7. 彤哥说netty系列之Java NIO中心组件之Selector_腾讯云双十一,服务器

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——日拱一卒,不期而至!

7. 彤哥说netty系列之Java NIO中心组件之Selector_腾讯云双十一,服务器

你好,我是彤哥,本篇是netty系列的第七篇。

简介

上一章我们一同进修了Java NIO的中心组件Buffer,它一般跟Channel一同运用,然则它们在收集IO中又该怎样运用呢,本日我们将一同进修另一个NIO中心组件——Selector,没有它能够说就干不起来收集IO。

观点

我们先来看两段Selector的解释,见类java.nio.channels.Selector

解释I

A multiplexor of {@link SelectableChannel} objects.

它是SelectableChannel对象的多路复用器,从这里我们也能够晓得Java NIO实际上是多路复用IO。

SelectableChannel有几个子类,你会异常熟习:

  • DatagramChannel,UDP协定衔接
  • SocketChannel,TCP协定衔接
  • ServerSocketChannel,特地处置惩罚TCP协定Accept事宜

我们有必要温习一下多路复用IO的流程

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第一阶段经由过程select去轮询搜检有无衔接预备好数据,第二阶段把数据从内核空间拷贝到用户空间。

在Java中,就是经由过程Selector这个多路复用器来完成第一阶段的。

解释II

A selector may be created by invoking the {@link #open open} method of this class, which will use the system's default {@link java.nio.channels.spi.SelectorProvider selector provider} to create a new selector. A selector may also be created by invoking the {@link java.nio.channels.spi.SelectorProvider#openSelector openSelector} method of a custom selector provider. A selector remains open until it is closed via its {@link #close close} method.

Selector能够经由过程它自己的open()要领建立,它将经由过程默许的java.nio.channels.spi.SelectorProvider类建立一个新的Selector。也能够经由过程完成java.nio.channels.spi.SelectorProvider类的笼统要领openSelector()来自定义完成一个Selector。Selector一旦建立将会一向处于open状况直到挪用了close()要领为止。

那末,默许运用的Selector究竟是哪一个呢?

经由过程跟踪源码:

> java.nio.channels.Selector#open()
  1> java.nio.channels.spi.SelectorProvider#provider()
    1.1> sun.nio.ch.DefaultSelectorProvider#create() // 返回WindowsSelectorProvider
  2> sun.nio.ch.WindowsSelectorProvider#openSelector() // 返回WindowsSelectorImpl

能够看到,在Windows平台下,默许完成的Provider是WindowsSelectorProvider,它的openSelector()要领返回的是WindowsSelectorImpl,它就是Windows平台默许的Selector完成。

为何要提到在Windows平台呢,岂非在Linux下面完成不一样?

是滴,由于收集IO是跟操作体系息息相干的,差别的操作体系的完成大概都不一样,Linux下面JDK的完成完整不一样,那末我们为何没有感知到呢?我的代码在Windows下面写的,拿到Linux下面不是一样运转?那是Java虚拟机(或许说Java运转时环境)帮我们把这个事干了,它屏障了跟操作体系相干的细节,这也是Java代码能够“Write Once, Run Anywhere”的精华地点。

Selector与Channel的关联

上面我们说了selector是多路复用器,它是在收集IO的第一阶段用来轮询搜检有无衔接预备好数据的,那末它和Channel是什么关联呢?

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Selector经由过程不停轮询的体式格局同时监听多个Channel的事宜,注重,这里是同时监听,一旦有Channel预备好了,它就会返回这些预备好了的Channel,交给处置惩罚线程去处置惩罚。

所以,在NIO编程中,经由过程Selector我们就完成了一个线程同时处置惩罚多个衔接要求的目的,也能够肯定顺序下降服务器资本的斲丧。

基础用法

建立Selector

经由过程挪用Selector.open()要领是我们经常使用的体式格局:

Selector selector = Selector.open();

固然,也能够经由过程完成java.nio.channels.spi.SelectorProvider.openSelector()笼统要领自定义一个Selector。

将Channel注册到Selector上

为了将Channel跟Selector绑定在一同,须要将Channel注册到Selector上,挪用Channel的register()要领即可:

channel.configureBlocking(false);

SelectionKey key = channel.register(selector, SelectionKey.OP_READ);

Channel必需黑白壅塞形式才注册到Selector上,所以,没法将一个FileChannel注册到Selector,由于FileChannel没有所谓的壅塞还黑白壅塞形式,本文来源于工从号彤哥读源码。

注册的时候第二个参数传入的是监听的事宜,一共有四种事宜:

  • Connect
  • Accept
  • Read
  • Write

当Channel触发了某个事宜,一般也叫作谁人事宜停当了。比方,数据预备好能够读取了就叫作读停当了,同样地,另有写停当、衔接停当、接收停当,固然背面两个不常听到。

在Java中,这四种监听事宜是定义在SelectionKey中的:

  • SelectionKey.OP_READ,值为 1 << 0 = 0000 0001
  • SelectionKey.OP_WRITE,值 为 1 << 2 = 0000 0100
  • SelectionKey.OP_CONNECT,值为 1 << 3 = 0000 1000
  • SelectionKey.OP_ACCEPT,值为 1 << 4 = 0001 0000

所以,也能够经由过程位或敕令监听多个感兴趣的事宜:

int interestSet = SelectionKey.OP_READ | SelectionKey.OP_WRITE;

SelectionKey

正如上面所看到的,Channel注册到Selector后返回的是一个SelectionKey,所以SelectionKey又能够看做是Channel和Selector之间的一座桥梁,把二者绑定在了一同。

SelectionKey具有以下几个主要属性:

  • interest set,感兴趣的事宜集
  • ready set,停当的事宜集
  • 保留着的Channel
  • 保留着的Selector
  • attached object,附件

interest set

内里保留了注册Channel到Selector时传入的第二个参数,即感兴趣的事宜集。

int interestSet = selectionKey.interestOps();

boolean isInterestedInAccept  = interestSet & SelectionKey.OP_ACCEPT;
boolean isInterestedInConnect = interestSet & SelectionKey.OP_CONNECT;
boolean isInterestedInRead    = interestSet & SelectionKey.OP_READ;
boolean isInterestedInWrite   = interestSet & SelectionKey.OP_WRITE;    

能够经由过程位与运算检察是不是注册了响应的事宜。

ready set

内里保留了停当了的事宜集。

int readySet = selectionKey.readyOps();
selectionKey.isAcceptable();
selectionKey.isConnectable();
selectionKey.isReadable();
selectionKey.isWritable();

能够经由过程readyOps()要领猎取一切停当了的事宜,也能够经由过程isXxxable()要领搜检某个事宜是不是停当。

保留的Channel和Selector

Channel  channel  = selectionKey.channel();

Selector selector = selectionKey.selector();    

经由过程channel()selector()要领能够猎取绑定的Channel和Selector。

attachment

能够挪用attach(obj)要领绑定一个对象到SelectionKey上,并在背面须要用到的时候经由过程attachment()要领掏出绑定的对象,也能够翻译为附件,它能够看做是数据通报的一种序言,跟ThreadLocal有点相似,在前面绑定数据,在背面运用。

selectionKey.attach(theObject);

Object attachedObj = selectionKey.attachment();

固然,也能够在注册Channel到Selector的时候就绑定附件:

SelectionKey key = channel.register(selector, SelectionKey.OP_READ, theObject);

Selector.select()

一旦将一个或多个Channel注册到Selector上了,我们就能够挪用它的select()要领了,它会返回注册时感兴趣的事宜中停当的事宜,本文来源于工从号彤哥读源码。

select()要领有三种变体:

  • select(),无参数,壅塞直到某个Channel有停当的事宜了才返回(固然是我们注册的感兴趣的事宜)
  • select(timeout),带超时,壅塞直到某个Channel有停当的事宜了,或许超时了才返回
  • selectNow(),马上返回,不会壅塞,不论有无停当的Channel都马上返回

select()的返回值为int范例,示意两次select()之间停当的Channel,纵然上一次挪用select()时返回的停当Channel没有被处置惩罚,下一次挪用select()也不会再返回上一次停当的Channel。比方,第一次挪用select()返回了一个停当的Channel,然则没有处置惩罚它,第二次挪用select()时又有一个Channel停当了,那也只会返回1,而不是2。

Selector.selectedKeys()

一旦挪用select()要领返回了有停当的Channel,我们就能够运用selectedKeys()要领来猎取停当的Channel了。

Set<SelectionKey> selectedKeys = selector.selectedKeys();    

然后,就能够遍历这些SelectionKey来检察感兴趣的事宜是不是停当了:

Set<SelectionKey> selectedKeys = selector.selectedKeys();

Iterator<SelectionKey> keyIterator = selectedKeys.iterator();

while(keyIterator.hasNext()) {
    
    SelectionKey key = keyIterator.next();

    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
    }

    keyIterator.remove();
}

末了,肯定要记得挪用keyIterator.remove();移除已处置惩罚的SelectionKey。

Selector.wakeup()

前面我们说了挪用select()要领时,挪用者线程会进入壅塞状况,直到有停当的Channel才会返回。实在也不肯定,wakeup()就是用来损坏划定规矩的,能够在别的一个线程挪用wakeup()要领强行叫醒这个壅塞的线程,如许select()要领也会马上返回。

假如挪用wakeup()时并没有线程壅塞在select()上,那末,下一次挪用select()将马上返回,不会进入壅塞状况。这跟LockSupport.unpark()要领是比较相似的。

Selector.close()

挪用close()要领将会封闭Selector,同时也会将关联的SelectionKey失效,但不会封闭Channel。

举个栗子

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public class EchoServer {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        // 建立一个Selector
        Selector selector = Selector.open();
        // 建立ServerSocketChannel
        ServerSocketChannel serverSocketChannel = ServerSocketChannel.open();
        // 绑定8080端口
        serverSocketChannel.bind(new InetSocketAddress(8080));
        // 设置为非壅塞形式,本文来源于工从号彤哥读源码
        serverSocketChannel.configureBlocking(false);
        // 将Channel注册到selector上,并注册Accept事宜
        serverSocketChannel.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT);

        while (true) {
            // 壅塞在select上
            selector.select();

            // 假如运用的是select(timeout)或selectNow()须要推断返回值是不是大于0

            // 有停当的Channel
            Set<SelectionKey> selectionKeys = selector.selectedKeys();
            // 遍历selectKeys
            Iterator<SelectionKey> iterator = selectionKeys.iterator();
            while (iterator.hasNext()) {
                SelectionKey selectionKey = iterator.next();
                // 假如是accept事宜
                if (selectionKey.isAcceptable()) {
                    // 强迫转换为ServerSocketChannel
                    ServerSocketChannel ssc = (ServerSocketChannel) selectionKey.channel();
                    SocketChannel socketChannel = ssc.accept();
                    System.out.println("accept new conn: " + socketChannel.getRemoteAddress());
                    socketChannel.configureBlocking(false);
                    // 将SocketChannel注册到Selector上,并注册读事宜
                    socketChannel.register(selector, SelectionKey.OP_READ);
                } else if (selectionKey.isReadable()) {
                    // 假如是读取事宜
                    // 强迫转换为SocketChannel
                    SocketChannel socketChannel = (SocketChannel) selectionKey.channel();
                    // 建立Buffer用于读取数据
                    ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024);
                    // 将数据读入到buffer中
                    int length = socketChannel.read(buffer);
                    if (length > 0) {
                        buffer.flip();
                        byte[] bytes = new byte[buffer.remaining()];
                        // 将数据读入到byte数组中
                        buffer.get(bytes);

                        // 换行符会随着音讯一同传过来
                        String content = new String(bytes, "UTF-8").replace("\r\n", "");
                        if (content.equalsIgnoreCase("quit")) {
                            selectionKey.cancel();
                            socketChannel.close();
                        } else {
                            System.out.println("receive msg: " + content);
                        }
                    }
                }
                iterator.remove();
            }
        }
    }
}

总结

本日我们进修了Java NIO中心组件Selector,到这里,NIO的三个最主要的中心组件我们就进修终了了,说实话,NIO这块最主要的照样头脑的问题,时候记住在NIO中一个线程是能够处置惩罚多个衔接的。

看着Java原生NIO完成收集编程好像也没什么难题的吗?那末为何还要有Netty呢?下一章我们将正式进入Netty的进修当中,我们将在个中寻觅答案。

末了,也欢迎来我的工从号彤哥读源码体系地进修源码&架构的学问。

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