Java的NIO之Selectors的使用

迈不过友情╰ 2022-07-14 09:21 202阅读 0赞

就前面的知识来说，对于一般的NIO应用足够了，那为什么推出Selector呢？

Selectors(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，一个单独的线程就可以管理多个channel，从而管理多个网络连接。这样单线程就可以实现对于OIO多线程才能实现的事情。

## 6.1 为什么使用Selectors？ ##

使用单个线程来处理多个channel想对于多线程来处理多个通道的好处显而易见；节省了开辟新线程和不同的线程之间切换的开销。实际上使用Selectors我们可以只用一个线程处理所有的通道channel。对于操作系统来说，线程之间的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(比如内存)，所以使用的线程是越少越好。

但是如果对于多核处理器来说，不适用多线程反而是一种对系统资源的浪费。我们本文的讨论是：Selectors能够处理多个通道，我们知道这一点就够了；

## 6.2 Selectors的创建 ##

通过调用Selector.open()方法创建一个Selector，如下：

Selector selector = Selector.open();

## 6.3 向selectors中注册通道： ##

为了将channel和selector配合使用，必须要将channel注册到selector上。**需要注意的是：FileChannel这个类不能注册到Selector上面去，分析源码找原因：因为register()这个函数是在SelectableChannel这个类里面的，而除了FileChannel以外其余的三种类型channel都是继承于SelectableChannel这个抽象类。**

通过SelectableChannel.register()方法来实现，如下：

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

与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：  
1. Connect  
2. Accept  
3. Read  
4. Write

通道触发了一个事件意思是该事件已经就绪。所以，某个channel成功连接到另一个服务器称为“连接就绪”。一个serversocketchannel准备好接收新进入的连接称为“接收就绪”。一个有数据可读的通道可以说是“读就绪”。等待写数据的通道可以说是“写就绪”。

这四种事件用SelectionKey的四个常量来表示：  
1. SelectionKey.OP\_CONNECT  
2. SelectionKey.OP\_ACCEPT  
3. SelectionKey.OP\_READ  
4. SelectionKey.OP\_WRITE

如果我们需要设置某个通道不止对一种事件感兴趣，那么可以用“位或”操作符将常量连接起来。

## 6.4 SelectionKey ##

一个SelectionKey表达一个有事件发生的Channel以及该Channel上的事件类型。当我们向一个selector中注册channel时候，register()方法会返回一个SelectionKey对象。这个对象包含了一些你感兴趣的属性：  
\- interest集合  
\- ready集合  
\- Channel  
\- Selector  
\- 附加的对象（可选）

这些对象都有各自的用处：

**interest集合**  
  
就像 6.3节 中所描述的，interest集合是你所选择的感兴趣的事件集合。可以通过SelectionKey读写interest集合，像这样：

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;

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。Selection将在下一小节进行解释。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SelectionKey访问Channel和Selector很简单。如下：

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

## 6.5 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()  
\- int select(long timeout)  
\- int selectNow()

select()阻塞到至少有一个通道在你注册的事件上就绪了。

select(long timeout)和select()一样，除了最长会阻塞timeout毫秒(参数)。

selectNow()不会阻塞，不管什么通道就绪都立刻返回（译者注：此方法执行非阻塞的选择操作。如果自从前一次选择操作后，没有通道变成可选择的，则此方法直接返回零。）。

select()方法返回的int值表示有多少通道已经就绪。亦即，自上次调用select()方法后有多少通道变成就绪状态。如果调用select()方法，因为有一个通道变成就绪状态，返回了1，若再次调用select()方法，如果另一个通道就绪了，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通道，但在每次select()方法调用之间，只有一个通道就绪了。

**selectedKeys()**  
  
一旦调用了select()方法，并且返回值表明有一个或更多个通道就绪了，然后可以通过调用selector的selectedKeys()方法，访问“已选择键集（selected key set）”中的就绪通道。如下所示：

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 = 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，并检测各个键所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。必须在处理完通道时自己移除。下次该通道变成就绪时，Selector会再次将其放入已选择键集中。

SelectionKey.channel()方法返回的通道需要转型成你要处理的类型，如ServerSocketChannel或SocketChannel等。

## 6.6 wakeUp() ##

某个线程调用select()方法后阻塞了，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()方法的那个对象上调用Selector.wakeup()方法即可。阻塞在select()方法上的线程会立马返回。

如果有其它线程调用了wakeup()方法，但当前没有线程阻塞在select()方法上，下个调用select()方法的线程会立即“醒来（wake up）”。

## 6.7 close() ##

用完Selector后调用其close()方法会关闭该Selector，且使注册到该Selector上的所有SelectionKey实例无效。通道本身并不会关闭。

## 6.8 完整的实例： ##

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();
      }
    }