Java NIO之Selector（选择器）

时间  2019-11-16
标签 java nio selector 选择器 栏目 Java 繁體版
原文   原文链接

历史回顾:html

Java NIO 概览java

Java NIO 之 Buffer(缓冲区)面试

Java NIO 之 Channel（通道）redis

其余高赞文章：编程

面试中关于Redis的问题看这篇就够了c#

一文轻松搞懂redis集群原理及搭建与使用api

超详细的Java面试题总结（三）之Java集合篇常见问题服务器

一 Selector（选择器）介绍

Selector 通常称 为选择器 ，固然你也能够翻译为 多路复用器 。它是Java NIO核心组件中的一个，用于检查一个或多个NIO Channel（通道）的状态是否处于可读、可写。如此能够实现单线程管理多个channels,也就是能够管理多个网络连接。微信

Selector（选择器）

使用Selector的好处在于： 使用更少的线程来就能够来处理通道了， 相比使用多个线程，避免了线程上下文切换带来的开销。网络

二 Selector（选择器）的使用方法介绍

1. Selector的建立

经过调用Selector.open()方法建立一个Selector对象，以下：

Selector selector = Selector.open();

这里须要说明一下

2. 注册Channel到Selector

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

Channel必须是非阻塞的。
因此FileChannel不适用Selector，由于FileChannel不能切换为非阻塞模式，更准确的来讲是由于FileChannel没有继承SelectableChannel。Socket channel能够正常使用。

SelectableChannel抽象类 有一个 configureBlocking（） 方法用于使通道处于阻塞模式或非阻塞模式。

abstract SelectableChannel configureBlocking(boolean block)

注意：

SelectableChannel抽象类的configureBlocking（） 方法是由 AbstractSelectableChannel抽象类实现的，SocketChannel、ServerSocketChannel、DatagramChannel都是直接继承了 AbstractSelectableChannel抽象类 。
你们有兴趣能够看看NIO的源码，各类抽象类和抽象类上层的抽象类。我本人暂时不许备研究NIO源码，由于还有不少事情要作，须要研究的同窗能够自行看看。

register() 方法的第二个参数。这是一个“ interest集合 ”，意思是在经过Selector监听Channel时对什么事件感兴趣。能够监听四种不一样类型的事件：

  • Connect
  • Accept
  • Read
  • Write

通道触发了一个事件意思是该事件已经就绪。好比某个Channel成功链接到另外一个服务器称为“ 链接就绪 ”。一个Server Socket Channel准备好接收新进入的链接称为“ 接收就绪 ”。一个有数据可读的通道能够说是“ 读就绪 ”。等待写数据的通道能够说是“ 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

若是你对不止一种事件感兴趣，使用或运算符便可，以下：

int interestSet = SelectionKey.OP_READ | SelectionKey.OP_WRITE;

3. SelectionKey介绍

一个SelectionKey键表示了一个特定的通道对象和一个特定的选择器对象之间的注册关系。

key.attachment(); //返回SelectionKey的attachment，attachment能够在注册channel的时候指定。
key.channel(); // 返回该SelectionKey对应的channel。
key.selector(); // 返回该SelectionKey对应的Selector。
key.interestOps(); //返回表明须要Selector监控的IO操做的bit mask
key.readyOps(); // 返回一个bit mask，表明在相应channel上能够进行的IO操做。

key.interestOps():

咱们能够经过如下方法来判断Selector是否对Channel的某种事件感兴趣

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

key.readyOps()

ready 集合是通道已经准备就绪的操做的集合。JAVA中定义如下几个方法用来检查这些操做是否就绪.

//建立ready集合的方法
int readySet = selectionKey.readyOps();
//检查这些操做是否就绪的方法
key.isAcceptable();//是否可读，是返回 true
boolean isWritable()：//是否可写，是返回 true
boolean isConnectable()：//是否可链接，是返回 true
boolean isAcceptable()：//是否可接收，是返回 true

从SelectionKey访问Channel和Selector很简单。以下：

Channel channel = key.channel();
Selector selector = key.selector();
key.attachment();

能够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，能够附加 与通道一块儿使用的Buffer，或是包含汇集数据的某个对象。使用方法以下：

key.attach(theObject);
Object attachedObj = key.attachment();

还能够在用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);

4. 从Selector中选择channel(Selecting Channels via a Selector)

选择器维护注册过的通道的集合，而且这种注册关系都被封装在SelectionKey当中.

Selector维护的三种类型SelectionKey集合：

  • 已注册的键的集合(Registered key set)

    全部与选择器关联的通道所生成的键的集合称为已经注册的键的集合。并非全部注册过的键都仍然有效。这个集合经过 keys() 方法返回，而且多是空的。这个已注册的键的集合不是能够直接修改的；试图这么作的话将引起java.lang.UnsupportedOperationException。

  • 已选择的键的集合(Selected key set)

    全部与选择器关联的通道所生成的键的集合称为已经注册的键的集合。并非全部注册过的键都仍然有效。这个集合经过 keys() 方法返回，而且多是空的。这个已注册的键的集合不是能够直接修改的；试图这么作的话将引起java.lang.UnsupportedOperationException。

  • 已取消的键的集合(Cancelled key set)

    已注册的键的集合的子集，这个集合包含了 cancel() 方法被调用过的键(这个键已经被无效化)，但它们尚未被注销。这个集合是选择器对象的私有成员，于是没法直接访问。

    注意：
    当键被取消（ 能够经过isValid( ) 方法来判断）时，它将被放在相关的选择器的已取消的键的集合里。注册不会当即被取消，但键会当即失效。当再次调用 select( ) 方法时（或者一个正在进行的select()调用结束时），已取消的键的集合中的被取消的键将被清理掉，而且相应的注销也将完成。通道会被注销，而新的SelectionKey将被返回。当通道关闭时，全部相关的键会自动取消（记住，一个通道能够被注册到多个选择器上）。当选择器关闭时，全部被注册到该选择器的通道都将被注销，而且相关的键将当即被无效化（取消）。一旦键被无效化，调用它的与选择相关的方法就将抛出CancelledKeyException。

select()方法介绍：

在刚初始化的Selector对象中，这三个集合都是空的。 经过Selector的select（）方法能够选择已经准备就绪的通道 （这些通道包含你感兴趣的的事件）。好比你对读就绪的通道感兴趣，那么select（）方法就会返回读事件已经就绪的那些通道。下面是Selector几个重载的select()方法：

  • 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()同样，但最长阻塞时间为timeout毫秒。
  • int selectNow()：非阻塞，只要有通道就绪就马上返回。

select()方法返回的int值表示有多少通道已经就绪,是自上次调用select()方法后有多少通道变成就绪状态。以前在select（）调用时进入就绪的通道不会在本次调用中被记入，而在前一次select（）调用进入就绪但如今已经不在处于就绪的通道也不会被记入。例如：首次调用select()方法，若是有一个通道变成就绪状态，返回了1，若再次调用select()方法，若是另外一个通道就绪了，它会再次返回1。若是对第一个就绪的channel没有作任何操做，如今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。

一旦调用select()方法，而且返回值不为0时，则 能够经过调用Selector的selectedKeys()方法来访问已选择键集合 。以下：
Set selectedKeys=selector.selectedKeys();
进而能够放到和某SelectionKey关联的Selector和Channel。以下所示：

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();
}

5. 中止选择的方法

选择器执行选择的过程，系统底层会依次询问每一个通道是否已经就绪，这个过程可能会形成调用线程进入阻塞状态,那么咱们有如下三种方式能够唤醒在select（）方法中阻塞的线程。

  • wakeup()方法 ：经过调用Selector对象的wakeup（）方法让处在阻塞状态的select()方法马上返回
    该方法使得选择器上的第一个尚未返回的选择操做当即返回。若是当前没有进行中的选择操做，那么下一次对select()方法的一次调用将当即返回。
  • close()方法 ：经过close（）方法关闭Selector，
    该方法使得任何一个在选择操做中阻塞的线程都被唤醒（相似wakeup（）），同时使得注册到该Selector的全部Channel被注销，全部的键将被取消，可是Channel自己并不会关闭。

三 模板代码

一个服务端的模板代码：

有了模板代码咱们在编写程序时，大多数时间都是在模板代码中添加相应的业务代码

ServerSocketChannel ssc = ServerSocketChannel.open();
ssc.socket().bind(new InetSocketAddress("localhost", 8080));
ssc.configureBlocking(false);

Selector selector = Selector.open();
ssc.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT);

while(true) {
    int readyNum = selector.select();
    if (readyNum == 0) {
        continue;
    }

    Set<SelectionKey> selectedKeys = selector.selectedKeys();
    Iterator<SelectionKey> it = selectedKeys.iterator();

    while(it.hasNext()) {
        SelectionKey key = it.next();

        if(key.isAcceptable()) {
            // 接受链接
        } else if (key.isReadable()) {
            // 通道可读
        } else if (key.isWritable()) {
            // 通道可写
        }

        it.remove();
    }
}

四 客户端与服务端简单交互实例

服务端：

package 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.ServerSocketChannel;
import java.nio.channels.SocketChannel;
import java.util.Iterator;
import java.util.Set;

public class WebServer {
    public static void main(String[] args) {
        try {
            ServerSocketChannel ssc = ServerSocketChannel.open();
            ssc.socket().bind(new InetSocketAddress("127.0.0.1", 8000));
            ssc.configureBlocking(false);

            Selector selector = Selector.open();
            // 注册 channel，而且指定感兴趣的事件是 Accept
            ssc.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT);

            ByteBuffer readBuff = ByteBuffer.allocate(1024);
            ByteBuffer writeBuff = ByteBuffer.allocate(128);
            writeBuff.put("received".getBytes());
            writeBuff.flip();

            while (true) {
                int nReady = selector.select();
                Set<SelectionKey> keys = selector.selectedKeys();
                Iterator<SelectionKey> it = keys.iterator();

                while (it.hasNext()) {
                    SelectionKey key = it.next();
                    it.remove();

                    if (key.isAcceptable()) {
                        // 建立新的链接，而且把链接注册到selector上，并且，
                        // 声明这个channel只对读操做感兴趣。
                        SocketChannel socketChannel = ssc.accept();
                        socketChannel.configureBlocking(false);
                        socketChannel.register(selector, SelectionKey.OP_READ);
                    }
                    else if (key.isReadable()) {
                        SocketChannel socketChannel = (SocketChannel) key.channel();
                        readBuff.clear();
                        socketChannel.read(readBuff);

                        readBuff.flip();
                        System.out.println("received : " + new String(readBuff.array()));
                        key.interestOps(SelectionKey.OP_WRITE);
                    }
                    else if (key.isWritable()) {
                        writeBuff.rewind();
                        SocketChannel socketChannel = (SocketChannel) key.channel();
                        socketChannel.write(writeBuff);
                        key.interestOps(SelectionKey.OP_READ);
                    }
                }
            }
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

客户端：

package selector;

import java.io.IOException;
import java.net.InetSocketAddress;
import java.nio.ByteBuffer;
import java.nio.channels.SocketChannel;

public class WebClient {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        try {
            SocketChannel socketChannel = SocketChannel.open();
            socketChannel.connect(new InetSocketAddress("127.0.0.1", 8000));

            ByteBuffer writeBuffer = ByteBuffer.allocate(32);
            ByteBuffer readBuffer = ByteBuffer.allocate(32);

            writeBuffer.put("hello".getBytes());
            writeBuffer.flip();

            while (true) {
                writeBuffer.rewind();
                socketChannel.write(writeBuffer);
                readBuffer.clear();
                socketChannel.read(readBuffer);
            }
        } catch (IOException e) {
        }
    }
}

运行结果：

先运行服务端，再运行客户端，服务端会不断收到客户端发送过来的消息。
运行结果

其余实例：

《基于 Java NIO 实现简单的 HTTP 服务器》

参考：

官方JDK相关文档

谷歌搜索排名第一的Java NIO教程

《Java NIO》

《Java 8编程官方参考教程（第9版）》

Java NIO Selector详解（含多人聊天室实例）

Java NIO(6): Selector

欢迎关注个人微信公众号:”Java面试通关手册”（一个有温度的微信公众号，期待与你共同进步~~~坚持原创，分享美文，分享各类Java学习资源）：

相关文章
相关标签/搜索
每日一句
    每一个你不满意的现在，都有一个你没有努力的曾经。
本站公众号
   欢迎关注本站公众号,获取更多信息
联系我们 最近搜索 最新文章 沪ICP备13005482号-10 MyBatis教程 SQL 教程 MySQL教程 Java 教程 Thymeleaf 教程 Hibernate教程 Spring教程 Redis教程