JAVA nio selector 入门

jopen 9年前

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。

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。

Selector的创建

通过调用Selector.open()方法创建一个Selector，如下：

Java代码

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：

Java代码

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：

Connect

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：

Java代码

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：

Java代码

int interestSet = SelectionKey.OP_READ | SelectionKey.OP_WRITE;

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：

Java代码

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;

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：

Java代码

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：

Java代码

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

Channel + Selector

从SelectionKey访问Channel和Selector很简单。如下：

Java代码

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：

Java代码

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：

Java代码

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：（该方法是阻塞方法）

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：

Java代码

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：

Java代码

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。

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下面的例子是当客户端发送的字符串，server端接收并打印，然后将接收的字符串反馈给client

server端代码

Java代码

package hb.server;
import java.io.*;
import java.nio.*;
import java.nio.channels.*;
import java.nio.channels.spi.*;
import java.net.*;
import java.util.*;
import java.nio.charset.*;
public class NServer {
// 用于检测所有Channel状态的Selector
private Selector selector = null;
// 定义实现编码、解码的字符集对象
private Charset charset = Charset.forName("UTF-8");
public void init() throws IOException {
selector = Selector.open();
// 通过open方法来打开一个未绑定的ServerSocketChannel实例
ServerSocketChannel server = ServerSocketChannel.open();
InetSocketAddress isa = new InetSocketAddress("127.0.0.1", 30000);
// 将该ServerSocketChannel绑定到指定IP地址
server.socket().bind(isa);
// 设置ServerSocket以非阻塞方式工作
server.configureBlocking(false);
// 将server注册到指定Selector对象
server.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT);
while (selector.select() > 0) {
// 依次处理selector上的每个已选择的SelectionKey
for (SelectionKey sk : selector.selectedKeys()) {
// 从selector上的已选择Key集中删除正在处理的SelectionKey
selector.selectedKeys().remove(sk);
// 如果sk对应的通道包含客户端的连接请求
if (sk.isAcceptable()) {
// 调用accept方法接受连接，产生服务器端对应的SocketChannel
SocketChannel sc = server.accept();
// 设置采用非阻塞模式
sc.configureBlocking(false);
// 将该SocketChannel也注册到selector
sc.register(selector, SelectionKey.OP_READ);
// 将sk对应的Channel设置成准备接受其他请求
sk.interestOps(SelectionKey.OP_ACCEPT);
}
// 如果sk对应的通道有数据需要读取
if (sk.isReadable()) {
// 获取该SelectionKey对应的Channel，该Channel中有可读的数据
SocketChannel sc = (SocketChannel) sk.channel();
// 定义准备执行读取数据的ByteBuffer
ByteBuffer buff = ByteBuffer.allocate(1024);
String content = "";
// 开始读取数据
try {
while (sc.read(buff) > 0) {
buff.flip();
content += charset.decode(buff);
}
// 打印从该sk对应的Channel里读取到的数据
System.out.println("=====" + content);
// 将sk对应的Channel设置成准备下一次读取
sk.interestOps(SelectionKey.OP_READ);
}
// 如果捕捉到该sk对应的Channel出现了异常，即表明该Channel
// 对应的Client出现了问题，所以从Selector中取消sk的注册
catch (IOException ex) {
// 从Selector中删除指定的SelectionKey
sk.cancel();
if (sk.channel() != null) {
sk.channel().close();
}
}
// 如果content的长度大于0，即聊天信息不为空
if (content.length() > 0) {
// 遍历该selector里注册的所有SelectKey
for (SelectionKey key : selector.keys()) {
// 获取该key对应的Channel
Channel targetChannel = key.channel();
// 如果该channel是SocketChannel对象
if (targetChannel instanceof SocketChannel) {
// 将读到的内容写入该Channel中
SocketChannel dest = (SocketChannel) targetChannel;
dest.write(charset.encode(content));
}
}
}
}
}
}
}
public static void main(String[] args) throws IOException {
new NServer().init();
}
}

客户端

Java代码

package hb.server;
import java.io.*;
import java.net.*;
import java.nio.*;
import java.nio.channels.*;
import java.nio.charset.*;
import java.util.*;
public class NClient
{
//定义检测SocketChannel的Selector对象
private Selector selector = null;
//定义处理编码和解码的字符集
private Charset charset = Charset.forName("UTF-8");
//客户端SocketChannel
private SocketChannel sc = null;
public void init()throws IOException
{
selector = Selector.open();
InetSocketAddress isa = new InetSocketAddress("127.0.0.1", 30000);
//调用open静态方法创建连接到指定主机的SocketChannel
sc = SocketChannel.open(isa);
//设置该sc以非阻塞方式工作
sc.configureBlocking(false);
//将SocketChannel对象注册到指定Selector
sc.register(selector, SelectionKey.OP_READ);
//启动读取服务器端数据的线程
new ClientThread().start();
//创建键盘输入流
Scanner scan = new Scanner(System.in);
while (scan.hasNextLine())
{
//读取键盘输入
String line = scan.nextLine();
//将键盘输入的内容输出到SocketChannel中
sc.write(charset.encode(line));
}
}
//定义读取服务器数据的线程
private class ClientThread extends Thread
{
public void run()
{
try
{
while (selector.select() > 0)
{
//遍历每个有可用IO操作Channel对应的SelectionKey
for (SelectionKey sk : selector.selectedKeys())
{
//删除正在处理的SelectionKey
selector.selectedKeys().remove(sk);
//如果该SelectionKey对应的Channel中有可读的数据
if (sk.isReadable())
{
//使用NIO读取Channel中的数据
SocketChannel sc = (SocketChannel)sk.channel();
ByteBuffer buff = ByteBuffer.allocate(1024);
String content = "";
while(sc.read(buff) > 0)
{
sc.read(buff);
buff.flip();
content += charset.decode(buff);
}
//打印输出读取的内容
System.out.println("聊天信息：" + content);
//为下一次读取作准备
sk.interestOps(SelectionKey.OP_READ);
}
}
}
}
catch (IOException ex)
{
ex.printStackTrace();
}
}
}
public static void main(String[] args)
throws IOException
{
new NClient().init();
}
}

来自： http://hbiao68.iteye.com/blog/1930884

JAVA nio selector 入门

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