java NIO selector全面深入理解

来源：互联网发布：表白的html源码编辑：程序博客网时间：2024/05/17 18:18

最近在学习java NIO，发现java nio selector 相对 channel ,buffer 这两个概念是比较难理解的 ,把学习理解的东西以文字的东西记录下来，就像从内存落地到硬盘，把内存中内容换成该知识点的索引。
在介绍Selector之前先明确以下3个问题：
1、selector的作用是什么？
2、selector如何做到网络通信的？
下面就针对上面的2个问题来展开介绍：
1、Selector（选择器）是Java NIO中能够检测一到多个NIO渠道，并能够知晓渠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。
2、selector 操作的过程
2.1 首先创建Selector
Selector selector = Selector.open();
2.2 向selector注册channel,和感兴趣的事件，
channel.configureBlocking(false);
SelectionKey key = channel.register(selector,Selectionkey.OP_READ);
注意register()方法的第二个参数，这是一个interest集合，意思是在通过Selector监听Channel时对什么事件感兴趣。可以监听以下4中不同类型的事件：
　　服务端接收客户端连接事件 SelectionKey.OP_ACCEPT
　　客户端连接服务端事件 SelectionKey.OP_CONNECT
　　读事件 SelectionKey.OP_READ
　　写事件 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如下：
SelectionKey key = channel.register(selector,Selectionkey.OP_READ|SelectionKey.OP_WRITE);
当向Selector注册Channel时，registor()方法会返回一个SelectorKey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)
2.2.1 interest集合
就像向Selector注册通道一节中所描述的，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，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;
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。
  2.2.2 ready集合
ready 集合是通道已经准备就绪的操作的集合。在一次选择(Selection)之后，你会首先访问这个ready set。Selection将在下一小节进行解释。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();
2.2.3 Channel + Selector
从SelectionKey访问Channel和Selector很简单。如下：
Channel channel = selectionKey.channel();
Selector selector = selectionKey.selector();
  2.2.4 附加对象
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(theObject);
Object attachedObj = selectionKey.attachment();
还可以在用register()方法向Selector注册Channel的时候附加对象。如：
SelectionKey key = channel.register(selector, SelectionKey.OP_READ, theObject);
2.3 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。

下面是select()方法：（该方法是阻塞方法）

int select()
int select(long timeout)
int selectNow()
select()阻塞到至少有一个通道在你注册的事件上就绪了。
select(long timeout)和select()一样，除了最长会阻塞timeout毫秒(参数)。
selectNow()不会阻塞，不管什么通道就绪都立刻返回（译者注：此方法执行非阻塞的选择操作。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。）。
select()方法返回的int值表示有多少通道已经就绪。亦即，自上次调用select()方法后有多少通道变成就绪状态。如果调用select()方法，因为有一个通道变成就绪状态，返回了1，
若再次调用select()方法，如果另一个通道就绪了，它会再次返回1。如果对第一个就绪的channel没有做任何操作，现在就有两个就绪的通道，但在每次select()方法调用之间，只有一个通道就绪了。

2.3.1 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。如下所示：
Set selectedKeys = 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。
可以遍历这个已选择的键集合来访问就绪的通道。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。

SelectionKey.channel()方法返回的通道需要转型成你要处理的类型，如ServerSocketChannel或SocketChannel等。

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。

总结：1、创建Selector,

2、创建Channel，（）

3、向Selector中注册Channel,及感兴趣的事件，

4.1、等待注册的事件到达，不然就一直等待 selector.select()

4.2、获取selector中选中项的迭代器，选中的项为注册的事件 Iterator ite = this.selector.selectedKeys().iterator();

4.3、针对选中的事件对感兴趣的事件进行处理。

5、要想快速理解selector过程，结合代码来学习。

2.3.2 server端实例代码

[java] view plain copy

package com.anders.selector;
import java.io.IOException;
import java.net.InetSocketAddress;
import java.nio.ByteBuffer;
import java.nio.channels.SelectableChannel;
import java.nio.channels.SelectionKey;
import java.nio.channels.Selector;
import java.nio.channels.ServerSocketChannel;
import java.nio.channels.SocketChannel;
import java.util.Iterator;
import java.util.Set;
public class NIOServer {
// 通道管理器
private Selector selector;
public void initServer(int port) throws Exception {
// 获得一个ServerSocket通道
ServerSocketChannel serverChannel = ServerSocketChannel.open();
// 设置通道为非阻塞
serverChannel.configureBlocking(false);
// 将该通道对于的serverSocket绑定到port端口
serverChannel.socket().bind(new InetSocketAddress(port));
// 获得一耳光通道管理器
this.selector = Selector.open();
// 将通道管理器和该通道绑定，并为该通道注册selectionKey.OP_ACCEPT事件
// 注册该事件后，当事件到达的时候，selector.select()会返回，
// 如果事件没有到达selector.select()会一直阻塞
serverChannel.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT);
}
// 采用轮训的方式监听selector上是否有需要处理的事件，如果有，进行处理
public void listen() throws Exception {
System.out.println("start server");
// 轮询访问selector
while (true) {
// 当注册事件到达时，方法返回，否则该方法会一直阻塞
selector.select();
// 获得selector中选中的相的迭代器，选中的相为注册的事件
Iterator ite = this.selector.selectedKeys().iterator();
while (ite.hasNext()) {
SelectionKey key = (SelectionKey) ite.next();
// 删除已选的key 以防重负处理
ite.remove();
// 客户端请求连接事件
if (key.isAcceptable()) {
ServerSocketChannel server = (ServerSocketChannel) key.channel();
// 获得和客户端连接的通道
SocketChannel channel = server.accept();
// 设置成非阻塞
channel.configureBlocking(false);
// 在这里可以发送消息给客户端
channel.write(ByteBuffer.wrap(new String("hello client").getBytes()));
// 在客户端连接成功之后，为了可以接收到客户端的信息，需要给通道设置读的权限
channel.register(this.selector, SelectionKey.OP_READ);
// 获得了可读的事件
} else if (key.isReadable()) {
read(key);
}
}
}
}
// 处理读取客户端发来的信息事件
private void read(SelectionKey key) throws Exception {
// 服务器可读消息，得到事件发生的socket通道
SocketChannel channel = (SocketChannel) key.channel();
// 穿件读取的缓冲区
ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(10);
channel.read(buffer);
byte[] data = buffer.array();
String msg = new String(data).trim();
System.out.println("server receive from client: " + msg);
ByteBuffer outBuffer = ByteBuffer.wrap(msg.getBytes());
channel.write(outBuffer);
}
public static void main(String[] args) throws Throwable {
NIOServer server = new NIOServer();
server.initServer(8989);
server.listen();
}
}

2.3.3 client 实例代码

[java] view plain copy

package com.anders.selector;
import java.io.IOException;
import java.net.InetSocketAddress;
import java.nio.ByteBuffer;
import java.nio.channels.SelectionKey;
import java.nio.channels.Selector;
import java.nio.channels.SocketChannel;
import java.util.Iterator;
public class NIOClient {
// 通道管理器
private Selector selector;
/**
* * // 获得一个Socket通道，并对该通道做一些初始化的工作 * @param ip 连接的服务器的ip // * @param port
* 连接的服务器的端口号 * @throws IOException
*/
public void initClient(String ip, int port) throws IOException { // 获得一个Socket通道
SocketChannel channel = SocketChannel.open(); // 设置通道为非阻塞
channel.configureBlocking(false); // 获得一个通道管理器
this.selector = Selector.open(); // 客户端连接服务器,其实方法执行并没有实现连接，需要在listen()方法中调
// 用channel.finishConnect();才能完成连接
channel.connect(new InetSocketAddress(ip, port));
// 将通道管理器和该通道绑定，并为该通道注册SelectionKey.OP_CONNECT事件。
channel.register(selector, SelectionKey.OP_CONNECT);
}
/**
* * // 采用轮询的方式监听selector上是否有需要处理的事件，如果有，则进行处理 * @throws // IOException
* @throws Exception
*/
@SuppressWarnings("unchecked")
public void listen() throws Exception { // 轮询访问selector
while (true) {
// 选择一组可以进行I/O操作的事件，放在selector中,客户端的该方法不会阻塞，
// 这里和服务端的方法不一样，查看api注释可以知道，当至少一个通道被选中时，
// selector的wakeup方法被调用，方法返回，而对于客户端来说，通道一直是被选中的
selector.select(); // 获得selector中选中的项的迭代器
Iterator ite = this.selector.selectedKeys().iterator();
while (ite.hasNext()) {
SelectionKey key = (SelectionKey) ite.next(); // 删除已选的key,以防重复处理
ite.remove(); // 连接事件发生
if (key.isConnectable()) {
SocketChannel channel = (SocketChannel) key.channel(); // 如果正在连接，则完成连接
if (channel.isConnectionPending()) {
channel.finishConnect();
} // 设置成非阻塞
channel.configureBlocking(false);
// 在这里可以给服务端发送信息哦
channel.write(ByteBuffer.wrap(new String("hello server!").getBytes()));
// 在和服务端连接成功之后，为了可以接收到服务端的信息，需要给通道设置读的权限。
channel.register(this.selector, SelectionKey.OP_READ); // 获得了可读的事件
} else if (key.isReadable()) {
read(key);
}
}
}
}
private void read(SelectionKey key) throws Exception {
SocketChannel channel = (SocketChannel) key.channel();
// 穿件读取的缓冲区
ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(10);
channel.read(buffer);
byte[] data = buffer.array();
String msg = new String(data).trim();
System.out.println("client receive msg from server:" + msg);
ByteBuffer outBuffer = ByteBuffer.wrap(msg.getBytes());
channel.write(outBuffer);
}
/**
* * // 启动客户端测试 * @throws IOException
* @throws Exception
*/
public static void main(String[] args) throws Exception {
NIOClient client = new NIOClient();
client.initClient("localhost", 8989);
client.listen();
}
}

0 0