7. 彤哥说netty系列之Java NIO核心组件之Selector
——日拱一卒,不期而至!
你好,我是彤哥,本篇是netty系列的第七篇。
简介
上一章我们一起学习了java nio的核心组件buffer,它通常跟channel一起使用,但是它们在网络io中又该如何使用呢,今天我们将一起学习另一个nio核心组件——selector,没有它可以说就干不起来网络io。
概念
我们先来看两段selector的注释,见类java.nio.channels.selector
。
注释i
a multiplexor of {@link selectablechannel} objects.
它是selectablechannel
对象的多路复用器,从这里我们也可以知道java nio实际上是多路复用io。
selectablechannel
有几个子类,你会非常熟悉:
- datagramchannel,udp协议连接
- socketchannel,tcp协议连接
- serversocketchannel,专门处理tcp协议accept事件
我们有必要复习一下多路复用io的流程:
第一阶段通过select去轮询检查有没有连接准备好数据,第二阶段把数据从内核空间拷贝到用户空间。
在java中,就是通过selector
这个多路复用器来实现第一阶段的。
注释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
可以通过它自己的open()
方法创建,它将通过默认的java.nio.channels.spi.selectorprovider
类创建一个新的selector。也可以通过实现java.nio.channels.spi.selectorprovider
类的抽象方法openselector()
来自定义实现一个selector。selector一旦创建将会一直处于open状态直到调用了close()
方法为止。
那么,默认使用的selector究竟是哪个呢?
通过跟踪源码:
> 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
可以看到,在windows平台下,默认实现的provider是windowsselectorprovider
,它的openselector()
方法返回的是windowsselectorimpl
,它就是windows平台默认的selector实现。
为什么要提到在windows平台呢,难道在linux下面实现不一样?
是滴,因为网络io是跟操作系统息息相关的,不同的操作系统的实现可能都不一样,linux下面jdk的实现完全不一样,那么我们为什么没有感知到呢?我的代码在windows下面写的,拿到linux下面不是一样运行?那是java虚拟机(或者说java运行时环境)帮我们把这个事干了,它屏蔽了跟操作系统相关的细节,这也是java代码可以“write once, run anywhere”的精髓所在。
selector与channel的关系
上面我们说了selector是多路复用器,它是在网络io的第一阶段用来轮询检查有没有连接准备好数据的,那么它和channel是什么关系呢?
selector通过不断轮询的方式同时监听多个channel的事件,注意,这里是同时监听
,一旦有channel准备好了,它就会返回这些准备好了的channel,交给处理线程去处理。
所以,在nio编程中,通过selector我们就实现了一个线程同时处理多个连接请求的目标,也可以一定程序降低服务器资源的消耗。
基本用法
创建selector
通过调用selector.open()
方法是我们常用的方式:
selector selector = selector.open();
当然,也可以通过实现java.nio.channels.spi.selectorprovider.openselector()
抽象方法自定义一个selector。
将channel注册到selector上
为了将channel跟selector绑定在一起,需要将channel注册到selector上,调用channel的register()
方法即可:
channel.configureblocking(false); selectionkey key = channel.register(selector, selectionkey.op_read);
channel必须是非阻塞模式才能注册到selector上,所以,无法将一个filechannel注册到selector,因为filechannel没有所谓的阻塞还是非阻塞模式,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件,一共有四种事件:
- connect
- accept
- read
- write
当channel触发了某个事件,通常也叫作那个事件就绪了。比如,数据准备好可以读取了就叫作读就绪了,同样地,还有写就绪、连接就绪、接受就绪,当然后面两个不常听到。
在java中,这四种监听事件是定义在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,也可以通过位或
命令监听多个感兴趣的事件:
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
又可以看作是channel和selector之间的一座桥梁,把两者绑定在了一起。
selectionkey
具有以下几个重要属性:
- interest set,感兴趣的事件集
- ready set,就绪的事件集
- 保存着的channel
- 保存着的selector
- attached object,附件
interest set
里面保存了注册channel到selector时传入的第二个参数,即感兴趣的事件集。
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;
可以通过位与
运算查看是否注册了相应的事件。
ready set
里面保存了就绪了的事件集。
int readyset = selectionkey.readyops(); selectionkey.isacceptable(); selectionkey.isconnectable(); selectionkey.isreadable(); selectionkey.iswritable();
可以通过readyops()
方法获取所有就绪了的事件,也可以通过isxxxable()
方法检查某个事件是否就绪。
保存的channel和selector
channel channel = selectionkey.channel(); selector selector = selectionkey.selector();
通过channel()
和selector()
方法可以获取绑定的channel和selector。
attachment
可以调用attach(obj)
方法绑定一个对象到selectionkey
上,并在后面需要用到的时候通过attachment()
方法取出绑定的对象,也可以翻译为附件
,它可以看作是数据传递的一种媒介,跟threadlocal有点类似,在前面绑定数据,在后面使用。
selectionkey.attach(theobject); object attachedobj = selectionkey.attachment();
当然,也可以在注册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,我们就可以调用它的select()
方法了,它会返回注册时感兴趣的事件中就绪的事件,本文来源于工从号彤哥读源码。
select()方法有三种变体:
- select(),无参数,阻塞直到某个channel有就绪的事件了才返回(当然是我们注册的感兴趣的事件)
- select(timeout),带超时,阻塞直到某个channel有就绪的事件了,或者超时了才返回
- selectnow(),立即返回,不会阻塞,不管有没有就绪的channel都立即返回
select()的返回值为int类型,表示两次select()之间就绪的channel,即使上一次调用select()时返回的就绪channel没有被处理,下一次调用select()也不会再返回上一次就绪的channel。比如,第一次调用select()返回了一个就绪的channel,但是没有处理它,第二次调用select()时又有一个channel就绪了,那也只会返回1,而不是2。
selector.selectedkeys()
一旦调用select()方法返回了有就绪的channel,我们就可以使用selectedkeys()
方法来获取就绪的channel了。
set<selectionkey> selectedkeys = selector.selectedkeys();
然后,就可以遍历这些selectionkey来查看感兴趣的事件是否就绪了:
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(); }
最后,一定要记得调用keyiterator.remove();
移除已经处理的selectionkey。
selector.wakeup()
前面我们说了调用select()方法时,调用者线程会进入阻塞状态,直到有就绪的channel才会返回。其实也不一定,wakeup()就是用来破坏规则的,可以在另外一个线程调用wakeup()方法强行唤醒这个阻塞的线程,这样select()方法也会立即返回。
如果调用wakeup()时并没有线程阻塞在select()上,那么,下一次调用select()将立即返回,不会进入阻塞状态。这跟locksupport.unpark()方法是比较类似的。
selector.close()
调用close()方法将会关闭selector,同时也会将关联的selectionkey失效,但不会关闭channel。
举个栗子
public class echoserver { public static void main(string[] args) throws ioexception { // 创建一个selector selector selector = selector.open(); // 创建serversocketchannel serversocketchannel serversocketchannel = serversocketchannel.open(); // 绑定8080端口 serversocketchannel.bind(new inetsocketaddress(8080)); // 设置为非阻塞模式,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事件 serversocketchannel.register(selector, selectionkey.op_accept); while (true) { // 阻塞在select上 selector.select(); // 如果使用的是select(timeout)或selectnow()需要判断返回值是否大于0 // 有就绪的channel set<selectionkey> selectionkeys = selector.selectedkeys(); // 遍历selectkeys iterator<selectionkey> iterator = selectionkeys.iterator(); while (iterator.hasnext()) { selectionkey selectionkey = iterator.next(); // 如果是accept事件 if (selectionkey.isacceptable()) { // 强制转换为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,并注册读事件 socketchannel.register(selector, selectionkey.op_read); } else if (selectionkey.isreadable()) { // 如果是读取事件 // 强制转换为socketchannel socketchannel socketchannel = (socketchannel) selectionkey.channel(); // 创建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); // 换行符会跟着消息一起传过来 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
今天我们学习了java nio核心组件selector,到这里,nio的三个最重要的核心组件我们就学习完毕了,说实话,nio这块最重要的还是思维的问题,时刻记着在nio中一个线程是可以处理多个连接的。
看着java原生nio实现网络编程似乎也没什么困难的吗?那么为什么还要有netty呢?下一章我们将正式进入netty的学习之中,我们将在其中寻找答案。
最后,也欢迎来我的工从号彤哥读源码系统地学习源码&架构的知识。