NIO - selector简单介绍

智商低情商凑2024-12-09 21:50

一 前言

selector作为NIO当中三大组件之一，是处理NIO非阻塞模式下的核心组件，它允许一个单个线程管理多个通道。

NIO下的阻塞模式

因为对于阻塞模式下的NIO模式，存在很大的问题，即使在单线程下，对应的服务端也会一直进行等待客户端的连接，甚至在建立连接之后读写模式下也会阻塞，这就导致只能让当前访问结束之后才能进行下一个客户端的访问，无法并行访问。这里我们主要介绍

NIO下的非阻塞模式

对于NIO下的非阻塞模式，我们只需要对于channel通道关闭阻塞模式即可。

java 复制代码 
        //1。注册连接 创建连接通道
        ServerSocketChannel serverSocketChannel = ServerSocketChannel.open();
        //1.1 设置为非阻塞模式
        serverSocketChannel.configureBlocking(false);

Server层代码：

java 复制代码 
public class Server {
    private static final Logger log = LoggerFactory.getLogger(Server.class);
    //创建集合，存储对应的客户端信息
    public static ArrayList<SocketChannel> socketChannels = new ArrayList<>();
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        //0.设置byteBuffer缓冲区存储数据
        ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024);
        //1。注册连接 创建连接通道
        ServerSocketChannel serverSocketChannel = ServerSocketChannel.open();
        //1.1 设置为非阻塞模式
        serverSocketChannel.configureBlocking(false);
        //2.设置监听端口
        serverSocketChannel.bind(new InetSocketAddress(8080));
        while (true) {
            log.debug("connecting");
            //3.创建与客户端之间的连接 每有一个客户端连接，都会从这里进行监听
            //3.1 非阻塞模式下，说客户端与服务端连接的建立在这里不会堵塞，会直接通行，但是这里如果没有对应的客户端访问
            //那么返还值就为NULL，根据这个我们可以加一些判断对于这些空值进行处理
            SocketChannel accept = serverSocketChannel.accept();
            if (accept != null) {
                //添加数据
                socketChannels.add(accept);
            }
            for (SocketChannel socketChannel : socketChannels) {
                //获取数据
                log.debug("准备读取数据了！");
                //在非阻塞模式下，这里的读取也不会再停止，对应的会继续运行，如果没有读取到数据将会返还为空
                int read = socketChannel.read(buffer.flip());
                //读取数据
                buffer.flip();
                if (read!=0){
                    log.debug(String.valueOf(buffer));
                    log.debug("数据读取完毕");
                }
                //清空数据变为读取 清空数据
                buffer.clear();
            }
        }
    }
}

Client层代码：

java 复制代码 
//客户端
public class Client {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        //1.创建连接通道
        SocketChannel socketChannel = SocketChannel.open();
        //2.设置连接服务器的地址
        socketChannel.connect(new InetSocketAddress("127.0.0.1", 8080));
        System.out.println("waiting for connection");
        socketChannel.write(Charset.defaultCharset().encode("Hello World!"));
    }
}

Tips: 在非阻塞模式下有两点需要注意， 在服务端与客户端之间创建连接的时候，如果当前没有服务端连接，返还的值变为NULL，如下操作

java 复制代码 
            //那么返还值就为NULL，根据这个我们可以加一些判断对于这些空值进行处理
            SocketChannel accept = serverSocketChannel.accept();

另一方面，在进行读取操作的时候也是一样，如果对应的客户端没有发送消息，读取的数据就会为0，因此我们可以在此基础上添加一些判断条件，如下

java 复制代码 
  int read = socketChannel.read(buffer.flip());
                //读取数据
                buffer.flip();
                if (read!=0){
                    log.debug(String.valueOf(buffer));
                    log.debug("数据读取完毕");
                }

缺点：但是NIO非阻塞模式解决了阻塞模式下各种操作执行之间的阻塞关系，不会因为当前没有客户端连接而阻塞，换为一直都在执行当中。但是同时的也带来了一定的问题：一直循环不断的连接(accept)与读(read)，如果我们一直都没有客户端连接，那么就会造成CPU资源的浪费，即使没有数据读写，也会让CPU一直处于资源消耗中~

二 Slector模式

在我之前的博客当中有对于NIO一些基础知识的介绍，也有关Selector这方面的介绍，多家对比，大家可以去看看呦 ^ - ^

Netty - NIO基础学习-CSDN博客

这里我就直接写一个比较基础的Selector代码，其中先不包含读写，仅仅包含如何使用Selector进行与客户端之间建立连接，以及如何监听客户端，让客户端与服务端之间建立连接

Server层：

java 复制代码 
public class Server {
    private static final Logger log = LoggerFactory.getLogger(Server.class);
    //创建集合，存储对应的客户端信息
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        //1.创建Selector
        Selector selector = Selector.open();
        //2.创建服务端通道
        ServerSocketChannel ssc = ServerSocketChannel.open();
        ssc.configureBlocking(false);
        ssc.socket().bind(new InetSocketAddress("127.0.0.1", 8080));
        //3.创建客户端与Selector之间的连接,将两者之间建立连接
        SelectionKey sscKey = ssc.register(selector, 0, null);
        //4.建立连接之后就需要绑定对应的channel的事件类型，事件类型包括四种:accept connect read write 是哪一种事件需要我们自己进行绑定
        //这里我们这个SelectionKey作为管理员只需要关注对应的客户端是否建立连接即可
        sscKey.interestOps(SelectionKey.OP_ACCEPT);
        while (true) {
            //5.使用select进行检查，如果没有事件发生就在这里阻塞，有事件发生才会继续进行 这里类似一个监听器，如果有连接这种事件发生才会执行之后的操作
            selector.select();
            //6.使用迭代器处理发生的事件 selectKeys当中会存储所有的KEY，这里如果我们想要对其进行更多的操作，例如删除。那么就必须使用到迭代器
            Iterator<SelectionKey> iterator = selector.selectedKeys().iterator();
            while (iterator.hasNext()) {
                //获取KEY
                SelectionKey key = iterator.next();
                log.debug("Selected key: {}", key);
                //6.使用KEY获取对应的SSC之后创建连接
                ServerSocketChannel channel = (ServerSocketChannel) key.channel();
                channel.accept();
                log.debug("Accepted connection");
            }
        }
    }
}

Cilent层：

java 复制代码 
//客户端
public class Client {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        //1.创建连接通道
        SocketChannel socketChannel = SocketChannel.open();
        //2.设置连接服务器的地址
        socketChannel.connect(new InetSocketAddress("127.0.0.1", 8080));
        System.out.println("waiting for connection");
        socketChannel.write(Charset.defaultCharset().encode("Hello World!"));
    }
}

在使用Selector的时候需要注意几点：

1.建立与channel之间的关联

首先便是建立起Selector跟对应的Channel之间的关联

我们需要使用到ServerSocketChannel下的注册，用以建立关联

java 复制代码 
//3.创建客户端与Selector之间的连接,将两者之间建立连接
        SelectionKey sscKey = ssc.register(selector, 0, null);

2.SelectionKey绑定对应的channel事件

这里先简单说一下channel的几个事件类型，主要有：

accept: 建立客户端与服务端之间的连接

connect: 客户端与服务端连接建立之后自动触发的

read: 读操作

write: 写操作

当前的selector只需要作为一个管理员，管理对应其自己的事件即可，所以我们需要设置与对应KEY的关联channel事件类型，如下图：

设定完成之后，如果触发了对应的事件，选择器就会监听到

3.触发事件select()

这里我们需要用到selector的核心方法 - select()方法。

select方法会处于阻塞状态，除非 ：

1> 已注册通道好的已经开始发送I/O请求

2>线程中断

3>当前的选择器Slector已被关闭

select有一个返回值，代表的是当前选择器当中已经准备好I/O请求的通道个数

也就是说，客户端向服务端发送请求的时候，非阻塞状态才会被激活。

select成功激活之后，会将当前检测到的事件的SelectKey放进迭代器当中

但是迭代器当中的数据是不会自动删除的，这一点很重要

建立连接之后执行的代码逻辑如下：

java 复制代码 
        while (true) {
            //5.使用select进行检查，如果没有事件发生就在这里阻塞，有事件发生才会继续进行 这里类似一个监听器，如果有连接这种事件发生才会执行之后的操作
            selector.select();
            //6.使用迭代器处理发生的事件 selectKeys当中会存储所有的KEY，这里如果我们想要对其进行更多的操作，例如删除。那么就必须使用到迭代器
            Iterator<SelectionKey> iterator = selector.selectedKeys().iterator();
            while (iterator.hasNext()) {
                //获取KEY
                SelectionKey key = iterator.next();
                log.debug("Selected key: {}", key);
                //6.使用KEY获取对应的SSC之后创建连接
                ServerSocketChannel channel = (ServerSocketChannel) key.channel();
                channel.accept();
                log.debug("Accepted connection");
            }
        }

三 selector处理读写

我们需要谨记一个概念，一个Selector当中可以存储多个KEY，那么实际上读写操作也就是再创建一个KEY放入Selector当中，并设置对应的事件类型即可！

上文提到，只要有对应的事件触发，那么select就会将其放置到迭代器的循环当中，也就是说所有事件类型的KEY，都会被存放在其中，但是不同的事件类型实际上执行的代码是不一样的，所以我们需要在迭代循环的时候根据KEY的事件类型不同进行区分

综上，我们改良之后的Server代码如下:

java 复制代码 
public class Server {
    private static final Logger log = LoggerFactory.getLogger(Server.class);
    //创建集合，存储对应的客户端信息
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        //1.创建Selector
        Selector selector = Selector.open();
        //2.创建服务端通道
        ServerSocketChannel ssc = ServerSocketChannel.open();
        ssc.configureBlocking(false);
        ssc.socket().bind(new InetSocketAddress("127.0.0.1", 8080));
        //3.创建客户端与Selector之间的连接,将两者之间建立连接
        SelectionKey sscKey = ssc.register(selector, 0, null);
        //4.建立连接之后就需要绑定对应的channel的事件类型，事件类型包括四种:accept connect read write 是哪一种事件需要我们自己进行绑定
        //这里我们这个SelectionKey作为管理员，只需要关注对应的客户端是否建立连接即可
        //我们设置当前的KEY用来专门管理客户端的连接 accept()
        sscKey.interestOps(SelectionKey.OP_ACCEPT);
        while (true) {
            //5.使用select进行检查，如果没有事件发生就在这里阻塞，有事件发生才会继续进行 这里类似一个监听器，如果有连接这种事件发生才会执行之后的操作
            selector.select();
            //6.使用迭代器处理发生的事件 selectKeys当中会存储所有的KEY，这里如果我们想要对其进行更多的操作，例如删除。那么就必须使用到迭代器
            Iterator<SelectionKey> iterator = selector.selectedKeys().iterator();
            while (iterator.hasNext()) {
                //获取KEY
                SelectionKey key = iterator.next();
                //判断对应的KEY的类型
                if (key.isAcceptable()) {
                    log.debug("Accept Selected key: {}", key);
                    //6.使用KEY获取对应的SSC之后创建连接
                    ServerSocketChannel serverSocketChannel = (ServerSocketChannel) key.channel();
                    //创建连接，返还客户端连接通道
                    SocketChannel sc = serverSocketChannel.accept();
                    sc.configureBlocking(false);
                    SelectionKey ssKey = sc.register(selector, SelectionKey.OP_READ);
                    //绑定事件
                    ssKey.interestOps(SelectionKey.OP_READ);
                    log.debug("Accept connection");
                } else if (key.isReadable()) {
                    //如果对应的KEY是读取类型的
                    ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024);
                    SocketChannel channel = (SocketChannel) key.channel();
                    channel.read(buffer);
                    buffer.flip();
                    System.out.println(buffer);
                    buffer.compact();
                }

            }
        }
    }
}

其实上面的代码没有变化，知识迭代的过程代码发生变化：

1>对读(Read)操作开创新的KEY

在连接之后，又注册了当前通道的KEY，设置其事件类型为READ，并且将其交给selector管理

java 复制代码 
if (key.isAcceptable()) {
                    log.debug("Accept Selected key: {}", key);
                    //6.使用KEY获取对应的SSC之后创建连接
                    ServerSocketChannel serverSocketChannel = (ServerSocketChannel) key.channel();
                    //创建连接，返还客户端连接通道
                    SocketChannel sc = serverSocketChannel.accept();
                    sc.configureBlocking(false);
                    SelectionKey ssKey = sc.register(selector, SelectionKey.OP_READ);
                    //绑定事件
                    ssKey.interestOps(SelectionKey.OP_READ);
                    log.debug("Accept connection");
                }

2>新增有关读取数据的操作

java 复制代码 
else if (key.isReadable()) {
                    //如果对应的KEY是读取类型的
                    ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024);
                    SocketChannel channel = (SocketChannel) key.channel();
                    channel.read(buffer);
                    buffer.flip();
                    System.out.println(buffer);
                    buffer.compact();
                }

但是以上代码还是存在弊端，运行之后，发现报错

分析一下案发现场：

我们上面提到，执行select之后，变为非阻塞状态，==》 之后会将对应的事件的KEY交给下边的迭代器集合。这里我们的客户端发送了连接申请，并且写入了数据。

1.那么我们的服务器检测到事件之后，将连接申请相关事件的KEY提交给selectKeys的集合当中（也就是迭代器集合）

2.类型匹配，匹配到了key.isAcceptable()，进入并且创建连接，又新增一个KEY，绑定读操作事件，当前if结束

3.循环回到accept(),检测到写操作，之后将写操作的KEY提交给selectKeys当中

4.类型匹配，我们发现，之前已经完成过的事件，也就是连接事件依旧存在于迭代循环当中！但是我们这个事件已经处理结束！因此，accept()之后的数据为NULL

真相大白，其实就是因为我们没有删除对应在selectKeys集合当中已执行的KEY所导致的。

这也就是为什么必须使用iterator.remove（）的原因了。

在一开始迭代就删除当前的元素即可。

java 复制代码 
while (iterator.hasNext()) {
                //在一开始执行就直接移除这个KEY
                iterator.remove();
                //获取KEY
                SelectionKey key = iterator.next();
                //判断对应的KEY的类型
                if (key.isAcceptable()) {
                    log.debug("Accept Selected key: {}", key);
                    //6.使用KEY获取对应的SSC之后创建连接
                    ServerSocketChannel serverSocketChannel = (ServerSocketChannel) key.channel();
                    //创建连接，返还客户端连接通道
                    SocketChannel sc = serverSocketChannel.accept();
                    sc.configureBlocking(false);
                    SelectionKey ssKey = sc.register(selector, SelectionKey.OP_READ);
                    //绑定事件
                    ssKey.interestOps(SelectionKey.OP_READ);
                    log.debug("Accept connection");
                } else if (key.isReadable()) {
                    //如果对应的KEY是读取类型的
                    ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024);
                    SocketChannel channel = (SocketChannel) key.channel();
                    channel.read(buffer);
                    buffer.flip();
                    System.out.println(buffer);
                    buffer.compact();
                }

            }

今天写这个写了不少时间，明日继续更新，大家是不是都要考六级了呢 = -- = 艾

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