java输入输出 -- Java NIO之选择器

一、简介

　　前面的文章说了缓冲区，说了通道，本文就来说说 NIO 中另一个重要的实现，即选择器 Selector。在更早的文章中，我简述了几种 IO 模型。如果大家看过之前的文章，并动手写过代码的话。再看 Java 的选择器大概就会知道它是什么了，以及怎么用了。选择器是 Java 多路复用模型的一个实现，可以同时监控多个非阻塞套接字通道。示意图大致如下：

　　　　　　　　　　　　　　

　　如果大家了解过多路复用模型，那应该也会知道几种复用模型的实现。比如 select，poll 以及 Linux 下的 epoll 和 BSD 下的 kqueue。Java 的选择器并非凭空创造，而是在底层操作系统提供的接口的基础上封装而来。相关的细节，我随后会进行分析。

　　关于 Java 选择器的简介这里先说到这，接下来进入正题。

二、Selector（选择器）介绍

　　Selector 一般称 为选择器 ，当然你也可以翻译为 多路复用器 。它是Java NIO核心组件中的一个，用于检查一个或多个NIO Channel（通道）的状态是否处于可读、可写。

　　如此可以实现单线程管理多个channels,也就是可以管理多个网络链接。

 　　　　　　　　　　　　

 

 

 　　使用Selector的好处在于： 使用更少的线程来就可以来处理通道了， 相比使用多个线程，避免了线程上下文切换带来的开销。

三、Selector（选择器）的使用方法介绍

1. Selector的创建

　　调用Selector.open()方法创建一个Selector对象：Selector selector = Selector.open();

2. 注册Channel到Selector

　　channel.configureBlocking(false);

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

Channel必须是非阻塞的。

　　所以FileChannel不适用Selector，因为FileChannel不能切换为非阻塞模式，更准确的来说是因为FileChannel没有继承SelectableChannel。Socketchannel可以正常使用。

SelectableChannel抽象类 有一个 configureBlocking（） 方法用于使通道处于阻塞模式或非阻塞模式。

　　abstract SelectableChannel configureBlocking(boolean block);

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：

  • Connect 连接
  • Accept 接受
  • Read 读
  • Write 写

需要注意并非所有的操作在所有的可选择通道上都能被支持，比如ServerSocketChannel支持Accept，而SocketChannel中不支持。我们可以通过通道上的validOps()方法来获取特定通道下所有支持的操作集合。

Java中定义了四个常量来表示这四种操作类型：

　　1 SelectionKey.OP_CONNECT ：某个SocketChannel成功连接到另一个服务器称为“连接就绪”(OP_CONNECT)。
　　2 SelectionKey.OP_ACCEPT ：一个ServerSocketChannel准备好接收新进入的连接称为“接收就绪”（OP_ACCEPT）。
　　3 SelectionKey.OP_READ ：一个有数据可读的通道可以说是“读就绪”(OP_READ)。
　　4 SelectionKey.OP_WRITE：。等待写数据的通道可以说是“写就绪”(OP_WRITE)。

    如果Selector对通道的多操作类型感兴趣，可以用“位或”操作符来实现：int interestSet=SelectionKey.OP_READ|SelectionKey.OP_WRITE; 

3. SelectionKey介绍

　　我们注意到register（）方法会返回一个SelectionKey对象，我们称之为键对象。

　　一个SelectionKey键表示了一个特定的通道对象和一个特定的选择器对象之间的注册关系。

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():

我们可以通过以下方法来判断Selector是否对Channel的某种事件感兴趣

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;

key.readyOps()

ready 集合是通道已经准备就绪的操作的集合。JAVA中定义以下几个方法用来检查这些操作是否就绪.

//创建ready集合的方法
int readySet = selectionKey.readyOps();
//检查这些操作是否就绪的方法
key.isAcceptable();//是否可读，是返回 true
boolean isWritable()：//是否可写，是返回 true
boolean isConnectable()：//是否可连接，是返回 true
boolean isAcceptable()：//是否可接收，是返回 true

从SelectionKey访问Channel和Selector很简单。如下：

Channel channel = key.channel();
Selector selector = key.selector();
key.attachment();

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：

key.attach(theObject);
Object attachedObj = key.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);

4. 从Selector中选择channel(Selecting Channels via a Selector)

选择器维护注册过的通道的集合，并且这种注册关系都被封装在SelectionKey当中.

Selector维护的三种类型SelectionKey集合：

  • 已注册的键的集合(Registered key set)

    所有与选择器关联的通道所生成的键的集合称为已经注册的键的集合。并不是所有注册过的键都仍然有效。这个集合通过 keys() 方法返回，并且可能是空的。这个已注册的键的集合不是可以直接修改的；试图这么做的话将引发java.lang.UnsupportedOperationException。

  • 已选择的键的集合(Selected key set)

    所有与选择器关联的通道所生成的键的集合称为已经注册的键的集合。并不是所有注册过的键都仍然有效。这个集合通过 keys() 方法返回，并且可能是空的。这个已注册的键的集合不是可以直接修改的；试图这么做的话将引发java.lang.UnsupportedOperationException。

  • 已取消的键的集合(Cancelled key set)

    已注册的键的集合的子集，这个集合包含了 cancel() 方法被调用过的键(这个键已经被无效化)，但它们还没有被注销。这个集合是选择器对象的私有成员，因而无法直接访问。

    在刚初始化的Selector对象中，这三个集合都是空的。通过Selector的select（）方法可以选择已经准备就绪的通道（这些通道包含你感兴趣的的事件）。比如你对读就绪的通道感兴趣，那么select（）方法就会返回读事件已经就绪的那些通道。下面是Selector几个重载的select()方法： 

  • 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，但最长阻塞事件为timeout毫秒。 
  • selectNow(): 非阻塞，只要有通道就绪就立刻返回。

　　select()方法返回的int值表示有多少通道已经就绪,是自上次调用select()方法后有多少通道变成就绪状态。之前在select（）调用时进入就绪的通道不会在本次调用中被记入，而在前一次select（）调用进入就绪但现在已经不在处于就绪的通道也不会被记入。例如：首次调用select()方法，如果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。

一旦调用select()方法，并且返回值不为0时，则可以通过调用Selector的selectedKeys()方法来访问已选择键集合。如下： 
　　Set selectedKeys=selector.selectedKeys(); 
进而可以放到和某SelectionKey关联的Selector和Channel。如下所示：

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();
}

关于Selector执行选择的过程

我们知道调用select（）方法进行通道，现在我们再来深入一下选择的过程，也就是select（）执行过程。当select（）被调用时将执行以下几步：

  1. 首先检查已取消键集合，也就是通过cancle()取消的键。如果该集合不为空，则清空该集合里的键，同时该集合中每个取消的键也将从已注册键集合和已选择键集合中移除。（一个键被取消时，并不会立刻从集合中移除，而是将该键“拷贝”至已取消键集合中，这种取消策略就是我们常提到的“延迟取消”。）
  2. 再次检查已注册键集合（准确说是该集合中每个键的interest集合）。系统底层会依次询问每个已经注册的通道是否准备好选择器所感兴趣的某种操作，一旦发现某个通道已经就绪了，则会首先判断该通道是否已经存在在已选择键集合当中，如果已经存在，则更新该通道在已注册键集合中对应的键的ready集合，如果不存在，则首先清空该通道的对应的键的ready集合，然后重设ready集合，最后将该键存至已注册键集合中。这里需要明白，当更新ready集合时，在上次select（）中已经就绪的操作不会被删除，也就是ready集合中的元素是累积的，比如在第一次的selector对某个通道的read和write操作感兴趣，在第一次执行select（）时，该通道的read操作就绪，此时该通道对应的键中的ready集合存有read元素，在第二次执行select()时，该通道的write操作也就绪了，此时该通道对应的ready集合中将同时有read和write元素。

5 停止选择

选择器执行选择的过程，系统底层会依次询问每个通道是否已经就绪，这个过程可能会造成调用线程进入阻塞状态,那么我们有以下三种方式可以唤醒在select（）方法中阻塞的线程。

1. 通过调用Selector对象的wakeup（）方法让处在阻塞状态的select()方法立刻返回
该方法使得选择器上的第一个还没有返回的选择操作立即返回。如果当前没有进行中的选择操作，那么下一次对select()方法的一次调用将立即返回。

2. 通过close（）方法关闭Selector**
该方法使得任何一个在选择操作中阻塞的线程都被唤醒（类似wakeup（）），同时使得注册到该Selector的所有Channel被注销，所有的键将被取消，但是Channel本身并不会关闭。

3. 调用interrupt()
调用该方法会使睡眠的线程抛出InterruptException异常，捕获该异常并在调用wakeup()

 

感谢：https://www.cnblogs.com/snailclimb/p/9086334.html

posted @ 2019-11-27 20:24  王大军  阅读(360)  评论(0)  编辑  收藏  举报