Java NIO系列教程(六) Selector
来源:互联网 发布:js鼠标移入添加样式 编辑:程序博客网 时间:2024/06/15 14:33
本文转载至:http://ifeve.com/selectors/
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。
下面是本文所涉及到的主题列表:
- 为什么使用Selector?
- Selector的创建
- 向Selector注册通道
- SelectionKey
- 通过Selector选择通道
- wakeUp()
- close()
- 完整的示例
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。不管怎么说,关于那种设计的讨论应该放在另一篇不同的文章中。在这里,只要知道使用Selector能够处理多个通道就足够了。
下面是单线程使用一个Selector处理3个channel的示例图:
Selector的创建
通过调用Selector.open()方法创建一个Selector,如下:
1
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,如下:
1
channel.configureBlocking(
false
);
2
SelectionKey key = channel.register(selector,
3
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。
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,如下:
1
int
interestSet = SelectionKey.OP_READ | SelectionKey.OP_WRITE;
在下面还会继续提到interest集合。
SelectionKey
在上一小节中,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)
下面我会描述这些属性。
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:
1
int
interestSet = selectionKey.interestOps();
2
3
boolean
isInterestedInAccept = (interestSet & SelectionKey.OP_ACCEPT) == SelectionKey.OP_ACCEPT;
4
boolean
isInterestedInConnect = interestSet & SelectionKey.OP_CONNECT;
5
boolean
isInterestedInRead = interestSet & SelectionKey.OP_READ;
6
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。
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:
1
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:
1
selectionKey.isAcceptable();
2
selectionKey.isConnectable();
3
selectionKey.isReadable();
4
selectionKey.isWritable();
Channel + Selector
从SelectionKey访问Channel和Selector很简单。如下:
1
Channel channel = selectionKey.channel();
2
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:
1
selectionKey.attach(theObject);
2
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:
1
SelectionKey key = channel.register(selector, SelectionKey.OP_READ, theObject);
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:
- 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。
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:
1
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:
01
Set selectedKeys = selector.selectedKeys();
02
Iterator keyIterator = selectedKeys.iterator();
03
while
(keyIterator.hasNext()) {
04
SelectionKey key = keyIterator.next();
05
if
(key.isAcceptable()) {
06
// a connection was accepted by a ServerSocketChannel.
07
}
else
if
(key.isConnectable()) {
08
// a connection was established with a remote server.
09
}
else
if
(key.isReadable()) {
10
// a channel is ready for reading
11
}
else
if
(key.isWritable()) {
12
// a channel is ready for writing
13
}
14
keyIterator.remove();
15
}
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。
完整的示例
这里有一个完整的示例,打开一个Selector,注册一个通道注册到这个Selector上(通道的初始化过程略去),然后持续监控这个Selector的四种事件(接受,连接,读,写)是否就绪。
01
Selector selector = Selector.open();
02
channel.configureBlocking(
false
);
03
SelectionKey key = channel.register(selector, SelectionKey.OP_READ);
04
while
(
true
) {
05
int
readyChannels = selector.select();
06
if
(readyChannels ==
0
)
continue
;
07
Set selectedKeys = selector.selectedKeys();
08
Iterator keyIterator = selectedKeys.iterator();
09
while
(keyIterator.hasNext()) {
10
SelectionKey key = keyIterator.next();
11
if
(key.isAcceptable()) {
12
// a connection was accepted by a ServerSocketChannel.
13
}
else
if
(key.isConnectable()) {
14
// a connection was established with a remote server.
15
}
else
if
(key.isReadable()) {
16
// a channel is ready for reading
17
}
else
if
(key.isWritable()) {
18
// a channel is ready for writing
19
}
20
keyIterator.remove();
21
}
22
}
package com.zzg.nio.server;import java.net.InetSocketAddress;import java.nio.ByteBuffer;import java.nio.channels.SelectionKey;import java.nio.channels.Selector;import java.nio.channels.ServerSocketChannel;import java.nio.channels.SocketChannel;import java.util.Iterator;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selectorwhile (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(18);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(); } }
package com.zzg.nio.client;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(18); 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("127.0.0.1", 8989); client.listen(); } }
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