IO学习——Selector

概述

Selector ， 一般称为选择器。它是 Java NIO 核心组件中的一个，用于轮询一个或多个 NIO Channel 的状态是否处于可读、可写。如此，一个线程就可以管理多个 Channel ，也就说可以管理多个网络连接。也因此，Selector 也被称为多路复用器。

 

轮询机制

1. 首先，需要将 Channel 注册到 Selector 中；
2. 然后，Selector 会不断地轮询注册在其上的 Channel
3. 如果某个Channel上面发生了读或者写的事件，这个Channel就处于就绪状态。
4. Selector轮询出符合条件的Channel，通过返回SelectionKey 获得Channel 的集合，然后进行业务操作

 

优缺点

优点

使用一个线程管理多个Channel，减少线程上下文切换的资源消耗。

缺点

一个线程中处理了多个Channel，会导致Channel处理效率的降低。

ps.Netty 在设计实现上，通过 n 个线程处理多个 Channel ，从而很好的解决了这样的缺点。其中，n 的指的是有限的线程数，默认情况下为 CPU * 2（后面学习Netty的时候了解到）

创建

Selector selector = Selector.open();

注册

//设置该 Channel 必须是非阻塞
channel.configureBlocking(false); // <1>
SelectionKey key = channel.register(selector, SelectionKey.OP_READ);

第二个参数，表示一个“interest 集合”，意思是通过 Selector 监听 Channel 时要监听的事件

• Connect ：连接完成事件( TCP 连接 )，仅适用于客户端，对应 SelectionKey.OP_CONNECT ；一个 Client Channel Channel 成功连接到另一个服务器，称为“连接就绪”。
• Accept ：接受新连接事件，仅适用于服务端，对应 SelectionKey.OP_ACCEPT ；一个 Server Socket Channel 准备好接收新进入的连接，称为“接收就绪”。
• Read ：读事件，适用于两端，对应 SelectionKey.OP_READ ，表示 Buffer 可读；一个有数据可读的 Channel ，可以说是“读就绪”。
• Write ：写时间，适用于两端，对应 SelectionKey.OP_WRITE ，表示 Buffer 可写；一个等待写数据的 Channel ，可以说是“写就绪”。

变更监听事件

实际使用时，我们会有改变 Selector 对 Channel 感兴趣的事件集合，可以通过再次调用 #register(Selector selector, int interestSet) 方法来进行变更

//初始时，Selector 仅对 Channel 的 SelectionKey.OP_READ 事件感兴趣。
channel.register(selector, SelectionKey.OP_READ);
//修改后，Selector 仅对 Channel 的 SelectionKey.OP_READ 和 SelectionKey.OP_WRITE) 事件都感兴趣。
channel.register(selector, SelectionKey.OP_READ | SelectionKey.OP_WRITE);

SelectionKey 

当我们调用 Channel 的 #register(...) 方法，向 Selector 注册一个 Channel 后，会返回一个 SelectionKey 对象。表示一个 Channel 和一个 Selector 的注册关系。

包含的主要内容：

• interest set ：感兴趣的事件集合。
• ready set ：就绪的事件集合。
• Channel
• Selector
• attachment ：可选的附加对象。

key.attachment(); //返回SelectionKey的attachment，attachment可以在注册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(); //返回代表需要Selector监控的IO操作的bit mask
key.readyOps(); // 返回一个bit mask，代表在相应channel上可以进行的IO操作。

key.interestOps():

判断Selector是否对Channel的某种事件感兴趣

int interestSet = selectionKey.interestOps();

// 判断对哪些事件感兴趣
boolean isInterestedInAccept  = interestSet & SelectionKey.OP_ACCEPT != 0;
boolean isInterestedInConnect = interestSet & SelectionKey.OP_CONNECT != 0;
boolean isInterestedInRead    = interestSet & SelectionKey.OP_READ != 0;
boolean isInterestedInWrite   = interestSet & SelectionKey.OP_WRITE != 0;

key.readyOps()

返回就绪的通道和集合

int readySet = selectionKey.readyOps();

// 判断哪些事件已就绪
selectionKey.isAcceptable();
selectionKey.isConnectable();
selectionKey.isReadable();
selectionKey.isWritable();

key.attachment()

通过调用 #attach(Object ob) 方法，可以向 SelectionKey 添加附加对象；通过调用 #attachment() 方法，可以获得 SelectionKey 获得附加对象

注册时添加对象
SelectionKey key = channel.register(selector, SelectionKey.OP_READ, theObject);

//添加对象
selectionKey.attach(theObject);
//获取对象
Object attachedObj = selectionKey.attachment();

 

主要方法

通过 Selector 选择 Channel

在 Selector 中，提供三种类型的选择( select )方法，返回当前有感兴趣事件准备就绪的 Channel 数量

// Selector.java

// 阻塞到至少有一个 Channel 在你注册的事件上就绪了。
public abstract int select() throws IOException;

// 在 `#select()` 方法的基础上，增加超时机制。
public abstract int select(long timeout) throws IOException;

// 和 `#select()` 方法不同，立即返回数量，而不阻塞。
public abstract int selectNow() throws IOException;

• 有一点非常需要注意：select 方法返回的 int 值，表示有多少 Channel 已经就绪。亦即，自上次调用 select 方法后有多少 Channel 变成就绪状态。如果调用 select 方法，因为有一个 Channel 变成就绪状态则返回了 1 ；若再次调用 select 方法，如果另一个 Channel 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 Channel ，但在每次 select 方法调用之间，只有一个 Channel 就绪了，所以才返回 1。

获取可操作的 Channel

一旦调用了 select 方法，并且返回值表明有一个或更多个 Channel 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Channel 

• 注意，当有新增就绪的 Channel ，需要先调用 select 方法，才会添加到“已选择键集( selected key set )”中。否则，我们直接调用 #selectedKeys() 方法，是无法获得它们对应的 SelectionKey 们。

唤醒

某个线程调用 #select() 方法后，发生阻塞了，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 Selector 对象上，调用该 Selector 的 #wakeup() 方法，进行唤醒该 Selector 即可。
• Selector 的 #select(long timeout) 方法，若未超时的情况下，也可以满足上述方式。

 

关闭

可以调用 Selector 的 #close() 方法，将它进行关闭

• Selector 相关的所有 SelectionKey 都会失效。
• Selector 相关的所有 Channel 并不会关闭。

demo

        try {
            //创建 Channel
            SocketChannel socketChannel = SocketChannel.open();
            socketChannel.connect(new InetSocketAddress("地址", 80));
            // 创建 Selector
            Selector selector = Selector.open();
            //设置阻塞
            socketChannel.configureBlocking(false);
            socketChannel.register(selector,SelectionKey.OP_READ);
            while (true) {
                // 通过 Selector 选择 Channel
                int read = selector.select();
                if (read == 0) {
                    continue;
                }
                // 获得可操作的 Channel
                Set selectedKeys = selector.selectedKeys();
                // 遍历 SelectionKey 数组
                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
                    }
                    // 移除
                    keyIterator.remove(); // <1>
                }
            }
        } catch (Exception e) {

        }

参考文章：

http://www.iocoder.cn/