小師妹學JavaIO之:用Selector來發好人卡

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目錄

  • 簡介
  • Selector介紹
  • 創建Selector
  • 註冊Selector到Channel中
  • SelectionKey
  • selector 和 SelectionKey
  • 總的例子
  • 總結

簡介

NIO有三寶:Buffer,Channel，Selector少不了。本文將會介紹NIO三件套中的最後一套Selector，並在理解Selector的基礎上，協助小師妹發一張好人卡。我們開始吧。

Selector介紹

小師妹：F師兄，最近我的桃花有點旺，好幾個師兄莫名其妙的跟我打招呼，可是我一心向著工作，不想談論這些事情。畢竟先有事業才有家嘛。我又不好直接拒絕，有沒有什麼比較隱晦的方法來讓他們放棄這個想法？

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這個問題，我沉思了大約0.001秒，於是給出了答案：給他們發張好人卡吧，應該就不會再來糾纏你了。

小師妹：F師兄，如果給他們發完好人卡還沒有用呢？

那就只能切斷跟他們的聯繫了，來個一刀兩斷。哈哈。

這樣吧，小師妹你最近不是在學NIO嗎？剛好我們可以用Selector來模擬一下發好人卡的過程。

假如你的志偉師兄和子丹師兄想跟你建立聯繫，每個人都想跟你建立一個溝通通道，那麼你就需要創建兩個channel。

兩個channel其實還好，如果有多個人都想同時跟你建立聯繫通道，那麼要維持這些通道就需要保持連接，從而浪費了資源。

但是建立的這些連接並不是時時刻刻都有消息在傳輸，所以其實大多數時間這些建立聯繫的通道其實是浪費的。

如果使用Selector就可以只啟用一個線程來監聽通道的消息變動，這就是Selector。

從上面的圖可以看出，Selector監聽三個不同的channel，然後交給一個processor來處理，從而節約了資源。

創建Selector

先看下selector的定義：

public abstract class Selector implements Closeable

Selector是一個abstract類，並且實現了Closeable，表示Selector是可以被關閉的。

雖然Selector是一個abstract類，但是可以通過open來簡單的創建：

Selector selector = Selector.open();

如果細看open的實現可以發現一個很有趣的現象：

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

open方法調用的是SelectorProvider中的openSelector方法。

再看下provider的實現：

 public SelectorProvider run() {
   if (loadProviderFromProperty())
        return provider;
    if (loadProviderAsService())
        return provider;
      provider = sun.nio.ch.DefaultSelectorProvider.create();
      return provider;
    }
 });

有三種情況可以加載一個SelectorProvider，如果系統屬性指定了java.nio.channels.spi.SelectorProvider，那麼從指定的屬性加載。

如果沒有直接指定屬性，則從ServiceLoader來加載。

最後如果都找不到的情況下，使用默認的DefaultSelectorProvider。

關於ServiceLoader的用法，我們後面會有專門的文章來講述。這裏先不做多的解釋。

註冊Selector到Channel中

ServerSocketChannel serverSocketChannel = ServerSocketChannel.open();
        serverSocketChannel.bind(new InetSocketAddress("localhost", 9527));
        serverSocketChannel.configureBlocking(false);
        serverSocketChannel.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT);

如果是在服務器端，我們需要先創建一個ServerSocketChannel，綁定Server的地址和端口，然後將Blocking設置為false。因為我們使用了Selector，它實際上是一個非阻塞的IO。

注意FileChannels是不能使用Selector的，因為它是一個阻塞型IO。

小師妹：F師兄，為啥FileChannel是阻塞型的呀？做成非阻塞型的不是更快？

小師妹，我們使用FileChannel的目的是什麼？就是為了讀文件呀，讀取文件肯定是一直讀一直讀，沒有可能讀一會這個channel再讀另外一個channel吧，因為對於每個channel自己來講，在文件沒讀取完之前，都是繁忙狀態，沒有必要在channel中切換。

最後我們將創建好的Selector註冊到channel中去。

SelectionKey

SelectionKey表示的是我們希望監聽到的事件。

總的來說，有4種Event：

  • SelectionKey.OP_READ 表示服務器準備好，可以從channel中讀取數據。
  • SelectionKey.OP_WRITE 表示服務器準備好，可以向channel中寫入數據。
  • SelectionKey.OP_CONNECT 表示客戶端嘗試去連接服務端
  • SelectionKey.OP_ACCEPT 表示服務器accept一個客戶端的請求
public static final int OP_READ = 1 << 0;
public static final int OP_WRITE = 1 << 2;
public static final int OP_CONNECT = 1 << 3;
public static final int OP_ACCEPT = 1 << 4;

我們可以看到上面的4個Event是用位運算來定義的，如果將這個四個event使用或運算合併起來，就得到了SelectionKey中的interestOps。

和interestOps類似，SelectionKey還有一個readyOps。

一個表示感興趣的操作，一個表示ready的操作。

最後，SelectionKey在註冊的時候，還可以attach一個Object，比如我們可以在這個對象中保存這個channel的id：

SelectionKey key = channel.register(
  selector, SelectionKey.OP_ACCEPT, object);
key.attach(Object);
Object object = key.attachment();

object可以在register的時候傳入，也可以調用attach方法。

最後，我們可以通過key的attachment方法，獲得該對象。

selector 和 SelectionKey

我們通過selector.select()這個一個blocking操作，來獲取一個ready的channel。

然後我們通過調用selector.selectedKeys()來獲取到SelectionKey對象。

在SelectionKey對象中，我們通過判斷ready的event來處理相應的消息。

總的例子

接下來，我們把之前將的串聯起來，先建立一個小師妹的ChatServer：

public class ChatServer {

    private static String BYE_BYE="再見";

    public static void main(String[] args) throws IOException, InterruptedException {
        Selector selector = Selector.open();
        ServerSocketChannel serverSocketChannel = ServerSocketChannel.open();
        serverSocketChannel.bind(new InetSocketAddress("localhost", 9527));
        serverSocketChannel.configureBlocking(false);
        serverSocketChannel.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT);
        ByteBuffer byteBuffer = ByteBuffer.allocate(512);

        while (true) {
            selector.select();
            Set<SelectionKey> selectedKeys = selector.selectedKeys();
            Iterator<SelectionKey> iter = selectedKeys.iterator();
            while (iter.hasNext()) {
                SelectionKey selectionKey = iter.next();
                if (selectionKey.isAcceptable()) {
                    register(selector, serverSocketChannel);
                }
                if (selectionKey.isReadable()) {
                    serverResonse(byteBuffer, selectionKey);
                }
                iter.remove();
            }
            Thread.sleep(1000);
        }
    }

    private static void serverResonse(ByteBuffer byteBuffer, SelectionKey selectionKey)
            throws IOException {
        SocketChannel socketChannel = (SocketChannel) selectionKey.channel();
        socketChannel.read(byteBuffer);
        byteBuffer.flip();
        byte[] bytes= new byte[byteBuffer.limit()];
        byteBuffer.get(bytes);
        log.info(new String(bytes).trim());
        if(new String(bytes).trim().equals(BYE_BYE)){
            log.info("說再見不如不見！");
            socketChannel.write(ByteBuffer.wrap("再見".getBytes()));
            socketChannel.close();
        }else {
            socketChannel.write(ByteBuffer.wrap("你是個好人".getBytes()));
        }
        byteBuffer.clear();
    }

    private static void register(Selector selector, ServerSocketChannel serverSocketChannel)
            throws IOException {
        SocketChannel socketChannel = serverSocketChannel.accept();
        socketChannel.configureBlocking(false);
        socketChannel.register(selector, SelectionKey.OP_READ);
    }
}

上面例子有兩點需要注意，我們在循環遍歷中，當selectionKey.isAcceptable時，表示服務器收到了一個新的客戶端連接，這個時候我們需要調用register方法，再註冊一個OP_READ事件到這個新的SocketChannel中，然後繼續遍歷。

第二，我們定義了一個stop word，當收到這個stop word的時候，會直接關閉這個client channel。

再看看客戶端的代碼：

public class ChatClient {

    private static SocketChannel socketChannel;
    private static ByteBuffer byteBuffer;

    public static void main(String[] args) throws IOException {

        ChatClient chatClient = new ChatClient();
        String response = chatClient.sendMessage("hello 小師妹！");
        log.info("response is {}", response);
        response = chatClient.sendMessage("能不能？");
        log.info("response is {}", response);
        chatClient.stop();

    }

    public void stop() throws IOException {
        socketChannel.close();
        byteBuffer = null;
    }

    public ChatClient() throws IOException {
        socketChannel = SocketChannel.open(new InetSocketAddress("localhost", 9527));
        byteBuffer = ByteBuffer.allocate(512);
    }

    public String sendMessage(String msg) throws IOException {
        byteBuffer = ByteBuffer.wrap(msg.getBytes());
        String response = null;
        socketChannel.write(byteBuffer);
        byteBuffer.clear();
        socketChannel.read(byteBuffer);
        byteBuffer.flip();
        byte[] bytes= new byte[byteBuffer.limit()];
        byteBuffer.get(bytes);
        response =new String(bytes).trim();
        byteBuffer.clear();
        return response;

    }
}

客戶端代碼沒什麼特別的，需要注意的是Buffer的讀取。

最後輸出結果：

server收到： INFO com.flydean.ChatServer - hello 小師妹！
client收到: INFO com.flydean.ChatClient - response is 你是個好人
server收到： INFO com.flydean.ChatServer - 能不能？
client收到： INFO com.flydean.ChatClient - response is 再見

解釋一下整個流程：志偉跟小師妹建立了一個連接，志偉向小師妹打了一個招呼，小師妹給志偉發了一張好人卡。志偉不死心，想繼續糾纏，小師妹回復再見，然後自己關閉了通道。

總結

本文介紹了Selector和channel在發好人卡的過程中的作用。

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本文作者：flydean程序那些事

本文鏈接：http://www.flydean.com/java-io-nio-selector/

本文來源：flydean的博客

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