NIO中選擇器Selector

時間 2019-11-07

原文原文鏈接

NIO中選擇器Selector

在上一篇的JAVA中NIO再深刻咱們學會了如何使用Buffer，而在Java中IO和NIO中咱們略微瞭解到Channel的概念，咱們知道了Channel就像礦洞裏的鐵軌同樣，Buffer就像鐵軌上的礦車，對於數據真正的操做都是對於Buffer的操做。而在NIO中還有一個很是重要的概念就是Selector，它就像礦洞裏的調度系統同樣。segmentfault

爲何要有Selector

要理解爲何要有Selector？這個問題，咱們首先得知道在UNIX系統中有五種I/O模型：同步阻塞I/O、同步非阻塞I/O、I/O多路複用、信號驅動I/O和異步I/O。這個幾個I/O模型都是什麼意思呢，大概比喻一下。bash

阻塞式I/O模型：一我的在釣魚，當沒魚上鉤時，就坐在岸邊一直等。
非阻塞式I/O模型：邊釣魚邊玩手機，隔會再看看有沒有魚上鉤，有的話就迅速拉桿。
I/O複用模型：放了一堆魚竿，在岸邊一直守着這堆魚竿，沒魚上鉤就玩手機。
信號驅動式I/O模型：魚竿上繫了個鈴鐺，當鈴鐺響，就知道魚上鉤，而後能夠專心玩手機。
異步I/O模型：僱傭一我的來給我釣魚，釣上來之後給我送到住處，我該幹嗎幹嗎去。

阻塞與非阻塞是指應用程序在發起I/O操做時，是當即返回仍是等待。而同步和異步是指應用程序在於內核通訊時，數據從內核空間到應用空間的拷貝，是由內核發起仍是由應用程序來觸發。服務器

而所謂的I/O就是計算機內存與外部設備之間數據拷貝的過程，咱們知道CPU訪問內存的速度遠遠高於外部設備，所以CPU一般就是先將外部設備的數據讀取到內存中，而後再進行處理。而後此時有個場景，當那你的用戶程序經過CPU向外部設備發送了一個讀的指令，數據從外部設備到內存中是須要一段時間的，那麼此時CPU是休息呢？仍是讓給別人？仍是不斷的詢問，到了嗎？到了嗎？到了嗎……？這個就是I/O模型所要解決的問題。網絡

而咱們的NIO模擬的I/O模型就是I/O複用模型。經過只阻塞Selector這一個線程，經過Selector不斷的查詢Channel中的狀態，從而達到了一個線程控制Selector，而一個Selector控制多個Channel的目的。用圖表示就是這樣。異步

Selector使用

從圖上面咱們就能夠猜出來大概的Selector該如何來使用socket

建立Selector

經過調用Selector.open()方法來建立一個Selector。post

Selector selector = Selector.open();
複製代碼

建立所須要的Channel

咱們知道NIO中的Channel分爲四種類型ui

FileChannel:文件通道
DatagramChannel:經過UDP讀取網絡中的數據
SocketChannel:經過TCP讀取網絡中的數據
ServerSocketChannel:能夠監聽進來的鏈接，對於每一個進來的鏈接都會建立一個SocketChannel

在這四個通道中有一個不能和Selector配合使用，由於從圖中能夠看出，咱們的Selector是不斷的輪詢註冊在Selector中的每一個通道的狀態，不能阻塞在其中一個通道，即每一個通道必須是非阻塞狀態的，可是FileChannel的通道是阻塞狀態且不能更改，因此FileChannel不能和Selector配合使用。spa

ServerSocketChannel socketChannel = ServerSocketChannel.open();
socketChannel.socket().bind(new InetSocketAddress(8080));
//設置爲非阻塞模式
socketChannel.configureBlocking(false);

複製代碼

將建立好的Channel註冊到Selector上

爲了便於Selector管理Channel，咱們將Channel註冊到Selector上。線程

//將Channel註冊到Selector上
SelectionKey selectionKey = socketChannel.register(selector,SelectionKey.OP_READ);

複製代碼

咱們能夠看到第一個參數就是咱們本身的Selector，而第二個參數就是選擇要監聽的事件類型，一共有四種

SelectionKey.OP_CONNECT：鏈接繼續事件，表示服務器監聽到了客戶鏈接，服務器能夠接收這個鏈接了
SelectionKey.OP_ACCEPT：鏈接就緒事件，服務端收到客戶端的一個鏈接請求會觸發
SelectionKey.OP_READ：讀就緒事件，表示通道中已經有可讀的數據了，能夠執行讀操做
SelectionKey.OP_WRITE：寫就緒事件，表示已經能夠向通道寫數據了

ServerSocketChannel的有效事件是OP_ACCEPT，SocketChannel的有效事件是OP_CONNECT、OP_READ、OP_WRITE

Selector循環遍歷各個Channel

在上一步咱們已經將所須要的Channel註冊到了Selector中，那麼咱們如今能夠調用Selector.select()方法進行遍歷獲得已經準備好的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();
}

複製代碼

注意此時咱們在遍歷完成後，完成相應操做後都要調用keyIterator.remove();方法將其移除掉，由於select()方法只是獲得了全部已經準備好的Channel的key值集合，若是不刪除的話，那麼下次遍歷依然仍是會調用相應的事件。

完整的例子

作一個簡單的服務器監聽的程序。監聽本機的8080端口，打印出發送過來的數據。

public class TestNIO {

    public static void main(String[] args) throws IOException {
        Selector selector = Selector.open();
        ServerSocketChannel socketChannel = ServerSocketChannel.open();
        socketChannel.socket().bind(new InetSocketAddress(8080));
        //設置爲非阻塞模式
        socketChannel.configureBlocking(false);
        //將Channel註冊到Selector上
        socketChannel.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT);
        while (true){
            int readyChannel = selector.select();
            if (readyChannel == 0){
                continue;
            }
            Set<SelectionKey> selectionKeys = selector.selectedKeys();
            Iterator<SelectionKey> keyIterator = selectionKeys.iterator();
            while (keyIterator.hasNext()){
                SelectionKey key = keyIterator.next();
                keyIterator.remove();
                if (key.isAcceptable()){
                    System.out.println("isAcceptable");
                    SocketChannel clientChannel = ((ServerSocketChannel) key.channel()).accept();
                    clientChannel.configureBlocking(false);
                    clientChannel.register(key.selector(),SelectionKey.OP_READ);
                }
                else if (key.isConnectable()){
                    System.out.println("isConnectable");
                }
                else if (key.isReadable()){
                    SocketChannel clientChannel = (SocketChannel) key.channel();
                    ByteBuffer byteBuffer = ByteBuffer.allocate(1024);
                    clientChannel.read(byteBuffer);
                    System.out.println(new String(byteBuffer.array()));
                }else if (key.isWritable()){
                    System.out.println("isWritable");
                }
            }
        }
    }
}

複製代碼