原文鏈接 作者:Jakob Jenkov 譯者:浪跡v 校對:丁一
Selector(選擇器)是Java NIO中能夠檢測一到多個NIO通道,並能夠知曉通道是否爲諸如讀寫事件做好準備的組件。這樣,一個單獨的線程可以管理多個channel,從而管理多個網絡連接。
下面是本文所涉及到的主題列表:
- 爲什麼使用Selector?
- Selector的創建
- 向Selector註冊通道
- SelectionKey
- 通過Selector選擇通道
- wakeUp()
- close()
- 完整的示例
爲什麼使用Selector?
僅用單個線程來處理多個Channels的好處是,只需要更少的線程來處理通道。事實上,可以只用一個線程處理所有的通道。對於操作系統來說,線程之間上下文切換的開銷很大,而且每個線程都要佔用系統的一些資源(如內存)。因此,使用的線程越少越好。
但是,需要記住,現代的操作系統和CPU在多任務方面表現的越來越好,所以多線程的開銷隨着時間的推移,變得越來越小了。實際上,如果一個CPU有多個內核,不使用多任務可能是在浪費CPU能力。不管怎麼說,關於那種設計的討論應該放在另一篇不同的文章中。在這裏,只要知道使用Selector能夠處理多個通道就足夠了。
下面是單線程使用一個Selector處理3個channel的示例圖:
Selector的創建
通過調用Selector.open()方法創建一個Selector,如下:
1 | Selector selector = Selector.open(); |
向Selector註冊通道
爲了將Channel和Selector配合使用,必須將channel註冊到selector上。通過SelectableChannel.register()方法來實現,如下:
1 | channel.configureBlocking( false ); |
2 | SelectionKey key = channel.register(selector, |
與Selector一起使用時,Channel必須處於非阻塞模式下。這意味着不能將FileChannel與Selector一起使用,因爲FileChannel不能切換到非阻塞模式。而套接字通道都可以。
注意register()方法的第二個參數。這是一個“interest集合”,意思是在通過Selector監聽Channel時對什麼事件感興趣。可以監聽四種不同類型的事件:
- Connect
- Accept
- Read
- Write
通道觸發了一個事件意思是該事件已經就緒。所以,某個channel成功連接到另一個服務器稱爲“連接就緒”。一個server socket channel準備好接收新進入的連接稱爲“接收就緒”。一個有數據可讀的通道可以說是“讀就緒”。等待寫數據的通道可以說是“寫就緒”。
這四種事件用SelectionKey的四個常量來表示:
- SelectionKey.OP_CONNECT
- SelectionKey.OP_ACCEPT
- SelectionKey.OP_READ
- SelectionKey.OP_WRITE
如果你對不止一種事件感興趣,那麼可以用“位或”操作符將常量連接起來,如下:
1 | int interestSet = SelectionKey.OP_READ | SelectionKey.OP_WRITE; |
在下面還會繼續提到interest集合。
SelectionKey
在上一小節中,當向Selector註冊Channel時,register()方法會返回一個SelectionKey對象。這個對象包含了一些你感興趣的屬性:
- interest集合
- ready集合
- Channel
- Selector
- 附加的對象(可選)
下面我會描述這些屬性。
interest集合
就像向Selector註冊通道一節中所描述的,interest集合是你所選擇的感興趣的事件集合。可以通過SelectionKey讀寫interest集合,像這樣:
1 | int interestSet = selectionKey.interestOps(); |
3 | boolean isInterestedInAccept = (interestSet & SelectionKey.OP_ACCEPT) == SelectionKey.OP_ACCEPT; |
4 | boolean isInterestedInConnect = interestSet & SelectionKey.OP_CONNECT; |
5 | boolean isInterestedInRead = interestSet & SelectionKey.OP_READ; |
6 | boolean isInterestedInWrite = interestSet & SelectionKey.OP_WRITE; |
可以看到,用“位與”操作interest 集合和給定的SelectionKey常量,可以確定某個確定的事件是否在interest 集合中。
ready集合
ready 集合是通道已經準備就緒的操作的集合。在一次選擇(Selection)之後,你會首先訪問這個ready set。Selection將在下一小節進行解釋。可以這樣訪問ready集合:
1 | int readySet = selectionKey.readyOps(); |
可以用像檢測interest集合那樣的方法,來檢測channel中什麼事件或操作已經就緒。但是,也可以使用以下四個方法,它們都會返回一個布爾類型:
1 | selectionKey.isAcceptable(); |
2 | selectionKey.isConnectable(); |
3 | selectionKey.isReadable(); |
4 | selectionKey.isWritable(); |
Channel + Selector
從SelectionKey訪問Channel和Selector很簡單。如下:
1 | Channel channel = selectionKey.channel(); |
2 | Selector selector = selectionKey.selector(); |
附加的對象
可以將一個對象或者更多信息附着到SelectionKey上,這樣就能方便的識別某個給定的通道。例如,可以附加 與通道一起使用的Buffer,或是包含聚集數據的某個對象。使用方法如下:
1 | selectionKey.attach(theObject); |
2 | Object attachedObj = selectionKey.attachment(); |
還可以在用register()方法向Selector註冊Channel的時候附加對象。如:
1 | SelectionKey key = channel.register(selector, SelectionKey.OP_READ, theObject); |
通過Selector選擇通道
一旦向Selector註冊了一或多個通道,就可以調用幾個重載的select()方法。這些方法返回你所感興趣的事件(如連接、接受、讀或寫)已經準備就緒的那些通道。換句話說,如果你對“讀就緒”的通道感興趣,select()方法會返回讀事件已經就緒的那些通道。
下面是select()方法:
- int select()
- int select(long timeout)
- int selectNow()
select()
阻塞到至少有一個通道在你註冊的事件上就緒了。
select(long timeout)
和select()一樣,除了最長會阻塞timeout毫秒(參數)。
selectNow()
不會阻塞,不管什麼通道就緒都立刻返回(譯者注:此方法執行非阻塞的選擇操作。如果自從前一次選擇操作後,沒有通道變成可選擇的,則此方法直接返回零。)。
select()方法返回的int值表示有多少通道已經就緒。亦即,自上次調用select()方法後有多少通道變成就緒狀態。如果調用select()方法,因爲有一個通道變成就緒狀態,返回了1,若再次調用select()方法,如果另一個通道就緒了,它會再次返回1。如果對第一個就緒的channel沒有做任何操作,現在就有兩個就緒的通道,但在每次select()方法調用之間,只有一個通道就緒了。
selectedKeys()
一旦調用了select()方法,並且返回值表明有一個或更多個通道就緒了,然後可以通過調用selector的selectedKeys()方法,訪問“已選擇鍵集(selected key set)”中的就緒通道。如下所示:
1 | Set selectedKeys = selector.selectedKeys(); |
當像Selector註冊Channel時,Channel.register()方法會返回一個SelectionKey 對象。這個對象代表了註冊到該Selector的通道。可以通過SelectionKey的selectedKeySet()方法訪問這些對象。
可以遍歷這個已選擇的鍵集合來訪問就緒的通道。如下:
01 | Set selectedKeys = selector.selectedKeys(); |
02 | Iterator keyIterator = selectedKeys.iterator(); |
03 | while (keyIterator.hasNext()) { |
04 | SelectionKey key = keyIterator.next(); |
05 | if (key.isAcceptable()) { |
07 | } else if (key.isConnectable()) { |
09 | } else if (key.isReadable()) { |
11 | } else if (key.isWritable()) { |
這個循環遍歷已選擇鍵集中的每個鍵,並檢測各個鍵所對應的通道的就緒事件。
注意每次迭代末尾的keyIterator.remove()調用。Selector不會自己從已選擇鍵集中移除SelectionKey實例。必須在處理完通道時自己移除。下次該通道變成就緒時,Selector會再次將其放入已選擇鍵集中。
SelectionKey.channel()方法返回的通道需要轉型成你要處理的類型,如ServerSocketChannel或SocketChannel等。
wakeUp()
某個線程調用select()方法後阻塞了,即使沒有通道已經就緒,也有辦法讓其從select()方法返回。只要讓其它線程在第一個線程調用select()方法的那個對象上調用Selector.wakeup()方法即可。阻塞在select()方法上的線程會立馬返回。
如果有其它線程調用了wakeup()方法,但當前沒有線程阻塞在select()方法上,下個調用select()方法的線程會立即“醒來(wake up)”。
close()
用完Selector後調用其close()方法會關閉該Selector,且使註冊到該Selector上的所有SelectionKey實例無效。通道本身並不會關閉。
完整的示例
這裏有一個完整的示例,打開一個Selector,註冊一個通道註冊到這個Selector上(通道的初始化過程略去),然後持續監控這個Selector的四種事件(接受,連接,讀,寫)是否就緒。
01 | Selector selector = Selector.open(); |
02 | channel.configureBlocking( false ); |
03 | SelectionKey key = channel.register(selector, SelectionKey.OP_READ); |
05 | int readyChannels = selector.select(); |
06 | if (readyChannels == 0 ) continue ; |
07 | Set selectedKeys = selector.selectedKeys(); |
08 | Iterator keyIterator = selectedKeys.iterator(); |
09 | while (keyIterator.hasNext()) { |
10 | SelectionKey key = keyIterator.next(); |
11 | if (key.isAcceptable()) { |
13 | } else if (key.isConnectable()) { |
15 | } else if (key.isReadable()) { |
17 | } else if (key.isWritable()) { |