Java NIO學習系列三：Selector

　　前面的兩篇文章中總結了Java NIO中的兩大基礎組件Buffer和Channel的相關知識點，在NIO中都是經過Channel和Buffer的協做來讀寫數據的，在這個基礎上經過selector來協調多個channel以同時讀寫數據，本文咱們就來學習一下selector。

　　Java NIO中引入了"selector"的概念，一個selector實際上是一個Java對象，可以經過諸如鏈接打開、數據就緒等事件監控多個channel。如此在單個線程中就能夠經過一個selector同時處理多個channel，一樣也能夠同時處理多個網絡鏈接。

　　本文會圍繞以下幾個方面展開：

　　爲何要有selector

　　建立selector及註冊channel

　　SelectionKey

　　從Selector中選擇Channels　　

　　Selector的一些其餘操做

　　總結

 

1. 爲何要有selector

　　利用單個線程處理多個channel的好處是能夠減小線程的數量，節省開銷。實際上，能夠只用一個線程處理全部的channels。由於線程間的切換是很耗費操做系統資源的一項操做，而且每一個線程都要佔用必定操做系統資源(內存)。所以，線程數量固然是越少越好，而經過引入selector的概念能夠顯著減小線程的數量，同時又不會減小系統處理的鏈接數，能夠簡單理解爲吞吐量。

　　以下示例解釋了一個Selector處理3個Channel：

2. 建立selector及註冊channel

　　經過調用Selector的靜態方法open()來建立一個selector對象：

Selector selector = Selector.open();

　　要讓Selector處理Channel就須要先將Channel註冊到Selector中，能夠經過調用SelectableChannel.register()方法完成：

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

　　Channel必須處於非阻塞模式下才能被Selector所使用，所以FileChannel不能爲Selector所用，由於它不能切換到非阻塞模式。Socket channels則支持這種工做模式，經過channel的configureBlocking()方法設置其工做模式是阻塞仍是非阻塞式。

　　register()的第二個參數是一個set集合(interest set)，用來指代那些Selector有興趣監聽的事件。一共有四種事件類型：

• Connect
• Accept
• Read
• Write

　　一個channel觸發了某一事件實際上是表明着它的某些狀態已經就緒，四種事件類型分別對應以下四種狀況：

• 一個channel成功和服務器鏈接上就是"connect ready"，由SelectionKey.OP_CONNECT指代；
• 一個server socket channel接受了一個鏈接就稱爲"accept ready"，由SelectionKey.OP_ACCEPT指代；
• 一個channel中數據準備好了被讀就是"read ready"，由SelectionKey.OP_READ指代；
• 一個channel可供寫入數據就是"write ready"，由SelectionKey.OP_WRITE指代；

 　　經過這種傳參的方式，咱們能夠指定selector監聽channel哪些事件，若是須要同時表示多種事件，則能夠以下方式來表示：

int interestSet = SelectionKey.OP_READ | SelectionKey.OP_WRITE; 

 

3. SelectionKey

　　如上一部分所示，當往Selector中註冊一個Channel時，register()方法會返回一個SelectionKey對象，其包含了以下屬性：

• The interest set
• The ready set
• The Channel
• The Selector
• An attached object (optional)

3.1 Interest Set

　　能夠經過以下方法讀寫Interest Set：

int interestSet = selectionKey.interestOps();
boolean isInterestedInAccept  = interestSet & SelectionKey.OP_ACCEPT;
boolean isInterestedInConnect = interestSet & SelectionKey.OP_CONNECT;
boolean isInterestedInRead    = interestSet & SelectionKey.OP_READ;
boolean isInterestedInWrite   = interestSet & SelectionKey.OP_WRITE;

　　能夠看到，採用的是與的方式來判斷一個指定的event是否在interestSet中

3.2 Ready Set

　　這個指代channel就緒的操做的集合。在selection以後就可以得到一個ready set(這個selection稍後會介紹到)，能夠經過以下方式獲取：

int readySet = selectionKey.readyOps();

　　能夠經過以下方式判斷是否就緒：

selectionKey.isAcceptable();
selectionKey.isConnectable();
selectionKey.isReadable();
selectionKey.isWritable();

3.3 Channel + Selector

　　經過以下方式來獲取channel和selector：

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

3.4 Attaching Objects

　　能夠給SelectionKey附帶對象，這是一個手動標記一個channel的方式，或者是給channel附帶更多信息的方式。你能夠附帶和channel鏈接的Buffer或者別的對象，使用方式以下：

// 能夠這樣搞
selectionKey.attach(theObject);
Object attachedObj = selectionKey.attachment();

// 也能夠這樣搞
SelectionKey key = channel.register(selector, SelectionKey.OP_READ, theObject);

 

4. 從Selector中選擇Channels

　　當你往Selector中註冊了多個channel時，你能夠調用select()方法用以獲取感興趣且就緒的channel，該方法有以下三種重載格式：

int select()
int select(long timeout)
int selectNow()

• select()會一直阻塞，直到有一個channel就緒；
• select(long timeout)只會阻塞一段指定的時間(單位爲ms)，直到有channel就緒；
• selectNow()不會阻塞，不論是否有channel就緒都會當即返回；

　　返回的int值指代有多少channel就緒(是從上一次調用select()以後開始算起)。好比調用select()，返回1，再次調用select()，這時又有一個channel就緒，此時任然是返回1。

4.1 selectedKeys()

　　當調用了一次select()方法而且返回一個int值，這時你能夠經過"selected key set"來獲取這些就緒的channels：

Set<SelectionKey> selectedKeys = selector.selectedKeys(); 

　　經過調用selectedKeys()方法，返回的是一個Set，你能夠遍歷以獲取就緒的channel：

Set<SelectionKey> selectedKeys = selector.selectedKeys();
Iterator<SelectionKey> 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();
}

 　　經過判斷其對應的事件類型來作對應的操做。

 

5. Selector的一些其餘操做

5.1 wakeUp()

　　線程調用Selector的select()方法以後會阻塞，在這種狀況下能夠經過另外一個線程調用同一個Selector的wakeup()方法來將其喚醒。若是一個線程調用了Selector的wakeup方法可是當前並無線程阻塞，則下一個調用Selector的select()方法的線程則不會阻塞(還記得不，前面講到select()方法會一直阻塞)。

5.2 close()

　　當使用完了Selector，須要調用其close()方法來釋放資源，該方法會關閉Selector並使全部相關的SelectionKey失效，可是和Selector相關的channel並不會被關閉。

5.3 一個例子

　　開啓一個Selector，往其中註冊一個channel，而且一直監控：

Selector selector = Selector.open();
channel.configureBlocking(false);
SelectionKey key = channel.register(selector, SelectionKey.OP_READ);
while(true) {
  int readyChannels = selector.selectNow();
  if(readyChannels == 0) continue;
  Set<SelectionKey> selectedKeys = selector.selectedKeys();
  Iterator<SelectionKey> 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();
  }
}

 

6. 總結

　　本文簡單總結了Java NIO中的Selector，有了Selector，咱們能夠實現多路複用，經過少許的線程來監控大量的鏈接，實現更高性能的服務器，不少現代服務器中都採用了這一特性，好比Tomcat、netty。

　　咱們能夠往Selector中註冊一些Channel，而且指定咱們須要監聽的事件類型，而後監控這些channel，一旦獲取到就緒的事件，則能夠執行下一部的操做，這就是一個Selector處理channel的基本流程。