前言
本篇博文是《从 0 到 1 学习 Netty》中 NIO 系列的第三篇博文，主要内容是介绍通过使用 Selector，一个单独的线程可以有效地监视多个通道，从而提高应用程序的处理效率，往期系列文章请访问博主的 Netty 专栏，博文中的所有代码全部收集在博主的 GitHub 仓库中；
介绍
在 Java 中，Selector 是 NIO（New Input/Output）库中的一种对象，用于监控多个通道的状态，例如文件 I/O 或者网络 I/O。
Selector 的工作原理是使用 select() 方法轮询已注册的通道，获取它们的就绪状态，并返回一个已准备好进行 I/O 操作的通道集合。通过使用此机制，可以监视几个通道的状态，并且只有当至少一个通道处于就绪状态时才会执行 I/O 操作，从根本上避免了 CPU 的浪费。
总之，Selector 是一种强大的工具，可实现高效的 I/O 操作和网络编程，因为它能够轻松地监视多个通道的状态并在需要时对它们进行操作。
使用
1、创建 selector，管理多个 channel；
Selector selector = Selector.open();
复制代码
2、注册 selector 和 channel 的联系；
SelectionKey sscKey = ssc.register(selector, 0, null); sscKey.interestOps(SelectionKey.OP_ACCEPT);
复制代码
SelectionKey 表示一个通道（Channel）与一个选择器（Selector）之间的注册关系。每个通道在与选择器进行注册时都会创建一个对应的 SelectionKey 对象，这个对象包含了关于通道和选择器的一些元数据信息。
这里 SelectionKey 调用 register() 方法指定感兴趣的事件类型，绑定的事件类型有以下几种：
3、通过 selector 监听事件，并获得就绪的通道个数，若没有通道就绪，线程会被阻塞：
int count = selector.select();
复制代码
int count = selector.select(long timeout);
复制代码
int count = selector.selectNow();
复制代码
4、处理事件，SelectionKey 内部包含了所有发生的事件：
selector.select();Iterator<SelectionKey> iter = selector.selectedKeys().iterator();while (iter.hasNext()) { SelectionKey key = iter.next(); ServerSocketChannel channel = (ServerSocketChannel) key.channel(); SocketChannel sc = channel.accept();}
复制代码
5、整体代码如下所示：
@Slf4jpublic class SelectorTest { public static void main(String[] args) { try { // 1. 创建选择器来管理多个 channel Selector selector = Selector.open();
ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(16); ServerSocketChannel ssc = ServerSocketChannel.open(); // 通道必须设置为非阻塞模式 ssc.configureBlocking(false);
// 2. 注册 selector 和 channel 的联系 SelectionKey sscKey = ssc.register(selector, 0, null); sscKey.interestOps(SelectionKey.OP_ACCEPT); log.debug("Register Key: {}", sscKey);
ssc.bind(new InetSocketAddress(7999));
while (true) { // 3. 在没有事件发生时，线程阻塞；反之，则线程恢复运行 selector.select();
// 4. 处理事件，SelectionKey 内部包含了所有发生的事件 Iterator<SelectionKey> iter = selector.selectedKeys().iterator();
while (iter.hasNext()) { SelectionKey key = iter.next(); log.debug("Key: {}", key); ServerSocketChannel channel = (ServerSocketChannel) key.channel(); SocketChannel sc = channel.accept(); log.debug("{}", sc); } } } catch (IOException e) { e.printStackTrace(); } }}
复制代码
运行结果：
20:22:20 [DEBUG] [main] c.s.n.c.SelectorTest - Register Key: channel=sun.nio.ch.ServerSocketChannelImpl[unbound], selector=sun.nio.ch.WindowsSelectorImpl@4f51b3e0, interestOps=16, readyOps=020:22:35 [DEBUG] [main] c.s.n.c.SelectorTest - Key: channel=sun.nio.ch.ServerSocketChannelImpl[/[0:0:0:0:0:0:0:0]:7999], selector=sun.nio.ch.WindowsSelectorImpl@4f51b3e0, interestOps=16, readyOps=1620:22:35 [DEBUG] [main] c.s.n.c.SelectorTest - java.nio.channels.SocketChannel[connected local=/127.0.0.1:7999 remote=/127.0.0.1:61605]
复制代码
进阶
在上个阶段，我们只是简单地使用了 selector，但对于其绑定的事件类型，我们并没有进行特别的关注，然而，在实际应用中，我们不可能只使用一种事件类型，因此，我们需要改进我们的代码；
这里我们需要对事件类型进行判断，SelectionKey 正好提供了相关的方法：
改进代码如下所示：
while (true) { // 3. 在没有事件发生时，线程阻塞；反之，则线程恢复运行 selector.select();
// 4. 处理事件，SelectionKey 内部包含了所有发生的事件 Set<SelectionKey> keySet = selector.selectedKeys(); Iterator<SelectionKey> iter = keySet.iterator(); log.debug("count: {}", keySet.size());
while (iter.hasNext()) { SelectionKey key = iter.next(); log.debug("Selection Key: {}", key);
// 5. 区分事件类型 if (key.isAcceptable()) { ServerSocketChannel channel = (ServerSocketChannel) key.channel(); SocketChannel sc = channel.accept(); sc.configureBlocking(false); sc.register(selector, SelectionKey.OP_READ); log.debug("sc Key: {}", sc); } else if (key.isReadable()) { SocketChannel channel = (SocketChannel) key.channel(); ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(16); channel.read(buffer); buffer.flip(); debugRead(buffer); buffer.clear(); }
}}
复制代码
但是在运行时会发现报错空指针异常 NullPointerException：
16:42:24 [DEBUG] [main] c.s.n.c.SelectorTest - Register Key: channel=sun.nio.ch.ServerSocketChannelImpl[unbound], selector=sun.nio.ch.WindowsSelectorImpl@4f51b3e0, interestOps=16, readyOps=016:42:45 [DEBUG] [main] c.s.n.c.SelectorTest - count: 116:42:45 [DEBUG] [main] c.s.n.c.SelectorTest - Selection Key: channel=sun.nio.ch.ServerSocketChannelImpl[/[0:0:0:0:0:0:0:0]:7999], selector=sun.nio.ch.WindowsSelectorImpl@4f51b3e0, interestOps=16, readyOps=1616:42:45 [DEBUG] [main] c.s.n.c.SelectorTest - sc Key: java.nio.channels.SocketChannel[connected local=/127.0.0.1:7999 remote=/127.0.0.1:60700]16:43:02 [DEBUG] [main] c.s.n.c.SelectorTest - count: 216:43:02 [DEBUG] [main] c.s.n.c.SelectorTest - Selection Key: channel=java.nio.channels.SocketChannel[connected local=/127.0.0.1:7999 remote=/127.0.0.1:60700], selector=sun.nio.ch.WindowsSelectorImpl@4f51b3e0, interestOps=1, readyOps=1
+--------+-------------------- read -----------------------+----------------+position: [0], limit: [6] +-------------------------------------------------+ | 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 a b c d e f |+--------+-------------------------------------------------+----------------+|00000000| 73 69 64 69 6f 74 |sidiot |+--------+-------------------------------------------------+----------------+
16:43:02 [DEBUG] [main] c.s.n.c.SelectorTest - Selection Key: channel=sun.nio.ch.ServerSocketChannelImpl[/[0:0:0:0:0:0:0:0]:7999], selector=sun.nio.ch.WindowsSelectorImpl@4f51b3e0, interestOps=16, readyOps=16Exception in thread "main" java.lang.NullPointerException at com.sidiot.netty.c2.SelectorTest.main(SelectorTest.java:52)
复制代码
这是由于我们没有及时 remove() 造成的，当调用了 server.register() 方法后，Selector 中维护了一个集合，用于存放 SelectionKey 以及其对应的通道；
当 Selector 的通道对应的事件发生后，SelecionKey 会被放到另一个集合中，在这个集合中，即使 SelecionKey 被使用了，它也不会自动移除，所以在处理完一个事件后，需要手动移除迭代器中的 SelecionKey，否则会导致已被处理过的事件再次被处理，引发一些错误，例如上述的空指针异常。
当客户端主动断开连接时，也会出现异常，控制台输出如下：
java.net.SocketException: Connection reset at java.base/sun.nio.ch.SocketChannelImpl.throwConnectionReset(SocketChannelImpl.java:345) at java.base/sun.nio.ch.SocketChannelImpl.read(SocketChannelImpl.java:376) at com.sidiot.netty.c2.SelectorTest.main(SelectorTest.java:60)
复制代码
这是因为当客户端与服务器之间的连接断开时，会给服务器端发送一个读事件，因此，我们需要进行判断，当 channel.read() 的返回值为-1 时，表示连接断开，需要调用 key.cancel() 方法取消此事件；
改进代码如下所示：
if (key.isReadable()) { SocketChannel channel = (SocketChannel) key.channel(); ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(16); try { int read = channel.read(buffer); if (read == -1) { key.cancel(); channel.close(); } else { buffer.flip(); debugRead(buffer); buffer.clear(); } iter.remove(); } catch (IOException e) { e.printStackTrace(); key.cancel(); channel.close(); iter.remove(); }}
复制代码
整体代码如下所示：
@Slf4jpublic class SelectorTest { public static void main(String[] args) { try { // 1. 创建选择器来管理多个 channel Selector selector = Selector.open();
ServerSocketChannel ssc = ServerSocketChannel.open(); // 通道必须设置为非阻塞模式 ssc.configureBlocking(false);
// 2. 注册 selector 和 channel 的联系 SelectionKey sscKey = ssc.register(selector, 0, null); sscKey.interestOps(SelectionKey.OP_ACCEPT); log.debug("Register Key: {}", sscKey);
ssc.bind(new InetSocketAddress(7999));
while (true) { // 3. 在没有事件发生时，线程阻塞；反之，则线程恢复运行 selector.select();
// 4. 处理事件，SelectionKey 内部包含了所有发生的事件 Set<SelectionKey> keySet = selector.selectedKeys(); Iterator<SelectionKey> iter = keySet.iterator(); log.debug("count: {}", keySet.size());
while (iter.hasNext()) { SelectionKey key = iter.next(); log.debug("Selection Key: {}", key);
// 5. 区分事件类型 if (key.isAcceptable()) { ServerSocketChannel channel = (ServerSocketChannel) key.channel(); SocketChannel sc = channel.accept(); sc.configureBlocking(false); sc.register(selector, SelectionKey.OP_READ); log.debug("sc Key: {}", sc); iter.remove(); } else if (key.isReadable()) { SocketChannel channel = (SocketChannel) key.channel(); ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(4); try { int read = channel.read(buffer); if (read == -1) { key.cancel(); channel.close(); } else { buffer.flip(); debugRead(buffer); buffer.clear(); } iter.remove(); } catch (IOException e) { e.printStackTrace(); key.cancel(); channel.close(); iter.remove(); } } } } } catch (IOException e) { e.printStackTrace(); } }}
复制代码
后记
以上就是 剖析 Selector 的所有内容了，希望本篇博文对大家有所帮助！
参考：
📝 上篇精讲：「NIO」（二）阻塞模式与非阻塞模式
💖 我是 𝓼𝓲𝓭𝓲𝓸𝓽，期待你的关注；
👍 创作不易，请多多支持；
🔥 系列专栏：探索 Netty：源码解析与应用案例分享
评论