Java NIO Selector 多路复用选择器

2019-01-20 java基础 NIO 阅读量

引言

上篇文章我们简单的使用了NIO的Channel通道，本期我们主要来介绍一下选择器（Selector
）的使用，Selector是Java NIO核心组件中的一个。在之前介绍5种I/O模型的时候，有介绍过多路复用模型。多路复用模型使得我们可以使用一个线程来管理成千上万的连接，避免了线程上下文切换带来的开销，使得性能得到极大的提升

基本模型

选择器Selector使用的基本模式，跟传统BIO处理模型不一样。传统BIO往往我们会使用多线程来提升处理性能，也就是说每接入一个Client，Server端就会为其新开一个线程，以此来提升并发吞吐量，使用这种模式的弊端很明显，因为线程是系统非常重要的资源，当并发量少的时候，感觉不到，一旦并发量上来，就会出现瓶颈。

再来看Selector是如何处理的，首先每接入一个Client，我们可以通过Selector选择器注册感兴趣的事件，然后通过一个线程去不停的轮询检测各个Client是否有感兴趣的事件发生，有则顺序处理该Client就绪的各个事件。

Selector 使用实例

我们先来看一个Selector非常常见的使用例子

try {
	  // 打开一个通道
    ServerSocketChannel serverSocketChannel = ServerSocketChannel.open();
    serverSocketChannel.socket().bind(new InetSocketAddress(8890));
    // 打开 选择器 selector
    Selector selector = Selector.open();
    // 设置非阻塞
    serverSocketChannel.configureBlocking(false);
    // 为ServerSocketChannel注册 OP_ACCEPT 事件，返回一个SelectionKey 对象
    serverSocketChannel.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT);

    while (true) {
    		// 返回至少有一个事件就绪的通道数，该方法是阻塞的
        int readyNum = selector.select();
        if (readyNum == 0) {
            continue;
        }
			
			// 返回就绪的 SelectionKey集合
        Set<SelectionKey> selectionKeys = selector.selectedKeys();
        Iterator<SelectionKey> iteratorKeys = selectionKeys.iterator();
        
        // 遍历所有就绪的SelectionKey集合
        while (iteratorKeys.hasNext()) {
            SelectionKey key = iteratorKeys.next();
            iteratorKeys.remove();
				 // 判断就绪的具体事件
            if (key.isValid()) {
                if (key.isAcceptable()) {
                    ServerSocketChannel serverChannel = (ServerSocketChannel) key.channel();
                    // 接受一个新连接
                    SocketChannel channel = serverChannel.accept();
                    channel.configureBlocking(false);
                    // 为该Channel注册可读事件
                    channel.register(selector, SelectionKey.OP_READ);
                } else if (key.isReadable()) {
                    ...
                }
            }
        }
    }
} catch (IOException e) {
    e.printStackTrace();
}

通过查看上面的代码，可知我们通过Selector.open()创建了一个选择器，并且通过SocketChannel的register方法注册了选择器和事件，其中register方法会返回一个SelectionKey对象，该对象其实就是维护了Channel和Selector的对应关系

SelectionKey

上文我们提到SelectionKey对象维护了Channel和Selector的对应关系，现在我们来看下
SelectionKey对象内部几个非常重要的属性和方法

属性
- OP_READ OP_WRITE OP_CONNECT OP_ACCEPT 可注册的四个感兴趣的项目
- interestOps 所有感兴趣的集合
- readyOps 所有就绪的兴趣集合
方法
- boolean isValid() 判断该SelectionKey是否有效
- void cancel() 取消该SelectionKey中通道与其选择器的注册
- int interestOps() 返回该SelectionKey所包含的所有兴趣（可读可写）集合
- SelectionKey interestOps(int ops) 设置一个感兴趣的项目
- int readyOps() 返回已经就绪的兴趣集合
- boolean isWritable() 判断是否可写
- boolean isReadable() 判断是否可读
- boolean isConnectable() 判断是否可连接
- boolean isAcceptable() 判断是否可接受
- Object attach(Object ob) 在该SelectionKey中附加一个对象信息
- Object attachment() 获取附加对象信息

Selector

讲完SelectionKey和Selector的关系之后，我们再次回到Selector类，我们首先需要知道Selector中3个重要的SelectionKey集合

keys：所有注册到Selector的Channel所表示的SelectionKey都会存在于该集合中。keys元素的添加会在Channel注册到Selector时发生。
selectedKeys：该集合中的每个SelectionKey都是其对应的Channel在上一次操作selection期间被检查到至少有一种SelectionKey中所感兴趣的操作已经准备好被处理。该集合是keys的一个子集。
cancelledKeys：执行了取消操作的SelectionKey会被放入到该集合中。该集合是keys的一个子集。

接下来将会介绍上文例子中所用到的几个方法

Selector.open()

这个静态方法可以打开一个Selector选择器

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3

public static Selector open() throws IOException {
    return SelectorProvider.provider().openSelector();
}

通过查看源码可知在Linux系统下默认会使用EpollSelectorImpl来作为Selector实现类，注意各个系统下默认的实现类是不同的。

selector.select()

Selector的select()方法会返回事件就绪的SelectionKey数目（也就是就绪的Channel数）

并且该方法会一直阻塞直到至少一个channel被选择(即，该channel注册的事件发生了)为止，除非当前线程发生中断或者selector的wakeup方法被调用

该方法还有一个重载select(long timeout)，可以自定义超时时间

selector.selectNow()

该方法与上面方法类似，但该方法不会发生阻塞，即使没有一个channel被选择也会立即返回

selector.selectedKeys()

返回已就绪的SelectionKey集合，该方法在执行了selector.select()后调用，因为在执行selector.select()后就表示至少有一个SelectionKey已经就绪

尾言

好了，本篇文章就介绍到这里了，篇幅有限加上本人对NIO的理解也有待加深，希望可以在之后更深入的对Java NIO的实现进行分析。