NIO之Selector

冷不防 2022-05-11 08:08 292阅读 0赞

> 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。

### 文章目录 ###

*  Selector的用途
 *  Selector的创建
 *  打开服务器套接字通道
 *  向Selector注册通道
 *  SelectionKey
 *   *  interest集合
     *  ready集合
     *  Channel + Selector
     *  附加的对象
 *  通过Selector选择通道
 *  selectedKeys()
 *  wakeup()
 *  close()
 *  实例
 *  参考：\[并发编程网\](http://ifeve.com/selectors/)

# Selector的用途 #

*  使用单个线程来处理多个通道。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。  
    ![一个选择器来处理三个通道][70]

# Selector的创建 #

通过`Selector.open()`方法创建一个Selector，如：

Selector selector = Selector.open();

# 打开服务器套接字通道 #

ServerSocketChannel serverSocket = ServerSocketChannel.open(); InetSocketAddress hostAddress = new InetSocketAddress("localhost", 8099); serverSocket.bind(hostAddress);

# 向Selector注册通道 #

为了将Channel和Selector配合使用，需要将Channel注册到Selector上。通过`selectableChannel.register()`方法来实现。

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

*  和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：
 *  不同的Channel对象可以注册的事件是不一样的，可以通过`public final int validOps()`方法查看。

通道触发了一个事件意思是该事件已就绪。如下可以使用SelectionKey的四个常量来表示。

Connect：某个channel成功连接到另一个服务器称为“连接就绪”。可以用来表示 `SelectionKey.OP_CONNECTS`。

Accept：一个server socket channel准备好接收新进入的连接称为“接收就绪”。 `SelectionKey_ACCEPT`。

Read：一个有数据可读的通道可以说是“读就绪”。 `SelectionKey.OP_READS`。

Write：等待写数据的通道可以说是“写就绪”。 `SelectionKey.OP_WRITE`。

*  如果你不止对一种事件感兴趣，可以使用`位或`操作符将SelectionKey常量连接 起来。如

int interestSet = SelectionKey.OP_READ | SelectionKey.OP_WRITE;

# SelectionKey #

表示一个特定的通道和特定的选择器对象直接的注册关系。当向Selector中注册通道时，register（）方法会返回一个SelectionKey对象。这个对象包含了一个你感兴趣的属性。

*  interest集合
 *  ready集合
 *  Channel
 *  Selector
 *  附加的对象（可选）

## interest集合 ##

interest集合是你选择的感兴趣的事件集合。可以通过SelectionKey来读写interest集合，如下：

int interestSet = selectionKey.interestOps(); boolean isInterestedInAccept = (interestSet & SelectionKey.OP_ACCEPT) == SelectionKey.OP_ACCEPT；

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。可以这样访问ready集合：

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：

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

## Channel + Selector ##

从SelectorKey访问Channel和Selector很简单，如下

Channel channel = selectorKey.channel(); Selector selector = selectorKey.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：

selectionKey.attach(theObject); 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：

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()：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()一样，但是只会阻塞timeout毫秒。
 *  int selectNow()：不会阻塞，不管什么通道就绪都立刻返回，如果没有通道就绪则返回0。
 *  select()方法返回的int值表示有多少个通道已经就绪了。也就是从上次调用select()方法后有多少通道变成就绪状态。

# selectedKeys() #

一旦调用了select()方法，并且返回值表明有一个或更多的通道就绪了。就可以调用selector的selectedKeys()方法，访问这些已经就绪的通道了。

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

Set selectedKeys = selectors.selectedKeys; 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(); }

*  这个循环遍历已选择键集中的每个键，并检测各个键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。必须在处理完通道是手动移除。下次通道变成就绪是，Selector会再次将其放入选择集中。
 *  SelectionKey.channel()方法返回的通道需要转型为我们直接需要的类型，如ServerSocketChannel或SocketChannel。

# wakeup() #

唤醒因为调用selector()方法阻塞的线程。如果当前没有线程阻塞在select()方法上，下个调用select()方法的线程会立刻醒来。

# close() #

用来Selector调用close()方法会将其关闭，且是注册到该Selector的所有SelectionKey实例失效。通道本身不会关闭。

# 实例 #

package com.bzb.java8.main; 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; /** * @author bzb * @Description: * @date 2018/9/21 16:07 */ public class ServerSelector { public static final int PORT = 9797; private static ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024); public static void main(String[] args) throws IOException { // 获取一个ServerSocket通道 ServerSocketChannel serverSocketChannel = ServerSocketChannel.open(); serverSocketChannel.configureBlocking(false); // 设置该通道为非阻塞的 serverSocketChannel.socket().bind(new InetSocketAddress(PORT)); // 将该通道对应的socket绑定到9797端口 // 将serversocketchannel注册到Selector中 Selector selector = Selector.open(); serverSocketChannel.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT); // 注册通道和感兴趣的accept事件 System.out.println("register channel, channel number is:" + selector.keys().size()); while (true) { // 阻塞直到通道有事件就绪 int i = selector.select(); if (i == 0) { // 无通道就绪，直接返回 continue; } // 获取事件准备就绪的通道 Set<SelectionKey> selectedKeys = selector.selectedKeys(); // 轮询SelectedKeys处理就绪事件 Iterator<SelectionKey> iterator = selectedKeys.iterator(); while (iterator.hasNext()) { SelectionKey key = iterator.next(); if (key.isAcceptable()) { // 如果满足Acceptable条件，则必定是一个ServerSocketChannel ServerSocketChannel ssc = (ServerSocketChannel) key.channel(); // 获取一个连接好的SocketChannel，并将它注册到Selector上，兴趣为READ SocketChannel socketChannel = ssc.accept(); socketChannel.configureBlocking(false); socketChannel.register(selector, SelectionKey.OP_READ); System.out.println("register channel, channel number is:" + selector.keys().size()); } else if (key.isReadable()) { // 读取客户端传过来的数据并显示 SocketChannel socketChannel = (SocketChannel) key.channel(); buffer.clear(); while (socketChannel.read(buffer) > 0) { buffer.flip(); byte[] bytes = new byte[buffer.remaining()]; buffer.get(bytes); System.out.println("from client:" + new String(bytes)); } } // 清除处理完的key iterator.remove(); } } } } package com.bzb.java8.main; import java.io.IOException; import java.net.InetSocketAddress; import java.nio.ByteBuffer; import java.nio.channels.SocketChannel; import java.util.Random; import java.util.concurrent.TimeUnit; /** * @author bzb * @Description: * @date 2018/9/21 16:37 */ public class ClientSelector { public static void main(String[] args) throws IOException, InterruptedException { SocketChannel channel = SocketChannel.open(); channel.configureBlocking(false); channel.connect(new InetSocketAddress(ServerSelector.PORT)); while (!channel.finishConnect()) { TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(100); } ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024); for (int i = 0; i < 5; i++) { TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(100 * new Random().nextInt(10)); String str = "Message from client, number:" + i; buffer.put(str.getBytes()); buffer.flip(); while (buffer.hasRemaining()) { channel.write(buffer); } buffer.clear(); } channel.close(); } }

# 参考：[并发编程网][Link 1] #

[70]: /images/20220511/eb083b2fb6f94fda9302755cca48b91c.png
[Link 1]: http://ifeve.com/selectors/