件(connect,accept,read,write)做好准备的channel。换句话说,如果你感兴趣的是一个准备好读的channel,那么你将从select()方法中得到一些做好读准备的channel。

    这里是一些select()方法:

       .int select()

      .int select(long timeout)

      .int selectNow()

    select()方法会一直阻塞,直到有至少一个为你注册的事件做好准备的channel。

    select(long timeout) 和select()方法差不多,只不过它会阻塞timeout毫秒。

    selectNow()  一点也不会阻塞。无论什么channel准备好了,它都会立即返回。

    select()方法返回的int值,告诉我们到底有多少准备好的channel。即:自从你上次调用select()以来,有多少channel已经ready啦。如果你调用select()方法,返回1。那是因为有一个channel准备好了。如果你再次调用select()方法,并且又有一个channel已经ready了,那么,它将再次返回1。如果你没有对第一个ready的channel做任何操作的话,那么现在你就有俩个ready的channel。但是在俩个select()调用之间,只有一个channel准备好了。

    5.1 selectedKeys()

    一旦你调用了select()方法,并且它的返回值表明 有至少一个channel做好ready了,那么你就可以通过“selected key set”来访问这个  ready的channel。这里有一个例子:

    Set selectedKeys = selector.selectedKeys();

    当你用Channel.register()方法注册了一个Selector时,它会返回一个SelectionKey对象。这个key代表了所有注册到该selector中的channel。你可以通过selectedKeySet()方法来访问。

    你可以通过迭代这个selected key set来访问一个ready的channel。示例如下:

    Set selectedKeys = selector.selectedKeys();

    Iterator keyIterator = selectedKeys.iterator();

    while(keyIterator.hasNext()) {

        SelectionKey key = keyIterator.next();

        if(key.isAcceptable()) {

            // a connection was accepted by a ServerSocketChannel.

        } else if (key.isConnectable()) {

            // a connection was established with a remote server.

        } else if (key.isReadable()) {

            // a channel is ready for reading

        } else if (key.isWritable()) {

            // a channel is ready for writing

        }

        keyIterator.remove();

    }

    这个循环会迭代selected key set 中的所有key。对于每一个key,它都会测试该channel准备的事件是什么。

    注意: 在每个迭代末尾处的keyIterator.remove()方法调用。Selector自身不会从selected key set中移除SelectionKey实例。必须你手动做。当你处理完该channel,那么等到下一次该channel做好准备的时候,selector会再次把它加入到selected  key set中。SelectionKey.channel()方法返回的channel需要进行类型转换。比如  ServerSocketChannel或 SocketChannel 等等。

    5.2 wakeUp()

    即使没有做好准备的channel,调用select()方法被阻塞的线程仍然可以离开select()方法。在该Selector上的另一个线程调用Selector.wakeup()方法可以做到这一点。等待select()的线程之后也会立即返回。如果有另一个线程调用wakeup()并且当前没有线程阻塞在select()内的话,那么下一个调用select()方法的线程将立即醒来。

    5.3 close()

    当你使用完Selector之后,你可以调用close()方法。该方法会关闭Selector并且让注册到Selector中的所有SelectionKey都失效。  channel它们自己是不会关闭的。

    6. Full Selector Example

    下面是一个完整的使用Selector的例子,向其中注册一个channel并且保持监控Selector:

    Selector selector = Selector.open();

    channel.configureBlocking(false);

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

    while(true) {

      int readyChannels = selector.select();

      if(readyChannels == 0) continue;

      Set selectedKeys = selector.selectedKeys();

      Iterator keyIterator = selectedKeys.iterator();

      while(keyIterator.hasNext()) {

        SelectionKey key = keyIterator.next();

        if(key.isAcceptable()) {

            // a connection was accepted by a ServerSocketChannel.

        } else if (key.isConnectable()) {

            // a connection was established with a remote server.

        } else if (key.isReadable()) {

            // a channel is ready for reading

        } else if (key.isWritable()) {

            // a channel is ready for writing

        }

        keyIterator.remove();

      }

    }

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      网友评论

      • 良辰夜:一直很好奇,增加线程数量会让线程切换更频繁吗?
        良辰夜:@Tesfaye 其实我想问的是,线程的数量会影响到时间片的大小么?
        大风过岗:@良辰夜 线程数量过多的话,每一个线程的执行时间都只是一个时间片,那么当一个线程的时间片用完后,CPU就不得不进行切换以便于执行下一个等待执行的线程,不然的话,就造成了线程迟迟得不到运行,产生饥饿现象。如果等待执行的线程过多,那么CPU就不得不遍历所有的线程,然后逐个执行,这样的话,在频繁的线程上下文切换的情况下,耗费了CPU的性能

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