小師妹學JavaIO之:用Selector來發好人卡

小師妹學JavaIO之:用Selector來發好人卡

目錄

  • 簡介
  • Selector介紹
  • 創建Selector
  • 註冊Selector到Channel中
  • SelectionKey
  • selector 和 SelectionKey
  • 總的例子
  • 總結

簡介

NIO有三寶:Buffer,Channel,Selector少不了。本文將會介紹NIO三件套中的最後一套Selector,並在理解Selector的基礎上,協助小師妹發一張好人卡。我們開始吧。

Selector介紹

小師妹:F師兄,最近我的桃花有點旺,好幾個師兄莫名其妙的跟我打招呼,可是我一心向著工作,不想談論這些事情。畢竟先有事業才有家嘛。我又不好直接拒絕,有沒有什麼比較隱晦的方法來讓他們放棄這個想法?

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這個問題,我沉思了大約0.001秒,於是給出了答案:給他們發張好人卡吧,應該就不會再來糾纏你了。

小師妹:F師兄,如果給他們發完好人卡還沒有用呢?

那就只能切斷跟他們的聯繫了,來個一刀兩斷。哈哈。

這樣吧,小師妹你最近不是在學NIO嗎?剛好我們可以用Selector來模擬一下發好人卡的過程。

假如你的志偉師兄和子丹師兄想跟你建立聯繫,每個人都想跟你建立一個溝通通道,那麼你就需要創建兩個channel。

兩個channel其實還好,如果有多個人都想同時跟你建立聯繫通道,那麼要維持這些通道就需要保持連接,從而浪費了資源。

但是建立的這些連接並不是時時刻刻都有消息在傳輸,所以其實大多數時間這些建立聯繫的通道其實是浪費的。

如果使用Selector就可以只啟用一個線程來監聽通道的消息變動,這就是Selector。

從上面的圖可以看出,Selector監聽三個不同的channel,然後交給一個processor來處理,從而節約了資源。

創建Selector

先看下selector的定義:

public abstract class Selector implements Closeable

Selector是一個abstract類,並且實現了Closeable,表示Selector是可以被關閉的。

雖然Selector是一個abstract類,但是可以通過open來簡單的創建:

Selector selector = Selector.open();

如果細看open的實現可以發現一個很有趣的現象:

public static Selector open() throws IOException {
        return SelectorProvider.provider().openSelector();
    }

open方法調用的是SelectorProvider中的openSelector方法。

再看下provider的實現:

 public SelectorProvider run() {
   if (loadProviderFromProperty())
        return provider;
    if (loadProviderAsService())
        return provider;
      provider = sun.nio.ch.DefaultSelectorProvider.create();
      return provider;
    }
 });

有三種情況可以加載一個SelectorProvider,如果系統屬性指定了java.nio.channels.spi.SelectorProvider,那麼從指定的屬性加載。

如果沒有直接指定屬性,則從ServiceLoader來加載。

最後如果都找不到的情況下,使用默認的DefaultSelectorProvider。

關於ServiceLoader的用法,我們後面會有專門的文章來講述。這裏先不做多的解釋。

註冊Selector到Channel中

ServerSocketChannel serverSocketChannel = ServerSocketChannel.open();
        serverSocketChannel.bind(new InetSocketAddress("localhost", 9527));
        serverSocketChannel.configureBlocking(false);
        serverSocketChannel.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT);

如果是在服務器端,我們需要先創建一個ServerSocketChannel,綁定Server的地址和端口,然後將Blocking設置為false。因為我們使用了Selector,它實際上是一個非阻塞的IO。

注意FileChannels是不能使用Selector的,因為它是一個阻塞型IO。

小師妹:F師兄,為啥FileChannel是阻塞型的呀?做成非阻塞型的不是更快?

小師妹,我們使用FileChannel的目的是什麼?就是為了讀文件呀,讀取文件肯定是一直讀一直讀,沒有可能讀一會這個channel再讀另外一個channel吧,因為對於每個channel自己來講,在文件沒讀取完之前,都是繁忙狀態,沒有必要在channel中切換。

最後我們將創建好的Selector註冊到channel中去。

SelectionKey

SelectionKey表示的是我們希望監聽到的事件。

總的來說,有4種Event:

  • SelectionKey.OP_READ 表示服務器準備好,可以從channel中讀取數據。
  • SelectionKey.OP_WRITE 表示服務器準備好,可以向channel中寫入數據。
  • SelectionKey.OP_CONNECT 表示客戶端嘗試去連接服務端
  • SelectionKey.OP_ACCEPT 表示服務器accept一個客戶端的請求
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;

我們可以看到上面的4個Event是用位運算來定義的,如果將這個四個event使用或運算合併起來,就得到了SelectionKey中的interestOps。

和interestOps類似,SelectionKey還有一個readyOps。

一個表示感興趣的操作,一個表示ready的操作。

最後,SelectionKey在註冊的時候,還可以attach一個Object,比如我們可以在這個對象中保存這個channel的id:

SelectionKey key = channel.register(
  selector, SelectionKey.OP_ACCEPT, object);
key.attach(Object);
Object object = key.attachment();

object可以在register的時候傳入,也可以調用attach方法。

最後,我們可以通過key的attachment方法,獲得該對象。

selector 和 SelectionKey

我們通過selector.select()這個一個blocking操作,來獲取一個ready的channel。

然後我們通過調用selector.selectedKeys()來獲取到SelectionKey對象。

在SelectionKey對象中,我們通過判斷ready的event來處理相應的消息。

總的例子

接下來,我們把之前將的串聯起來,先建立一個小師妹的ChatServer:

public class ChatServer {

    private static String BYE_BYE="再見";

    public static void main(String[] args) throws IOException, InterruptedException {
        Selector selector = Selector.open();
        ServerSocketChannel serverSocketChannel = ServerSocketChannel.open();
        serverSocketChannel.bind(new InetSocketAddress("localhost", 9527));
        serverSocketChannel.configureBlocking(false);
        serverSocketChannel.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT);
        ByteBuffer byteBuffer = ByteBuffer.allocate(512);

        while (true) {
            selector.select();
            Set<SelectionKey> selectedKeys = selector.selectedKeys();
            Iterator<SelectionKey> iter = selectedKeys.iterator();
            while (iter.hasNext()) {
                SelectionKey selectionKey = iter.next();
                if (selectionKey.isAcceptable()) {
                    register(selector, serverSocketChannel);
                }
                if (selectionKey.isReadable()) {
                    serverResonse(byteBuffer, selectionKey);
                }
                iter.remove();
            }
            Thread.sleep(1000);
        }
    }

    private static void serverResonse(ByteBuffer byteBuffer, SelectionKey selectionKey)
            throws IOException {
        SocketChannel socketChannel = (SocketChannel) selectionKey.channel();
        socketChannel.read(byteBuffer);
        byteBuffer.flip();
        byte[] bytes= new byte[byteBuffer.limit()];
        byteBuffer.get(bytes);
        log.info(new String(bytes).trim());
        if(new String(bytes).trim().equals(BYE_BYE)){
            log.info("說再見不如不見!");
            socketChannel.write(ByteBuffer.wrap("再見".getBytes()));
            socketChannel.close();
        }else {
            socketChannel.write(ByteBuffer.wrap("你是個好人".getBytes()));
        }
        byteBuffer.clear();
    }

    private static void register(Selector selector, ServerSocketChannel serverSocketChannel)
            throws IOException {
        SocketChannel socketChannel = serverSocketChannel.accept();
        socketChannel.configureBlocking(false);
        socketChannel.register(selector, SelectionKey.OP_READ);
    }
}

上面例子有兩點需要注意,我們在循環遍歷中,當selectionKey.isAcceptable時,表示服務器收到了一個新的客戶端連接,這個時候我們需要調用register方法,再註冊一個OP_READ事件到這個新的SocketChannel中,然後繼續遍歷。

第二,我們定義了一個stop word,當收到這個stop word的時候,會直接關閉這個client channel。

再看看客戶端的代碼:

public class ChatClient {

    private static SocketChannel socketChannel;
    private static ByteBuffer byteBuffer;

    public static void main(String[] args) throws IOException {

        ChatClient chatClient = new ChatClient();
        String response = chatClient.sendMessage("hello 小師妹!");
        log.info("response is {}", response);
        response = chatClient.sendMessage("能不能?");
        log.info("response is {}", response);
        chatClient.stop();

    }

    public void stop() throws IOException {
        socketChannel.close();
        byteBuffer = null;
    }

    public ChatClient() throws IOException {
        socketChannel = SocketChannel.open(new InetSocketAddress("localhost", 9527));
        byteBuffer = ByteBuffer.allocate(512);
    }

    public String sendMessage(String msg) throws IOException {
        byteBuffer = ByteBuffer.wrap(msg.getBytes());
        String response = null;
        socketChannel.write(byteBuffer);
        byteBuffer.clear();
        socketChannel.read(byteBuffer);
        byteBuffer.flip();
        byte[] bytes= new byte[byteBuffer.limit()];
        byteBuffer.get(bytes);
        response =new String(bytes).trim();
        byteBuffer.clear();
        return response;

    }
}

客戶端代碼沒什麼特別的,需要注意的是Buffer的讀取。

最後輸出結果:

server收到: INFO com.flydean.ChatServer - hello 小師妹!
client收到: INFO com.flydean.ChatClient - response is 你是個好人
server收到: INFO com.flydean.ChatServer - 能不能?
client收到: INFO com.flydean.ChatClient - response is 再見

解釋一下整個流程:志偉跟小師妹建立了一個連接,志偉向小師妹打了一個招呼,小師妹給志偉發了一張好人卡。志偉不死心,想繼續糾纏,小師妹回復再見,然後自己關閉了通道。

總結

本文介紹了Selector和channel在發好人卡的過程中的作用。

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本文作者:flydean程序那些事

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本文來源:flydean的博客

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