Java NIO系列教程(六) Selector

分享到:

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:

  1. 为什么使用Selector?
  2. Selector的创建
  3. 向Selector注册通道
  4. SelectionKey
  5. 通过Selector选择通道
  6. wakeUp()
  7. close()
  8. 完整的示例

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:

Selector selector = Selector.open();

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:

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:

  1. SelectionKey.OP_CONNECT
  2. SelectionKey.OP_ACCEPT
  3. SelectionKey.OP_READ
  4. 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:

int interestSet = SelectionKey.OP_READ | SelectionKey.OP_WRITE;

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:

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);

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。

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。

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();
  }
}

(全文完)如果您喜欢此文请点赞,分享,评论。



浪迹v

Java程序猿一枚,爱Dota,爱编程。

Latest posts by 浪迹v (see all)

  • Trackback 关闭
  • 评论 (18)
  1. 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。

      • 宅男小何
      • 2013/06/20 11:47上午

      这个是每个key一个事件的,如果多个就有多个key的

    • zjb
    • 2013/06/25 6:11下午

    teasp :
    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。

    这位同学说得对,应该不能用if else if

    • 微凉
    • 2013/07/22 11:02下午

    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。

    • 匿名
    • 2013/09/05 3:06下午

    比较简略 不明觉厉

    • yjk99@qq.com
    • 2013/09/22 11:46上午

    第一点的图怎么木有看到

    • 匿名
    • 2013/10/17 12:27下午

    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

      • 匿名
      • 2013/11/28 2:06下午

      的确语法错误

        • 浪迹
        • 2013/11/28 2:08下午

        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。

            • kyle
            • 2014/04/08 5:56下午

            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

  2. 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

    • 匿名
    • 2014/04/29 5:26下午

    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”.

    • wausd
    • 2014/07/14 10:41上午

    编译不过的代码你也好意思发

    • 匿名
    • 2014/10/08 6:23下午

    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?

    • zhaoyan8783
    • 2014/10/11 2:56下午

    这一集没有前几集好看。。

    • zhaoyan8783
    • 2014/10/11 3:33下午

    kyle :
    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

    其实不是译者的错,作者就写错了。。

*

return top