7. Java NIO Selector

Selector是Java NIO的一個組件缔刹,可以檢查一個或者多個NIO channel搂根,并且決定哪個channel已經(jīng)準備好去讀寫了断楷。通過這種方式科平,單個線程可以管理多個channel褥紫,當然也可以管理多個網(wǎng)絡連接。

為什么使用selector ?

使用單個線程處理多個channel的優(yōu)勢是匠抗,你只需要很多的線程去處理大量channel故源。實際上,你可以只使用一個線程來處理所有的channel汞贸。對操作系統(tǒng)來說切換線程是需要大量開銷的绳军,而且每個線程都會占用一些資源(內(nèi)存)。所以你使用的線程越少越好(譯者注:達到目的的情況下矢腻,盡可能使用少的線程)门驾。

不過要記住,當代操作系統(tǒng)和CPU的多任務處理性能已經(jīng)越來越高了多柑,所以多線程的開銷已經(jīng)變得越來越小了奶是。實際上,如果CPU有多核竣灌,你不進行多任務處理則是對CPU性能的浪費聂沙。不管怎么樣,關于這部分內(nèi)容的討論會在其他教程中給出初嘹。但是足夠的是及汉,你可以使用selector來達到使用單線程處理多個channel的目的。

下面的示意圖是表示單個線程來處理三個channel:

1個線程處理3個channel

創(chuàng)建Selector

通過調(diào)用Selector.open()來創(chuàng)建Selector:


Selector selector = Selector.open();

使用Selector注冊Channel

為了通過Selector來使用Channel屯烦,你需要使用Selector來注冊Channel坷随。這可以通過調(diào)用SelectableChannel.register()方法來實現(xiàn)房铭,如下所示:


channel.configureBlocking(false);

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

Channel要被Selector使用,必須要是非阻塞(non-blocking)模式温眉。這意味著你不能使用Selector來管理FileChannel缸匪,因為它不能選擇非阻塞模式。但是socket channel是沒有問題的类溢。

注意register()的第二個參數(shù)凌蔬。這是一個“偏好設置”,意思是你向監(jiān)聽channel的什么事件豌骏,通過Selector.你可以選擇不同的監(jiān)聽事件龟梦,共有四種不同的監(jiān)聽事件:

  • Connect
  • Accept
  • Read
  • Write

所以,一個channel已經(jīng)成功連接到另一個server就是上面的connect事件窃躲。一個server socket正在等待一個連接接入的過程就是上面的accept事件计贰。一個channel有數(shù)據(jù)準備好去被讀取就是read事件。一個channel已經(jīng)準備好讓你往里面寫入數(shù)據(jù)蒂窒,這就是write事件躁倒。

這四個事件用下面四個常量來表示:


SelectionKey.OP_CONNECT
SelectionKey.OP_ACCEPT
SelectionKey.OP_READ
SelectionKey.OP_WRITE

如果你想注冊多個事件,可以像下面這樣:


int interestSet = SelectionKey.OP_READ | SelectionKey.OP_WRITE;   

SelectionKey's

如上面所述洒琢,當你用selector注冊一個channel秧秉,register()方法會返回一個SelectionKey對象。這個對象包含一些有意思的屬性:

  • interest set
  • ready set
  • Channel
  • Selector
  • 附加對象 (optional)

下面來具體介紹這些屬性衰抑。

Interest Set

Interest Set表示的是你掃描的事件的集合象迎。你可以通過SelectionKey來讀寫這個interest set像下面這樣:


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;

如你所見,你可以&操作給出的SelectionKey常量呛踊,去找出某一事件是否在interest set中砾淌。

Ready Set

ready set是channel準備好的操作的集合。主要是在selection后訪問ready set谭网。至于selection汪厨,會在后面給出解釋。你可以像下面這樣訪問ready set:


int readySet = selectionKey.readyOps();

你可以用interest set以同樣的方式來測試channe已經(jīng)做好什么事件的準備了愉择。但是劫乱,你可以利用下面的四個方法來代替,它們都會返回一個布爾值:


selectionKey.isAcceptable();
selectionKey.isConnectable();
selectionKey.isReadable();
selectionKey.isWritable();

Channel 和 Selector

從SelectionKey來訪問channel和seector是無關緊要的锥涕,下面展示了如何進行此操作:


Channel channel = selectionKey.channel();
Selector selector = selectionKey.selector();   

附加對象

你可以將一個對象附加到SelectionKey中衷戈,或者給出更多的信息添加至channel,這可以很方便的途徑去識別一個給定的channel层坠。例如殖妇,你可以添加使用的buffer,或者一個包含更多數(shù)據(jù)的對象窿春。下面是相關例子:


selectionKey.attach(theObject);

 Object attachedObj = selectionKey.attachment();

你也可以使用register()方法拉一,在使用Selector注冊channel時添加這個對象。如下所示:


SelectionKey key = channel.register(selector, SelectionKey.OP_READ, theObject);

通過Selector選擇Channel

當你用Selector注冊了一個或多個channel旧乞,你可以調(diào)用select()方法以及其重載的方法蔚润。這些方法會返回你監(jiān)聽的事件(connect, accept, read 和 write)。換句話說尺栖,你可以從這個方法接受到已經(jīng)準備好的事件嫡纠。下面是select()方法以及其相關重載:


int select()
int select(long timeout)
int selectNow()

select()方法會一直阻塞,直到至少一個你注冊的channel已經(jīng)準備好相應事件延赌。

select(long timeout)和select()方法做了同樣的事兒除盏,不過它是阻塞一段時間(多長時間取決于你傳入的事件參數(shù))。

selectNow() 一點也不會阻塞挫以。不管channel準備好沒有者蠕,它立即回返回。

select() 方法返回的int值表示有多少channel已經(jīng)準備好掐松。即:在上一次調(diào)用select()方法之后一共有多少channel已經(jīng)準備好踱侣。如果你調(diào)用select()方法,它返回 1大磺,因為此時只有一個channel準備好抡句,那么你再一次調(diào)用select(),然后期間又有一個channel準備好杠愧,它會再返回1待榔,而不是2。如果你沒有對第一個準備好的channel有任何操作流济,你現(xiàn)在其實已經(jīng)有兩個準備好的channel了锐锣,但是只有一個channel是你兩次調(diào)用之間準備好的channel。

selectedKeys()

調(diào)用select()方法之后袭灯,它會返回一個int值刺下,這表示一個或多個channel已經(jīng)準備好了,你可以通過“selected key set”訪問準備好的channel稽荧,即調(diào)用selectedKeys()方法:下面是如何操作的:


Set<SelectionKey> selectedKeys = selector.selectedKeys();   

當你注冊一個channel時候橘茉,Channel.register()返回一個SelectionKey對象。這個key表示表示的是這個channel使用了哪個selector來注冊的姨丈〕┳浚可以通過selectedKeySet()方法來訪問key。

你可以迭代它來訪問準備好的channel:


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

這個循環(huán)迭代selected key集合中的key蟋恬。她再測試每個key以便去確定通過key引用的channel是否已經(jīng)準備好翁潘。

注意,在循環(huán)的最后調(diào)用了keyIterator.remove()方法歼争。Selector本身并沒有從selected key集合中刪除SelectionKey實例拜马。當你操作完channel后你需要這么做渗勘。下次channel準備好后,selector會再次將其添加至select key集合中俩莽。

方法SelectionKey.channel()返回的channel可以被強轉成你需要使用的channel旺坠,例如ServerSocketChannel o或 SocketChannel

wakeUp()

調(diào)用select()方法的線程被阻塞后扮超,你可以讓這個線程離開select()方法取刃,即使channel沒有準備好呢。這需要另一個線程在selector上調(diào)用Selector.wakeup()方法出刷。

如果一個不同的線程調(diào)用了wakeup()方法璧疗,并且當前已經(jīng)沒有線程在select()阻塞了,那么下一個調(diào)用select()方法的線程會立即喚醒(也就是不阻塞了)馁龟。

close()

當使用完Selector你可以調(diào)用她的close()方法崩侠。這個操作會關閉selector,并且使所有在此selector上注冊的SelectKey實例失效坷檩。channel本身并沒有關閉啦膜。

完整的Selector例子

下面是一個完成的例子,包括打開Selector淌喻,并使用其注冊channel(channel實例化不考慮)僧家,然后保持selector監(jiān)控四個事件(accept, connect, read, write)。


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<SelectionKey> selectedKeys = selector.selectedKeys();

  Iterator<SelectionKey> 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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