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    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:

    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??梢约嗵闹植煌嘈偷氖录?/p>

    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?。?/li>

    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??梢酝ü齋electionKey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??梢哉庋梦蕆eady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?;痪浠八?,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??梢酝ü齋electionKey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();
      }
    }
    

    原创文章,转载请注明: 转载自并发编程网 – www.gofansmi6.com本文链接地址: Java NIO系列教程(六) Selector


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    • 评论 (32)
    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

        • 你根据什么得知每个key一个事件?

            • lcsyb
            • 2017/10/07 11:53上午

            注册的时候一个channel注册了一个事件

              • wangsh
              • 2018/03/26 4:39下午

              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”

      • 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。。

      • 530827804
      • 2015/03/13 4:28下午

      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

      • cafebabe
      • 2015/03/19 5:18下午

      这一节写的有点模糊不清??!

      • highstar
      • 2016/04/20 11:39下午

      感谢翻译,但不得不说讲的很烂,。。

      • hl174
      • 2016/04/24 7:45下午

      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

      • 智公
      • 2016/06/23 10:11上午

      确实这章是没有之前容易明白,初学容易昏

      • xialeizhou
      • 2016/09/26 8:44上午

      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;

      • xialeizhou
      • 2016/09/26 8:51上午

      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

      • xialeizhou
      • 2016/09/26 8:58上午

      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~

        • endershadow
        • 2017/01/18 5:40下午

        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”);

      • 3125002056
      • 2017/04/06 1:13下午

      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?

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