Selector 监视者 轮询者 选择器
Selector中的一个类，也就是监视Socket流状态的类，调用的还是操作系统提供的服务，需要配合通道和缓冲区使用。 不管是多路复用还是非多路复用我们总需要一个socket，不过多路复用的时候在java中是ServerSocketChannel。
ServerSocketChannel serverSocketChannel1 = ServerSocketChannel.open(); // 将通道设置为非阻塞，为多路复用做准备。 serverSocketChannel1.configureBlocking(false); ServerSocket serverSocket = serverSocketChannel1.socket(); // 绑定端口 serverSocket.bind(new InetSocketAddress(8888)); 复制代码
选择器呢，怎么体现哪个客户端有数据就调用对应的代码来处理客户端呢? 还是在ServerSocketChannel上，当有数据到来时我们就激活这个通道，从缓冲区中获取数据。因此我们需要让Selector来管理ServerSocketChannel，那么就是通过注册。 也就是这样：
Selector selector = Selector.open(); ServerSocketChannel serverSocketChannel1 = ServerSocketChannel.open(); serverSocketChannel1.configureBlocking(false); ServerSocket serverSocket = serverSocketChannel1.socket(); serverSocket.bind(new InetSocketAddress(8888)); serverSocketChannel1.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT); 复制代码
网络通信中JVM抽象出了四种通信状态，在SelectionKey中存放:
- OP_READ 数据已经准备好了，可以读了，也成为了读就绪。
- OP_WRITE 已经可以通过通道向缓冲区中写数据了，也称为写就绪。
- OP_CONNECT 连接已经就绪
- OP_ACCEPT 服务端已经监听到了客户端发起的连接请求，可以与服务端建立连接的。
从jdk的注释我们就可以看出，OP_ACCEPT用于服务端程序，因为一个服务端会有许多客户端，先有是否有连接的请求，再有数据是否准备完成，是否可写。OP_CONNECT用于客户端，当连接建立，我才可以向服务端写数据和读数据。
当通道上有选择器感兴趣的事件发生，比如: 连接的请求，再客户端和服务端连接建立后是可读和可写。这些事件会被选择器放入一个集合中。我们就可以循环这个集合，从客户端读取或写。一个客户端对应一些事件，这些事件不可能同时完成，总会有先后顺序，在收到客户端发起的连接请求之后，我们从中提取请求。
特别注意OP_ACCEPT只能用于选择器管理ServerSocketChannel。OP_CONNECT只能用于选择器管理SocketChannel。
聊天室服务端
介绍选择器的一部分代码就是聊天室服务端代码的一部分。我们先介绍大致的思路，在上对应的代码。
常规情况下我们还是创建用ServerSocketChannel创建Socket，然后绑定端口。用选择器管理通道，当通道上有选择器最初所感兴趣的事件之后，注意虽然我们只注册了一个对连接感兴趣的事件，但是本质上还是用的Socket，所以在服务端发现有发起建立连接的请求之后，服务端就会尝试和客户端建立连接，连接还是为了通信。
上文我们提到，在通道有选择器所感兴趣的事件之后，会将放入到一个集合中，也就是Set<SelectionKey>。通过SelectionKey，我们可以为增加选择器和通道之间的关联，最初选择器只会在通道有请求的连接时被激活，只会向集合中添加一个读就绪事件。我们可以通过SelectionKey的interestOps()为选择器添加读就绪事件和写就绪事件。然后就可以灵活的处理了，也就是说在读就绪的时候读，写就绪的时候写。
每次向选择器注册通道时就会创建一个SelectionKey键，也就是选择管理这个通道。通过调用某个SelectionKey的 cancel 方法、关闭其通道，或者通过关闭其选择器来取消 该键之前，它一直保持有效。
public class ChatServer { // 存储客户端信息,一个客户端一个Channel private static Map<String, SocketChannel> map = new HashMap<>(); public static void main(String[] args) throws IOException { // 创建选择器 Selector selector = Selector.open(); //创建服务端的通道 ServerSocketChannel serverSocketChannel1 = ServerSocketChannel.open(); // 将该通道设置为非阻塞方式 serverSocketChannel1.configureBlocking(false); // 创建Socket ServerSocket serverSocket = serverSocketChannel1.socket(); // 绑定端口 serverSocket.bind(new InetSocketAddress(8888)); // 为ServerSocketChannel注册对对客户端请求连接事件感兴趣 // 此时该channel处于选择器得管理之下 serverSocketChannel1.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT); // 因为不清楚有多少客户端会连接,所以是while(true) while (true) { // 该方法将一直阻塞，知道选择器管理的通道上有选择器感兴趣的事件发生。 selector.select(); // 每次向选择器注册通道时就会创建一个SelectionKey键 // 每个SelectionKey与对应的通道相连,存储通道的状态 // 一个客户端一个SocketChannel Set<SelectionKey> keys = selector.selectedKeys(); Iterator<SelectionKey> iterator = keys.iterator(); while (iterator.hasNext()) { SocketChannel clietChannel = null; SelectionKey key = iterator.next(); // 如果有客户端请求建立连接 if (key.isAcceptable()) { // 获取SelectionKey关联的通道 ServerSocketChannel serverSocketChannel = (ServerSocketChannel) key.channel(); // 提取请求,获取对应的socketChannel clietChannel = serverSocketChannel.accept(); // 将处理对应的客户端信息socketChannel设置为非阻塞 clietChannel.configureBlocking(false); // 为该通道注册读就绪事件, 选择器会询问该通道的状态,当该通道就绪时, clietChannel.register(selector, SelectionKey.OP_READ); // 记录处理对应客户端的channel String id = "key=" + (int) (Math.random() * 9000 + 1000); map.put(id, clietChannel); } else if (key.isReadable()) { //读就绪,通过通道向缓冲区中取数据 clietChannel = (SocketChannel) key.channel(); ByteBuffer byteBuffer = ByteBuffer.allocate(1024); String receiveMsg = null; int result = -1; try { result = clietChannel.read(byteBuffer); } catch (IOException e) { // 正在读的时候服务端断开连接,此时数据无法继续读取 String clientKey = getClientKey(clietChannel); System.out.println("退出了战场:" + clientKey); map.remove(clientKey); // 释放资源 clietChannel.close(); key.cancel(); continue; } if (result > 0) { // 读之前要flip byteBuffer.flip(); //防止乱码 Charset charset = Charset.forName("UTF-8"); receiveMsg = String.valueOf(charset.decode(byteBuffer).array()); System.out.println(clietChannel + ":" + receiveMsg); if ("conncet".equals(receiveMsg)) { receiveMsg = "新客户端上线"; } System.out.println("读到了信息" + receiveMsg); //将信息搭载在key上,为广播出去做准备。 // 因为我们做的是聊天室,相当于群聊。 key.attach(receiveMsg); // key关联通道,给key注册就相当于给通道注册。 // 给对应的通道注册写事件。 key.interestOps(SelectionKey.OP_WRITE); } } else if (key.isWritable()) { //channel可以读可以写 clietChannel = (SocketChannel) key.channel(); // 获取对应的客户端 String name = getClientKey(clietChannel); for (Map.Entry<String, SocketChannel> entrySet : map.entrySet()) { SocketChannel entryValue = entrySet.getValue(); ByteBuffer broadCast = ByteBuffer.allocate(1024); broadCast.put((name + ":" + key.attachment()).getBytes()); broadCast.flip(); //将缓冲区的东西发送给每一个通道 entryValue.write(broadCast); } // 给key关联的通道注册读事件。 key.interestOps(SelectionKey.OP_READ); } else { System.out.println("hello world"); } } //清空 keys.clear(); } } private static String getClientKey(SocketChannel clietChannel) { String key = null; Set<Map.Entry<String, SocketChannel>> entrySet = map.entrySet(); for (Map.Entry<String, SocketChannel> value : entrySet) { if (value.getValue() == clietChannel) { key = value.getKey(); break; } } return key; } } 复制代码
为什么清空keys?
为什么最后清空 Set<SelectionKey>？我清空了还怎么用?让我来解释一下，事实上选择器维护了三张表(三个集合)。
- 注册表: 当我们为通道注册事件，也就是将该通道纳入到选择器得管辖范围之内时，也就是channel.register。就会产生一个对应的key进入这张表。只有当我们调用key.cancel()方法时,这个key才会被移除。通过Selector类中的keys()返回这个集合。
- 已就绪表: 当我们调用selector.select()方法,这个选择器进入注册表查找,查看哪个通道上的事件是已经就绪了,然后将这些可就绪的key(就是selectionKey,通过selectionKey获取所关联通道的状态,即通道上的事件是否就绪),这个表不会被选择器清空,即使我们再次调用selector.select(),他也不会清空这张表中已存在的key。
- 通道脱离管辖表: 也就是说selectionKey调用cancle()方法,那么该selectionKey所对应的通道将会脱离选择器的管辖。
这就是我们最后调用清空keys集合的原因,如果遍历该集合之后，所有就绪的事件都已经处理而不清空，那么下次就绪的key我们就获取不到。因为set是不可重复的。每次执行完selector.select(),选择器都会轮询被管理的通道，将通道上感兴趣的事件就绪的通道所对应的selectionKey加入到已就绪的表中。
为什么在写事件就绪之后,还要为通道注册读事件
我们要聊聊写事件,写事件就绪的条件很容易满足,就是操作系统给对应socket分配的缓冲区还有空闲,一般情况下都要满足。 key.interestOps(SelectionKey.OP_READ)相当于给该通道注册读事件,等价于取消掉key关联通道对写事件感兴趣。因为一个key目前只能对一个事件感兴趣。如果你不取消对写事件感兴趣,那么写事件会不断的被触发。
聊天室客户端
public class ChatClient { public static void main(String[] args) { try { //客户端用socketchannel SocketChannel socketChannel = SocketChannel.open(); // 将该通道设置为非阻塞 socketChannel.configureBlocking(false); // 创建选择器 Selector selector = Selector.open(); // 确定服务端 socketChannel.connect(new InetSocketAddress("127.0.0.1",8888)); // 将该通道纳入选择器得管理范围之下。客户端只有跟服务端建立连接,因此对连接感兴趣就好 socketChannel.register(selector, SelectionKey.OP_CONNECT); while (true){ // 轮询通道的感兴趣事件是否就绪,有就绪事件即返回。没有就一直陷入阻塞 selector.select(); // 获取就绪的通道 Set<SelectionKey> selectKeys = selector.selectedKeys(); Iterator<SelectionKey> keyIterator = selectKeys.iterator(); while(keyIterator.hasNext() ){ SelectionKey selectKey = keyIterator.next(); // 判断连接是否完成 if (selectKey.isConnectable()){ ByteBuffer sendBuffer = ByteBuffer.allocate(1024); SocketChannel clientChannel = (SocketChannel)selectKey.channel(); // 首次连接完成后,程序内部仍然需要一些处理，判断处理是否完成。 // 这一行可以去掉,只是为了说明这个方法。未完成连接时返回false if (clientChannel.isConnectionPending()){ // 只完成一次,当通道完成连接后,返回为true if (clientChannel.finishConnect()) { System.out.print("连接服务端成功"); sendBuffer.put("conncet".getBytes()); sendBuffer.flip(); clientChannel.write(sendBuffer); } } // 启动一个线程监听用户的输入,在目前这种模式下。用户随时可以写。随时发送信息 new Thread(()->{ while (true){ sendBuffer.clear(); InputStreamReader reader = new InputStreamReader(System.in); BufferedReader bufferReader = new BufferedReader(reader); try { String message = bufferReader.readLine(); sendBuffer.put(message.getBytes()); sendBuffer.flip(); clientChannel.write(sendBuffer); } catch (IOException e) { e.printStackTrace(); } } }).start(); // 连接就绪,注册对读事件感兴趣 clientChannel.register(selector,SelectionKey.OP_READ); }else if(selectKey.isReadable()){ ByteBuffer readBuffer = ByteBuffer.allocate(1024); SocketChannel clientChannel = (SocketChannel)selectKey.channel(); int len = clientChannel.read(readBuffer); if (len > 0){ String receive = new String(readBuffer.array(), 0, len); System.out.println(receive); } } } selectKeys.clear(); } } catch (IOException e) { e.printStackTrace(); } } } 复制代码
运行结果截图
小结
这方面网络编程相关方面优秀的资料还是比较少的，值得注意的是java的NIO中的选择器还存在着一个危险的空轮询BUG,这是JDK貌似还没解决的问题，有时间会再专门写篇博客来讨论这个问题，不过不要担心，已经被netty给解决了，生态好就是强，这是后话了，
