Java NIO系列教程(六) Selector
原文链接 作者:Jakob Jenkov 译者:浪迹v 校对:丁一
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。
下面是本文所涉及到的主题列表:
为什么使用Selector?
仅用单个线程来处理多个Channels的好处是,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。
但是,需要记住,现代的操作系统和CPU在多任务方面表现的越来越好,所以多线程的开销随着时间的推移,变得越来越小了。实际上,如果一个CPU有多个内核,不使用多任务可能是在浪费CPU能力。不管怎么说,关于那种设计的讨论应该放在另一篇不同的文章中。在这里,只要知道使用Selector能够处理多个通道就足够了。
下面是单线程使用一个Selector处理3个channel的示例图:
Selector的创建
通过调用Selector.open()方法创建一个Selector,如下:
[code lang=”java”]
Selector selector = Selector.open();
[/code]
向Selector注册通道
为了将Channel和Selector配合使用,必须将channel注册到selector上。通过SelectableChannel.register()方法来实现,如下:
[code lang=”java”]
channel.configureBlocking(false);
SelectionKey key = channel.register(selector,
Selectionkey.OP_READ);
[/code]
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:
- Connect
- Accept
- Read
- 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server socket channel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:
- SelectionKey.OP_CONNECT
- SelectionKey.OP_ACCEPT
- SelectionKey.OP_READ
- SelectionKey.OP_WRITE
如果你对不止一种事件感兴趣,那么可以用“位或”操作符将常量连接起来,如下:
[code lang=”java”]
int interestSet = SelectionKey.OP_READ | SelectionKey.OP_WRITE;
[/code]
在下面还会继续提到interest集合。
SelectionKey
在上一小节中,当向Selector注册Channel时,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)
下面我会描述这些属性。
interest集合
就像向Selector注册通道一节中所描述的,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:
[code lang=”java”]
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;
[/code]
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:
[code lang=”java”]
int readySet = selectionKey.readyOps();
[/code]
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:
[code lang=”java”]
selectionKey.isAcceptable();
selectionKey.isConnectable();
selectionKey.isReadable();
selectionKey.isWritable();
[/code]
Channel + Selector
从SelectionKey访问Channel和Selector很简单。如下:
[code lang=”java”]
Channel channel = selectionKey.channel();
Selector selector = selectionKey.selector();
[/code]
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:
[code lang=”java”]
selectionKey.attach(theObject);
Object attachedObj = selectionKey.attachment();
[/code]
还可以在用register()方法向Selector注册Channel的时候附加对象。如:
[code lang=”java”]
SelectionKey key = channel.register(selector, SelectionKey.OP_READ, theObject);
[/code]
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:
[code lang=”java”]
Set selectedKeys = selector.selectedKeys();
[/code]
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:
[code lang=”java”]
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();
}
[/code]
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。
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)”。
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。
完整的示例
这里有一个完整的示例,打开一个Selector,注册一个通道注册到这个Selector上(通道的初始化过程略去),然后持续监控这个Selector的四种事件(接受,连接,读,写)是否就绪。
[code lang=”java”]
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();
}
}
[/code]
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里面的代码有错误,一个通道可以同时关注几个事件,因此一个key给出的就绪事件可能会是好几个,所以判断就绪事件的时候不能用if else。
这个是每个key一个事件的,如果多个就有多个key的
你根据什么得知每个key一个事件?
注册的时候一个channel注册了一个事件
事件类型使用二进制表示的,一个二进制的事件值可以用来表示多个事件,作者已经不想和你解释了
也可以参考本文关键字”interest集合”
示例代码只关注了一种,怎么不能用了
这位同学说得对,应该不能用if else if
给channel注册时间时,可以用“位或”操作注册多个感兴趣事件…
但一般运用场景中会出现同一个channel 注册多个(Acceptable Connectable Readable Writable),多个同时好吗?
感觉if else 写法一般用起来也不会有错。
比较简略 不明觉厉
第一点的图怎么木有看到
boolean isInterestedInAccept = interestSet & SelectionKey.OP_ACCEPT;
位与之后应该是个int值,不能直接赋值给boolean啊
的确语法错误
是的,这里有错误。
应该可以改成这样
boolean isInterestedInAccept = interestSet & SelectionKey.OP_ACCEPT == SelectionKey.OP_ACCEPT;
已修改,多谢两位。
boolean isInterestedInConnect = interestSet & SelectionKey.OP_CONNECT;
5
boolean isInterestedInRead = interestSet & SelectionKey.OP_READ;
6
boolean isInterestedInWrite = interestSet & SelectionKey.OP_WRITE;
这些都要改吧
且不说后面的int不能赋值给boolean。
int interestSet = selectionKey.interestOps();
boolean isInterestedInAccept = (interestSet & SelectionKey.OP_ACCEPT) == SelectionKey.OP_ACCEPT;
这个代码是为什么呢?interestSet的值就是register()方法中的第二个参数的值,为什么不直接interestSet == SelectionKey.OP_ACCEPT判断结果是true或false不就好了,还要多一步位与运算,有什么意义呢?
直接boolean isInterestedInAccept = interestSet == SelectionKey.OP_ACCEPT; 不就得到想要的结果了
OP_READ = 1,OP_WRITE = 4,OP_CONNECT = 8,OP_ACCEPT = 16
selectionKey.interestOps() 返回的可能是 多个事件 的“位或”运算,比如作者举得例子:int interestSet = SelectionKey.OP_READ | SelectionKey.OP_WRITE;
所以得 “与”运算之后,才能算出来是不是包含某个事件
不好意思,刚才说的不准确,应该是 “位与”运算
这里也整理了一篇Selector和IO复用相关的文章,大家可以来看下
http://www.molotang.com/articles/906.html
可以通过SelectionKey的selectedKeySet()方法访问这些对象。
这个应该是原文作者的笔误吧? 是不是应该是”可以通过Selector的selectedKeys()方法访问这些对象”.
编译不过的代码你也好意思发
请问一个key可以同时key.isReadable()和key.isWritable()都是true吗?如果可以的话在什么情况下会,如果不会那么原因又是什么?
这一集没有前几集好看。。
其实不是译者的错,作者就写错了。。
int readyChannels = selector.select();
if(readyChannels == 0) continue;
这两句换成selector.select();
既然select()方法会阻塞到至少有一个通道就绪,就没必要其他的了
应该是防止:
selector.wakeup()
这一节写的有点模糊不清啊!
可以结合看看这个,比较好理解,有个完整的示例:
http://www.ibm.com/developerworks/cn/education/java/j-nio/j-nio.html
感谢翻译,但不得不说讲的很烂,。。
感觉好多东西不连贯,问题也有一些, 初学者看着好累,要是在翻译的时候顺便加上一些补充有好
确实这章是没有之前容易明白,初学容易昏
几处错误:
boolean isInterestedInConnect = interestSet & SelectionKey.OP_CONNECT;
boolean isInterestedInRead = interestSet & SelectionKey.OP_READ;
boolean isInterestedInWrite = interestSet & SelectionKey.OP_WRITE;
应该修改成:
boolean isInterestedInConnect = (interestSet & SelectionKey.OP_CONNECT) == SelectionKey.OP_CONNECT;
boolean isInterestedInRead = (interestSet & SelectionKey.OP_READ) == SelectionKey.OP_READ;
boolean isInterestedInWrite = (interestSet & SelectionKey.OP_WRITE) == SelectionKey.OP_WRITE;
一处遗漏: 应添加channel定义,否则新手会有疑惑。
int port = 9999; // the port to listen
ServerSocketChannel channel = ServerSocketChannel.open(); // here we create a ServerSocketChannel
channel.configureBlocking(false); // set channel to non-blocking mode, becareful, FileChannel can not be set to non-blocking mode!
channel.socket().bind(new InetSocketAddress(port)); // bind address on port
Selector selector = Selector.open(); // create a selector
SelectionKey selKey = channel.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT); // regist selector upon channel for interest `accept` event
int interestSet = selKey.interestOps(); // get interest set
boolean is_accept = (interestSet & SelectionKey.OP_ACCEPT) == SelectionKey.OP_ACCEPT;
System.out.print(“isAccept:”+ is_accept); // check if is_accept opt is registered
to beginner, 给出一个Selector应用的完整示例,供学习:
package com.alibaba.soqas.nio;//
import java.io.IOException;
import java.net.InetSocketAddress;
import java.net.ServerSocket;
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;
public class MultiPortEcho {
private int ports[];
private ByteBuffer echoBuffer = ByteBuffer.allocate(1024);
public MultiPortEcho(int ports[]) throws IOException {
this.ports = ports;
go();
}
static public void main(String args[]) throws Exception {
if (args.length <= 0) {
System.err.println("Usage: java MultiPortEcho port [port port …]");
System.exit(1);
}
int ports[] = new int[args.length];
for (int i = 0; i < args.length; ++i) {
ports[i] = Integer.parseInt(args[i]);
}
new MultiPortEcho(ports);
}
private void go() throws IOException {
// Create a new selector
Selector selector = Selector.open();
// Open a listener on each port, and register each one
// with the selector
for (int i = 0; i < ports.length; ++i) {
ServerSocketChannel ssc = ServerSocketChannel.open();
ssc.configureBlocking(false);
ServerSocket ss = ssc.socket();
InetSocketAddress address = new InetSocketAddress(ports[i]);
ss.bind(address);
SelectionKey key = ssc.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT);
System.out.println("Going to listen on " + ports[i]);
}
while (true) {
int num = selector.select();
Set selectedKeys = selector.selectedKeys();
Iterator it = selectedKeys.iterator();
while (it.hasNext()) {
SelectionKey key = (SelectionKey) it.next();
if ((key.readyOps() & SelectionKey.OP_ACCEPT)
== SelectionKey.OP_ACCEPT) {
// Accept the new connection
ServerSocketChannel ssc = (ServerSocketChannel) key.channel();
SocketChannel sc = ssc.accept();
sc.configureBlocking(false);
// Add the new connection to the selector
SelectionKey newKey = sc.register(selector, SelectionKey.OP_READ);
it.remove();
System.out.println("Got connection from " + sc);
} else if ((key.readyOps() & SelectionKey.OP_READ)
== SelectionKey.OP_READ) {
// Read the data
SocketChannel sc = (SocketChannel) key.channel();
// Echo data
int bytesEchoed = 0;
while (true) {
echoBuffer.clear();
int r = sc.read(echoBuffer);
if (r <= 0) {
break;
}
echoBuffer.flip();
sc.write(echoBuffer);
bytesEchoed += r;
}
System.out.println("Echoed " + bytesEchoed + " from " + sc);
it.remove();
}
}
System.out.println("going to clear");
selectedKeys.clear();
System.out.println("cleared");
}
}
}
测试:
step(1)
bing ports 8888, 9999:
% java MultiPortEcho 8888 9999
step(2)
send msgs to binded ports
% telnet localhost 8888
type some messages: foo bar \n
then we will get the sent msges
good lucy~
这种写法有问题,当quit telnet之后,程序会循环执行:
System.out.println(“going to clear”);
selectedKeys.clear();
System.out.println(“cleared”);
selectionKeys.remove(selectionKey);应该是用这个吧
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。
Hi,这句话是不是有错?
你好:其请教一个问题
1我客户端注册OP_connect事件,但是服务端没有打开,发现select,并没有按照超时时间返回
代码:
socketChannel.configureBlocking(false);
boolean connect = socketChannel.connect(new InetSocketAddress(“127.0.0.1”, 8080));
register = socketChannel.register(selector, SelectionKey.OP_CONNECT);
LOG.info(“select start”);
select = selector.select(10*1000);
//select = selector.select();
LOG.info(“select 返回 ” + select);
结果:
连接返回码 = false
19/09/11 17:21:52 INFO niosoket.Client: select start
19/09/11 17:21:53 INFO niosoket.Client: select 返回 1
我想问一下这种连接事件,在selelct什么时候返回?
2.finishconnect方法
如果上诉情况调用finishconnect 由于服务端没启动,报
java.net.ConnectException: Connection refused: no further information
at sun.nio.ch.SocketChannelImpl.checkConnect(Native Method)
at sun.nio.ch.SocketChannelImpl.finishConnect(SocketChannelImpl.java:717)
但是当很多文件打开时候,发现并没有异常,而是超时(自己实现)
,我想知道 这是和linux的底层那个参数有关,IO一直没有准备好么?但是我服务端是断开连接的呀?应该报异常,为什么 没报异常返回false
1:未按照超时时间返回原因是,连接的服务端为本机127.0.0.1,客户端发送syn包,服务端由于没有程序监听8080端口,故客户端可以立即收到rst包,连接失败。
若连接的服务端为不存在的ip时,可以看到select有超时的返回(我win下测试为21s超时)
2:“应该报异常,为什么 没报异常返回false”这个是指的connect方法没有抛异常吗?
因为channel设置为了非阻塞方式(configureBlocking(false)),故connect是立马返回的,大多数情况下都是返回false的,
是否连接成功需要综合使用selectKey.isConnectable方法和socket.finishConnect方法来判断。
且不说后面的int不能赋值给boolean。
int interestSet = selectionKey.interestOps();
boolean isInterestedInAccept = (interestSet & SelectionKey.OP_ACCEPT) == SelectionKey.OP_ACCEPT;
这个代码是为什么呢?interestSet的值就是register()方法中的第二个参数的值,为什么不直接interestSet == SelectionKey.OP_ACCEPT判断结果是true或false不就好了,还要多一步位与运算,有什么意义呢?
直接boolean isInterestedInAccept = interestSet == SelectionKey.OP_ACCEPT; 不就得到想要的结果了
作者都不想说话了,统一回复说if else错的人 ,不多逼逼直接上代码
Selector selector = Selector.open();
ServerSocketChannel serverSocketChannel = ServerSocketChannel.open();
serverSocketChannel.configureBlocking(false);
ServerSocket socket = serverSocketChannel.socket();
InetSocketAddress address = new InetSocketAddress(8899);
serverSocketChannel.bind(address);
serverSocketChannel.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT);
while (true){
try {
selector.select();
Set selectionKeys = selector.selectedKeys();
selectionKeys.forEach(selectionKey ->{
final SocketChannel client;
try {
if(selectionKey.isAcceptable()){
ServerSocketChannel server = (ServerSocketChannel) selectionKey.channel();
client = server.accept();
client.configureBlocking(false);
client.register(selector,SelectionKey.OP_READ);
} else if (selectionKey.isReadable()){
client = (SocketChannel)selectionKey.channel();
ByteBuffer readBuffer = ByteBuffer.allocate(1024);
int count = client.read(readBuffer);
if(count>0){
readBuffer.flip();
Charset charset = Charset.forName(“utf-8”);
String re = String.valueOf(charset.decode(readBuffer).array());
System.out.println(client + “: ” + re);
}
}
selectionKeys.remove(selectionKey);
}catch (Exception ee){
ee.printStackTrace();
}
});
}catch (Exception e){
e.printStackTrace();
}
}
一句话,先要注册接受连接,连接之后再注册读
01
Selector selector = Selector.open();
02
channel.configureBlocking(false);
03
SelectionKey key = channel.register(selector, SelectionKey.OP_READ);
04
while(true) {
05
int readyChannels = selector.select();
06
if(readyChannels == 0) continue;
07
Set selectedKeys = selector.selectedKeys();
08
Iterator keyIterator = selectedKeys.iterator();
09
while(keyIterator.hasNext()) {
10
SelectionKey key = keyIterator.next();
11
if(key.isAcceptable()) {
12
// a connection was accepted by a ServerSocketChannel.
13
} else if (key.isConnectable()) {
14
// a connection was established with a remote server.
15
} else if (key.isReadable()) {
16
// a channel is ready for reading
17
} else if (key.isWritable()) {
18
// a channel is ready for writing
19
}
20
keyIterator.remove();
21
}
22
}
这里的keyIterator.remove(); 是不是应该改成key.remove();
不用的 可以看下迭代器