Java NIO之Selector的使用

最近在学习java NIO，发现java nio selector 相对 channel ,buffer 这两个概念是比较难理解的 ,把学习理解的东西以文字的东西记录下来，就像从内存落地到硬盘，把内存中内容换成该知识点的索引。

在介绍Selector之前先明确以下2个问题：

selector的作用是什么？
- Selector（选择器）是Java NIO中能够检测一到多个NIO渠道，并能够知晓渠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。

selector如何做到网络通信的？（selector 操作的过程）

首先创建Selector

 Selector selector = Selector.open();

向selector注册channel,和感兴趣的事件

channel.configureBlocking(false);
/** * 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。 * 可以监听以下4中不同类型的事件： * * 服务端接收客户端连接事件:SelectionKey.OP_ACCEPT * 客户端连接服务端事件 SelectionKey.OP_CONNECT * 读事件 SelectionKey.OP_READ * 写事件 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： * SelectionKey key = * channel.register(selector,Selectionkey.OP_READ|SelectionKey.OP_WRITE); * * 当向Selector注册Channel时，registor()方法会返回一个SelectorKey对象。 * 这个对象包含了一些你感兴趣的属性。 */
 SelectionKey key = channel.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT);

当向Selector注册Channel时，registor()方法会返回一个SelectorKey对象。这个对象包含了一些你感兴趣的属性。

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:
int interestSet = key.interestOps();
int isInterestedInAccept  = interestSet & SelectionKey.OP_ACCEPT;
int isInterestedInConnect = interestSet & SelectionKey.OP_CONNECT;
int isInterestedInRead    = interestSet & SelectionKey.OP_READ;
int 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：
int readySet = key.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：
boolean acceptable = key.isAcceptable();
boolean connectable = key.isConnectable();
boolean readable = key.isReadable();
boolean writable = key.isWritable();

Channel+Selector

//Channel + Selector
// 从SelectionKey访问Channel和Selector很简单。如下：
java.nio.channels.Channel channel  = key.channel();
Selector selector = key.selector();

附加的对象(可选)

//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：
key.attach(new Object());
Object attachedObj = key.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。
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。

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。

下面是代码示例：

NIOServer.java

package com.ghq.nio;

import java.io.IOException;
import java.net.InetSocketAddress;
import java.nio.ByteBuffer;
import java.nio.channels.*;
import java.util.Iterator;
import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger;

public class NIOServer {

    //通道管理器
    private Selector selector;
    AtomicInteger ai;
    /** * 获得一个ServerSocket通道，并对该通道做一些初始化的工作 * @param port 绑定的端口号 * @throws IOException */
    public void initServer(int port) throws IOException {

        // 获得一个ServerSocket通道
        ServerSocketChannel channel = ServerSocketChannel.open();
        // 设置通道为非阻塞
        channel.configureBlocking(false);
        // 将该通道对应的ServerSocket绑定到port端口
        channel.socket().bind(new InetSocketAddress(port));

        // 获得一个通道管理器
        this.selector = Selector.open();

        //将通道管理器和该通道绑定，并为该通道注册SelectionKey.OP_ACCEPT事件,注册该事件后，
        //当该事件到达时，selector.select()会返回，如果该事件没到达selector.select()会一直阻塞。

        /** * 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。 * 可以监听以下4中不同类型的事件： * * 服务端接收客户端连接事件:SelectionKey.OP_ACCEPT * 客户端连接服务端事件 SelectionKey.OP_CONNECT * 读事件 SelectionKey.OP_READ * 写事件 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： * SelectionKey key = * channel.register(selector,Selectionkey.OP_READ|SelectionKey.OP_WRITE); * * 当向Selector注册Channel时，registor()方法会返回一个SelectorKey对象。 * 这个对象包含了一些你感兴趣的属性。 */
        SelectionKey key = channel.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT);


    }

    /** * 采用轮询的方式监听selector上是否有需要处理的事件，如果有，则进行处理 * @throws IOException */
    public void listen() throws IOException {
        System.out.println("服务端启动成功！");
        // 轮询访问selector
        while(true){
            //当注册的事件到达时，方法返回；否则,该方法会一直阻塞
            selector.select();
            // 获得selector中选中的项的迭代器，选中的项为注册的事件
            Iterator ite = this.selector.selectedKeys().iterator();
            while (ite.hasNext()) {
                SelectionKey key = (SelectionKey) ite.next();
                // 删除已选的key,以防重复处理
                ite.remove();
                // 客户端请求连接事件
                if (key.isAcceptable()) {
                    ServerSocketChannel server = (ServerSocketChannel) key
                            .channel();
                    // 获得和客户端连接的通道
                    SocketChannel channel = server.accept();
                    // 设置成非阻塞
                    channel.configureBlocking(false);

                    //在这里可以给客户端发送信息哦
                    channel.write(ByteBuffer.wrap(new String("向客户端发送了一条信息").getBytes()));
                    //在和客户端连接成功之后，为了可以接收到客户端的信息，需要给通道设置读的权限。
                    channel.register(this.selector, SelectionKey.OP_READ);

                    // 获得了可读的事件
                } else if (key.isReadable()) {
                    read(key);
                }

            }
        }
    }

    /** * 处理读取客户端发来的信息 的事件 * @param key * @throws IOException */
    public void read(SelectionKey key) throws IOException{
        // 服务器可读取消息:得到事件发生的Socket通道
        SocketChannel channel = (SocketChannel) key.channel();
        // 创建读取的缓冲区
        ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(10);
        channel.read(buffer);
        byte[] data = buffer.array();
        String msg = new String(data).trim();
        System.out.println("服务端收到信息："+msg);
        ByteBuffer outBuffer = ByteBuffer.wrap(msg.getBytes());
        channel.write(outBuffer);// 将消息回送给客户端
    }
    /** * 启动服务端测试 * @throws IOException */
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        NIOServer server = new NIOServer();
        server.initServer(8000);
        server.listen();
    }
}

NIOClient.java


package com.ghq.nio;

//import jdk.internal.misc.Unsafe;

import java.io.IOException;
import java.net.InetSocketAddress;
import java.nio.ByteBuffer;
import java.nio.channels.SelectionKey;
import java.nio.channels.Selector;
import java.nio.channels.SocketChannel;
import java.util.Iterator;

public class NIOClient {
    //通道管理器
    private Selector selector;
    //private Unsafe unsafe;

    /** * 获得一个Socket通道，并对该通道做一些初始化的工作 * @param ip 连接的服务器的ip * @param port 连接的服务器的端口号 * @throws IOException */
    public void initClient(String ip,int port) throws IOException {
        // 获得一个Socket通道
        SocketChannel channel = SocketChannel.open();
        // 设置通道为非阻塞
        channel.configureBlocking(false);
        // 获得一个通道管理器
        this.selector = Selector.open();

        // 客户端连接服务器,其实方法执行并没有实现连接，需要在listen（）方法中调
        //用channel.finishConnect();才能完成连接
        channel.connect(new InetSocketAddress(ip,port));
        //将通道管理器和该通道绑定，并为该通道注册SelectionKey.OP_CONNECT事件。
        channel.register(selector, SelectionKey.OP_CONNECT);
    }

    /** * 采用轮询的方式监听selector上是否有需要处理的事件，如果有，则进行处理 * @throws IOException */
    @SuppressWarnings("unchecked")
    public void listen() throws IOException {
        // 轮询访问selector
        while (true) {
            selector.select();
            // 获得selector中选中的项的迭代器
            Iterator ite = this.selector.selectedKeys().iterator();
            while (ite.hasNext()) {
                SelectionKey key = (SelectionKey) ite.next();
                // 删除已选的key,以防重复处理
                ite.remove();
                // 连接事件发生
                if (key.isConnectable()) {
                    SocketChannel channel = (SocketChannel) key
                            .channel();
                    // 如果正在连接，则完成连接
                    if(channel.isConnectionPending()){
                        channel.finishConnect();

                    }
                    // 设置成非阻塞
                    channel.configureBlocking(false);

                    //在这里可以给服务端发送信息哦
                    channel.write(ByteBuffer.wrap(new String("向服务端发送了一条信息").getBytes()));
                    //在和服务端连接成功之后，为了可以接收到服务端的信息，需要给通道设置读的权限。
                    channel.register(this.selector, SelectionKey.OP_READ);

                    // 获得了可读的事件
                } else if (key.isReadable()) {
                    read(key);
                }

            }

        }
    }
    /** * 处理读取服务端发来的信息 的事件 * @param key * @throws IOException */
   public void read(SelectionKey key) throws IOException {
        // 服务器可读取消息:得到事件发生的Socket通道
        SocketChannel channel = (SocketChannel) key.channel();
        // 创建读取的缓冲区
        ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(10);
        channel.read(buffer);
        byte[] data = buffer.array();
        String msg = new String(data).trim();
        System.out.println("服务端收到信息："+msg);
        ByteBuffer outBuffer = ByteBuffer.wrap(msg.getBytes());
        channel.write(outBuffer);// 将消息回送给客户端
    }


    /** * 启动客户端测试 * @throws IOException */
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        NIOClient client = new NIOClient();
        client.initClient("localhost",8000);
        client.listen();
    }
}

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