NIO 之 Selector实现原理

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2018/06/22 14:29
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概述

Selector允许单线程处理多个 Channel。如果你的应用打开了多个连接(通道),但每个连接的流量都很低,使用Selector就会很方便。例如,在一个聊天服务器中。

这是在一个单线程中使用一个Selector处理3个Channel的图示:

selector与channel关系

要使用Selector,得向Selector注册Channel,然后调用它的select()方法。这个方法会一直阻塞到某个注册的通道有事件就绪。一旦这个方法返回,线程就可以处理这些事件,事件的例子有如新连接进来,数据接收等。

Selector 作用

仅用单个线程来处理多个Channels的好处是,只需要更少的线程来处理通道。事实上,可以只用一个线程处理所有的通道。对于操作系统来说,线程之间上下文切换的开销很大,而且每个线程都要占用系统的一些资源(如内存)。因此,使用的线程越少越好。
Selector能够在单个线程中处理多个通道,这样可以减少多个线程造成上下文切换问题。

Selector 源码分析

public abstract class Selector implements Closeable {
    protected Selector() { }
    public static Selector open() throws IOException {
        return SelectorProvider.provider().openSelector();
    }
    public abstract boolean isOpen();
    public abstract SelectorProvider provider();
    public abstract Set<SelectionKey> keys();
    public abstract Set<SelectionKey> selectedKeys();
    public abstract int selectNow() throws IOException;
    public abstract int select(long timeout) throws IOException;
    public abstract int select() throws IOException;
    public abstract Selector wakeup();
    public abstract void close() throws IOException;

Selector 是个抽象类,提供一个静态的方法获取Selector子类SelectorImpl的实例。

下面分析Selector的几个方法

register 方法

该方法是在 Channel的register方法中调用的。具体详见NIO 之 Channel实现原理

register 方法

  1. 通过channel和selector构造一个SelectionKey的实例。
  2. SelectionKey 注册感兴趣的事件

这四种事件用SelectionKey的四个常量来表示:
SelectionKey.OP_CONNECT
SelectionKey.OP_ACCEPT
SelectionKey.OP_READ
SelectionKey.OP_WRITE

select 方法

不同的 Channel 注册到 Selector 后,就可以随时查询 Selector ,找出哪些 Channel 已经准备好可以进行处理。Channel 可能准备好上面注册到 Selector 感兴趣事件中的一个或多个。

  1. select()
    获取就绪的 Channel,阻塞方法,没有就绪的 Channel 就一直阻塞该线程。
public int select() throws IOException {
    return select(0);
}
  1. select(long timeout)
    获取就绪的 Channel, 阻塞方法,阻塞 timeout 时间,如果超时还没有就绪的 Channel,返回0,不做任何操作。
public int select(long timeout)
        throws IOException
    {
        if (timeout < 0)
            throw new IllegalArgumentException("Negative timeout");
        return lockAndDoSelect((timeout == 0) ? -1 : timeout);
    }
  1. selectNow()
    获取就绪的 Channel,如果没有就绪的就直接返回,不阻塞当前线程。
public int selectNow() throws IOException {
        return lockAndDoSelect(0);
    }

上面三个 select方法底层都是调用 lockAndDoSelect 方法。
lockAndDoSelect方法的参数值 说明:
-1 : 一直阻塞,直到有就绪的 Channel 可处理
0 : 不阻塞
timout>0: 表示阻塞多长时间(timeout)

keys 方法

获取所有注册到 Selector 上的 SelectionKey
 public Set<SelectionKey> keys() {
    if (!isOpen() && !Util.atBugLevel("1.4")) throw new ClosedSelectorException();
        return publicKeys;
}

selectedKeys 方法

获取所有注册到 Selector 上就绪 Channel 的 SelectionKey 信息。

public Set<SelectionKey> selectedKeys() {
    if (!isOpen() && !Util.atBugLevel("1.4")) throw new ClosedSelectorException();
        return publicSelectedKeys;
}

SelectionKey 解析

SelectionKey 类结构如下:

public abstract class SelectionKey {
    protected SelectionKey() { }
    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;
    //附件信息
    private volatile Object attachment = null;
    ....
}
  • public abstract SelectableChannel channel()
    获取channel对象

  • public abstract Selector selector()
    获取seletor对象

  • public abstract void cancel()
    从 Selector 中取消注册该Channel

  • public abstract int interestOps()
    获取该chennel 注册到 selector 上的事件

  • public abstract SelectionKey interestOps(int ops)
    修改注册到 selector 上的事件

  • public abstract int readyOps()
    是否读就绪

读就绪不等于可读,如果没有注册读事件是不能读的。

  • public final boolean isReadable()
    判断是否可读

  • public final boolean isWritable()
    是否可写

  • public final boolean isConnectable()
    是否已经连接

  • public final Object attach(Object ob)
    添加附件信息

  • public final Object attachment()
    获取附件信息

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