Java?NIO中Selector是什么

這篇文章將為大家詳細(xì)講解有關(guān)Java NIO中Selector是什么，小編覺得挺實(shí)用的，因此分享給大家做個(gè)參考，希望大家閱讀完這篇文章后可以有所收獲。

一、Selector 簡介

1、Selector 和 Channel 關(guān)系

Selector 一般稱為選擇器，可以翻譯為 多路復(fù)用。它是 Java NIO 核心組件中的一個(gè)，用于檢查一個(gè)或者多個(gè) NIO Channel (通道) 的狀態(tài)是否處于可讀、可寫。如此可以實(shí)現(xiàn)單線程管理多個(gè) Channels ， 也就是可以管理多個(gè)網(wǎng)絡(luò)鏈接。

使用 Selector 的好處在于：使用更少的線程就可以來處理通道了，相比使用多個(gè)線程，避免了線程上下文切換帶來的開銷。

2、可選擇通道（SelectableChannel）

（1）不是所有的 Channel 都是可以被 Selector 復(fù)用的。比方說， FileChannel 就不能被選擇器復(fù)用。判斷一個(gè) Channel 能被 Selector 復(fù)用，有一個(gè)前提：判斷他是否繼承了一個(gè)抽象類 SelectableChannel。如果繼承了 SelectableChannel ， 則可以被復(fù)用，否則不能。

（2）SelectableChannel 提供了實(shí)現(xiàn)通道選擇性所需要的公共方法。它是所有支持就緒檢查通道類的父類，所有 socket 通道，都繼承 SelectableChannel 類都是可選擇的，包括從管道（Pipe） 對(duì)象的中獲取得到的通道。而 FileChannel 類，沒有繼承 SelectableChannel , 因此是不是可選通道。

（3）一個(gè)通道可以被注冊(cè)到多個(gè)選擇器上，但對(duì)每個(gè)選擇器而言只能被注冊(cè)一次。通道和選擇器之間的關(guān)系，使用注冊(cè)的方式完成。SelectableChannel 可以被注冊(cè)到 Selector 對(duì)象上，在注冊(cè)時(shí)候，需要指定通道的那些操作，是 Selector 感興趣的。

3、Channel 注冊(cè)到 Selector

（1）使用Channel.register(Selector sel, int pos) 方法，將一個(gè)通道注冊(cè)到一個(gè)選擇器時(shí)。第一個(gè)參數(shù)，指定通道要注冊(cè)的選擇器。第二個(gè)參數(shù)指定選擇器需要查詢的通道操作。

（2）可供選擇器查詢的通道操作，從類型類分，包括一下四種：

• 可讀：SelectionKey.OP_READ

• 可寫：SelectionKey.OP_WRITE

• 連接：SelectionKey.OP_CONNECT

• 接收：SelectionKey.OP_ACCEPT

如果 Selector 對(duì)通道的多操作類型感興趣，可以用“位或”操作符來實(shí)現(xiàn)：

比如int key = SelectionKey.OP_READ | SelectionKey.OP_WRITE;

（3）選擇器查詢的不是通道的操作，而是通道的某個(gè)操作的一種就緒狀態(tài)。什么操作的就緒狀態(tài)？一旦通道具備完成某個(gè)操作的條件，表示該通道的某個(gè)操作已經(jīng)就緒，就可以被 Selector 查詢到，程序可以對(duì)通道進(jìn)行對(duì)應(yīng)的操作。比方說，某個(gè) SocketChannel 通道可以連接到一個(gè)服務(wù)器，則處于“連接就緒”狀態(tài)(OP_CONNECT)。 再比方說，一個(gè)ServerSocketChannel 服務(wù)器通道準(zhǔn)備好接收新進(jìn)入的連接，則處于“接收就緒”（OP_ACCEPT）狀態(tài)。還比方說，一個(gè)數(shù)據(jù)可讀的通道，可以說是“讀就緒”（OP_READ）。一個(gè)等待寫數(shù)據(jù)的通道可以說是“寫就緒”（OP_WRITE）。

4、選擇鍵（SelectionKey）

（1）Channel 注冊(cè)之后，并且一旦通道處于某種就緒狀態(tài)，就可以被選擇器查詢到。這個(gè)工作使用選擇器 Selector 的 select() 方法完成。select 方法的作用，對(duì)感興趣的通道操作，進(jìn)行就緒狀態(tài)的查詢。

（2）Selector 可以不斷的查詢 Channel 中發(fā)生的操作的就緒狀態(tài)。并且選擇甘心去的操作就緒狀態(tài)。一旦通道有操作的就緒狀態(tài)達(dá)成，并且是 Selecor 感興趣的操作，就會(huì)被 Selector 選中，放入選擇鍵集合中。

（3）一個(gè)選擇鍵，首先包含了注冊(cè)在 Selector 的通道操作的類型，比方說: SelectionKey.OP_READ . 也包含了特定的通道與特定的選擇器之間的注冊(cè)關(guān)系。

開發(fā)應(yīng)用程序是，選擇鍵是編程的關(guān)鍵，NIO 編程，就是更具對(duì)應(yīng)的選擇鍵，進(jìn)行不同的業(yè)務(wù)邏輯處理。

（4）選擇鍵的概念，和事件的概念比較相似。一個(gè)選擇鍵類似監(jiān)聽器模式里面的一個(gè)事件。由于 Selector 不是事件觸發(fā)的模式，而是主動(dòng)去查詢的模式，所以不叫事件 Event, 而是叫 SelectionKey 選擇鍵。

二、Selector 的使用方法

1、Selector 的創(chuàng)建

通過 Selector.open() 方法創(chuàng)建一個(gè) Selector 對(duì)象。如下；

// 獲取 Selector 選擇器
Selector selector = Selector.open();

2、注冊(cè) Channel 到 Selector

要實(shí)現(xiàn) Selector 管理 Channel ， 需要將 channel 注冊(cè)到相應(yīng)的 Selector 上

// 1. 獲取 Selector 選擇器
Selector selector = Selector.open();

// 2. 獲取通道
ServerSocketChannel socketChannel = ServerSocketChannel.open();

// 3. 設(shè)置為非阻塞
socketChannel.configureBlocking(false);

// 4. 綁定連接
socketChannel.bind(new InetSocketAddress(9999));

// 5. 將通道注冊(cè)到選擇器
socketChannel.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT);

上面通過調(diào)用通道的 register() 方法會(huì)將它注冊(cè)到一個(gè)選擇器上。

需要注意的是：

（1）與 Selector 一起使用， channel 必須處于非阻塞模式下，否則將拋出異常 IllegalBlockingModeException 。 這意味著，F(xiàn)ileChannel 不能與 Selector 一起使用，因?yàn)?FileChannel 不能切換到非阻塞模式，而套接字相關(guān)的所有通道都可以。

（2）一個(gè)通道，并沒有一定要持有所有的四種操作。比如服務(wù)器通道 ServerSocketChannel 支持 Accept 接收操作，而 SocketChannel 客戶端通道則不支持?？梢酝ㄟ^通道上的 vildOps() 方法，來獲取特定通道下所支持的操作集合。

3、輪訓(xùn)查詢就緒操作

（1） 通過 Selector 的 select() 方法， 可以查詢出已經(jīng)就緒的通道操作，有些就緒的狀態(tài)集合，包含在一個(gè)元素是 Selectionkey 對(duì)象的 Set 集合中

（2） 下面是 Selector 幾個(gè)重載的查詢 select() 方法：

1. select() 阻塞到至少有一個(gè)通道在你注冊(cè)的事件上就緒。

2. select(long timeout) 和 select() 一樣，但最長阻塞事件為 timeout 毫秒。

3. selectNow() 非阻塞，只要有通道就立即返回。

4. select() 方法返回的 int 之，表示有多少通道已經(jīng)就緒，準(zhǔn)確的說目前一次 select

方法來到這一次 select 方法之間的時(shí)間段上，有多少個(gè)通道編程了就緒狀態(tài)。

例如：首次調(diào)用 select() 方法，如果有一個(gè)通道編程了就緒狀態(tài)，返回了 1 ， 若子啊次調(diào)用 select() 方法，如果另外一個(gè)通道就緒了，它會(huì)再次返回 1。 如果第一個(gè)就緒的 chnanel 么有做任何操作，現(xiàn)在就有兩個(gè)就緒通道，但是每次 select() 方法調(diào)用之間，只有一個(gè)通道就緒了。

一旦調(diào)用 select() 方法，并且返回值部位 0 時(shí)，在 Selector 中有一個(gè) seletedKeys() 方法，用來范圍已選擇鍵集合，迭代集合的每個(gè)以元素，根據(jù)就緒操作的類型，完成對(duì)應(yīng)的操作

// 查詢已經(jīng)就緒的通道操作
Set<SelectionKey> selectedKeys = selector.selectedKeys();
Iterator<SelectionKey> iterator = selectedKeys.iterator();
while (iterator.hasNext()) {
    SelectionKey key = iterator.next();

    // 判斷 key 就緒狀態(tài)操作
    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
    }
}
iterator.remove();

4、停止選擇的方法

選擇器執(zhí)行選擇的過程匯總，系統(tǒng)底層會(huì)依次詢問每個(gè)通道是否已經(jīng)就緒，這個(gè)過程可能會(huì)造成調(diào)用線程進(jìn)入阻塞狀態(tài)，那么我們有一下三種方式可以喚醒在 select（）方法中阻塞的線程。

wakeup() 方法：通過調(diào)用 Selector 對(duì)象的 wakeup() 方法讓處于阻塞狀態(tài)的 select() 方法立刻返回

該方法使得選擇器上的第一個(gè)哈沒有返回的選擇操作立即返回。如果當(dāng)前沒有進(jìn)行中的選擇操作，那么下一次會(huì)對(duì) select() 方法的一次調(diào)用立即返回。

close() 方法： 通過 close() 方法關(guān)閉 selector

該方法使得任何一個(gè)在選擇操作中阻塞的線程都被喚醒（類似 wakeup()） , 同時(shí)使的注冊(cè)到該 Selector 的所有 Channel 被注銷，所有的鍵都被取消，但是 Channel 本身不會(huì)關(guān)閉。

三、示例代碼

1、服務(wù)端代碼

@Test
public void server() throws IOException {
    //1. 獲取服務(wù)端通道
    ServerSocketChannel serverSocketChannel = ServerSocketChannel.open();

    //2. 切換非阻塞模式
    serverSocketChannel.configureBlocking(false);

    //3. 創(chuàng)建 buffer
    ByteBuffer readBuffer = ByteBuffer.allocate(1024);
    ByteBuffer writeBuffer = ByteBuffer.allocate(1024);
    writeBuffer.put("收到了。。。。".getBytes(StandardCharsets.UTF_8));

    //4. 綁定端口號(hào)
    serverSocketChannel.bind(new InetSocketAddress(20000));

    //5. 獲取 selector 選擇器
    Selector selector = Selector.open();

    //6. 通道注冊(cè)到選擇器，進(jìn)行監(jiān)聽
    serverSocketChannel.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT);

    //7. 選擇器進(jìn)行輪訓(xùn)，進(jìn)行后續(xù)操作
    while (selector.select() > 0) {
        Set<SelectionKey> selectionKeys = selector.selectedKeys();
        Iterator<SelectionKey> selectionKeyIterator = selectionKeys.iterator();
        // 循環(huán)
        while (selectionKeyIterator.hasNext()) {
            // 獲取就緒狀態(tài)
            SelectionKey k = selectionKeyIterator.next();

            // 操作判斷
            if (k.isAcceptable()) {
                // 獲取連接
                SocketChannel accept = serverSocketChannel.accept();

                // 切換非阻塞模式
                accept.configureBlocking(false);

                // 注冊(cè)
                accept.register(selector, SelectionKey.OP_READ);
            } else if (k.isReadable()) {
                SocketChannel socketChannel = (SocketChannel) k.channel();
                readBuffer.clear();
                socketChannel.read(readBuffer);

                readBuffer.flip();
                System.out.println("received:" + new String(readBuffer.array(), StandardCharsets.UTF_8));
                k.interestOps(SelectionKey.OP_WRITE);
            } else if (k.isWritable()) {
                writeBuffer.rewind();

                SocketChannel socketChannel = (SocketChannel) k.channel();
                socketChannel.write(writeBuffer);
                k.interestOps(SelectionKey.OP_READ);
            }
        }
    }
}

2、客戶端代碼

@Test
public void client() throws IOException {

    //1. 獲取通道，綁定主機(jī)和端口號(hào)
    SocketChannel socketChannel = SocketChannel.open(new InetSocketAddress(20000));

    //2. 切換到非阻塞模式
    socketChannel.configureBlocking(false);

    //3. 創(chuàng)建 buffer
    ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024);

    //4. 寫入 buffer 數(shù)據(jù)
    buffer.put(new Date().toString().getBytes(StandardCharsets.UTF_8));

    //5. 模式切換
    buffer.flip();

    //6. 寫入通道
    socketChannel.write(buffer);

    //7. 關(guān)閉
    buffer.clear();
    socketChannel.close();
}

3、NIO 編程步驟總結(jié)

• 1、創(chuàng)建一個(gè) ServerSocketChannel 通道

• 2、設(shè)置為非阻塞模式

• 3、創(chuàng)建一個(gè) Selector 選擇器

• 4、Channel 注冊(cè)到選擇器中，監(jiān)聽連接事件

• 5、調(diào)用 Selector 中的 select 方法（循環(huán)調(diào)用），監(jiān)聽通道是否是就緒狀態(tài)

• 6、調(diào)用 SelectKeys() 方法就能獲取 就緒 channel 集合

• 7、遍歷就緒的 channel 集合，判斷就緒事件類型，實(shí)現(xiàn)具體的業(yè)務(wù)操作。

• 8、根據(jù)業(yè)務(wù)流程，判斷是否需要再次注冊(cè)事件監(jiān)聽事件，重復(fù)執(zhí)行。

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