Java NIO的Selector

.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的Selector_第1张图片
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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