一、Selector
1. 基本介绍
① Java 的 NIO，用非阻塞的 IO 方式。可以用一个线程，处理多个的客户端连接，就会使用到Selector(选择器)
② Selector 能够检测多个注册的通道上是否有事件发生(注意:多个Channel以事件的方式可以注册到同一个Selector)，如果有事件发生，便获取事件然后针对每个事件进行相应的处理。这样就可以只用一个单线程去管理多个通道，也就是管理多个连接和请求。【示意图】
③ 只有在 连接/通道 真正有读写事件发生时，才会进行读写，就大大地减少了系统开销，并且不必为每个连接都创建一个线程，不用去维护多个线程。
④ 避免了多线程之间的上下文切换导致的开销。
⑤ Netty 的 IO 线程 NioEventLoop 聚合了 Selector(选择器，也叫多路复用器)，可以同时并发处理成百上千个客户端连接。
⑥ 当线程从某客户端 Socket 通道进行读写数据时，若没有数据可用时，该线程可以进行其他任务。
⑦ 线程通常将非阻塞 IO 的空闲时间用于在其他通道上执行 IO 操作，所以单独的线程可以管理多个输入和输出通道。
⑧ 由于读写操作都是非阻塞的，这就可以充分提升 IO 线程的运行效率，避免由于频繁 I/O 阻塞导致的线程挂起。
⑨ 一个 I/O 线程可以并发处理 N 个客户端连接和读写操作，这从根本上解决了传统同步阻塞 I/O 一连接一线程模型，架构的性能、弹性伸缩能力和可靠性都得到了极大的提升。
2. Selector
Selector 类是一个抽象类, 常用方法和说明如下:
1 public abstract class Selector implements Closeable {
2 public static Selector open();//得到一个选择器对象
3 //监控所有注册的通道，当其中有 IO 操作可以进行时，将对应的 SelectionKey 加入到内部集合中并返回，参数用来设置超时时间
4 public int select(long timeout);
5 public Set<SelectionKey> selectedKeys();//从内部集合中得到所有的 SelectionKey
6 }
注意事项
① NIO中的 ServerSocketChannel功能类似ServerSocket，SocketChannel功能类似Socket
② selector 相关方法说明
selector.select()//阻塞
selector.select(1000);//阻塞1000毫秒，在1000毫秒后返回
selector.wakeup();//唤醒selector
selector.selectNow();//不阻塞，立马返还
3. NIO非阻塞网络编程原理分析图
① 当客户端连接时，会通过ServerSocketChannel 得到 SocketChannel
② 将socketChannel注册到Selector上, register(Selector sel, int ops), 一个selector上可以注册多个SocketChannel
③ 注册后返回一个 SelectionKey, 会和该Selector 关联(集合)
④ Selector 进行监听 select 方法, 返回有事件发生的通道的个数.
⑤ 进一步得到各个 SelectionKey (有事件发生)
⑥ 再通过 SelectionKey 反向获取 SocketChannel , 方法 channel()
⑦ 可以通过 得到的 channel , 完成业务处理
【代码演示】案例要求:
编写一个 NIO 入门案例，实现服务器端和客户端之间的数据简单通讯（非阻塞）。目的：理解NIO非阻塞网络编程机制
服务端
1 import java.net.InetSocketAddress; 2 import java.nio.ByteBuffer; 3 import java.nio.channels.*; 4 import java.util.Iterator; 5 import java.util.Set; 6 7 public class NIOServer { 8 public static void main(String[] args) throws Exception{ 9 10 //①创建ServerSocketChannel -> ServerSocket 11 ServerSocketChannel serverSocketChannel = ServerSocketChannel.open(); 12 //绑定一个端口6666, 在服务器端监听 13 serverSocketChannel.socket().bind(new InetSocketAddress(6666)); 14 //设置为非阻塞 15 serverSocketChannel.configureBlocking(false); 16 17 //②得到一个Selecor对象 18 Selector selector = Selector.open(); 19 20 //③把 serverSocketChannel 注册到 selector 关心 事件为 OP_ACCEPT连接事件 21 serverSocketChannel.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT); 22 23 System.out.println("注册后的selectionkey 数量=" + selector.keys().size()); // 1 24 25 //循环等待客户端连接 26 while (true) { 27 28 //这里我们等待1秒，如果没有事件发生, 返回 29 if(selector.select(1000) == 0) { //没有事件发生 30 System.out.println("服务器等待了1秒，无连接"); 31 continue; 32 } 33 //如果返回的>0, 就获取到相关的 selectionKey集合 34 //1.如果返回的>0， 表示已经获取到关注的事件 35 //2. selector.selectedKeys() 返回关注事件的集合 36 // ④⑤通过 selectionKeys 反向获取通道 37 Set<SelectionKey> selectionKeys = selector.selectedKeys(); 38 System.out.println("selectionKeys 数量 = " + selectionKeys.size()); 39 40 //遍历 Set<SelectionKey>, 使用迭代器遍历 41 Iterator<SelectionKey> keyIterator = selectionKeys.iterator(); 42 43 while (keyIterator.hasNext()) { 44 //获取到SelectionKey 45 SelectionKey key = keyIterator.next(); 46 //根据key 对应的通道发生的事件做相应处理 47 if(key.isAcceptable()) { //如果是 OP_ACCEPT, 有新的客户端连接 48 //⑥ 该客户端生成一个 SocketChannel 49 SocketChannel socketChannel = serverSocketChannel.accept(); 50 System.out.println("客户端连接成功 生成了一个 socketChannel " + socketChannel.hashCode()); 51 //将 SocketChannel 设置为非阻塞 52 socketChannel.configureBlocking(false); 53 //将socketChannel 注册到selector, 关注事件为 OP_READ， 同时给socketChannel 54 //关联一个Buffer 55 socketChannel.register(selector, SelectionKey.OP_READ, ByteBuffer.allocate(1024)); 56 System.out.println("客户端连接后 ，注册的selectionkey 数量=" + selector.keys().size()); //2,3,4.. 57 } 58 if(key.isReadable()) { //发生 OP_READ 59 60 //通过key 反向获取到对应channel 61 SocketChannel channel = (SocketChannel)key.channel(); 62 63 //获取到该channel关联的buffer 64 ByteBuffer buffer = (ByteBuffer)key.attachment(); 65 channel.read(buffer); 66 System.out.println("form 客户端 " + new String(buffer.array())); 67 68 } 69 //手动从集合中移动当前的selectionKey, 防止重复操作 70 keyIterator.remove(); 71 } 72 } 73 } 74 }
客户端
1 import java.net.InetSocketAddress; 2 import java.nio.ByteBuffer; 3 import java.nio.channels.SocketChannel; 4 5 public class NIOClient { 6 public static void main(String[] args) throws Exception{ 7 //得到一个网络通道 8 SocketChannel socketChannel = SocketChannel.open(); 9 //设置非阻塞 10 socketChannel.configureBlocking(false); 11 //提供服务器端的ip 和 端口 12 InetSocketAddress inetSocketAddress = new InetSocketAddress("127.0.0.1", 6666); 13 //连接服务器 14 if (!socketChannel.connect(inetSocketAddress)) { 15 16 while (!socketChannel.finishConnect()) { 17 System.out.println("因为连接需要时间，客户端不会阻塞，可以做其它工作.."); 18 } 19 } 20 //...如果连接成功，就发送数据 21 String str = "hello, 尚硅谷~"; 22 //Wraps a byte array into a buffer 23 ByteBuffer buffer = ByteBuffer.wrap(str.getBytes()); 24 //发送数据，将 buffer 数据写入 channel 25 socketChannel.write(buffer); 26 System.in.read(); 27 } 28 }
4. SelectionKey
① SelectionKey，表示 Selector 和网络通道的注册关系, 共四种:
int OP_READ：代表读操作，值为 1
int OP_WRITE：代表写操作，值为 4
int OP_CONNECT：代表连接已经建立，值为 8
int OP_ACCEPT：有新的网络连接可以 accept，值为 16
1 public static final int OP_READ = 1 << 0; 2 public static final int OP_WRITE = 1 << 2; 3 public static final int OP_CONNECT = 1 << 3; 4 public static final int OP_ACCEPT = 1 << 4;
② 方法
1 public abstract class SelectionKey { 2 public abstract Selector selector();//得到与之关联的 Selector 对象 3 public abstract SelectableChannel channel();//得到与之关联的通道 4 public final Object attachment();//得到与之关联的共享数据 5 public abstract SelectionKey interestOps(int ops);//设置或改变监听事件 6 public final boolean isAcceptable();//是否可以 accept 7 public final boolean isReadable();//是否可以读 8 public final boolean isWritable();//是否可以写 9 }
5. ServerSocketChannel
ServerSocketChannel 在服务器端监听新的客户端 Socket 连接。
1 public abstract class ServerSocketChannel extends AbstractSelectableChannel implements NetworkChannel{ 2 public static ServerSocketChannel open()//得到一个 ServerSocketChannel 通道 3 public final ServerSocketChannel bind(SocketAddress local)//设置服务器端端口号 4 public final SelectableChannel configureBlocking(boolean block)//设置阻塞或非阻塞模式，取值 false 表示采用非阻塞模式 5 public SocketChannel accept()//接受一个连接，返回代表这个连接的通道对象 6 public final SelectionKey register(Selector sel, int ops)//注册一个选择器并设置监听事件 7 }
6. SocketChannel
SocketChannel，网络 IO 通道，具体负责进行读写操作。NIO 把缓冲区的数据写入通道，或者把通道里的数据读到缓冲区。
1 public abstract class SocketChannel extends AbstractSelectableChannel
implements ByteChannel, ScatteringByteChannel, GatheringByteChannel, NetworkChannel{ 2 public static SocketChannel open();//得到一个 SocketChannel 通道 3 public final SelectableChannel configureBlocking(boolean block);//设置阻塞或非阻塞模式，取值 false 表示采用非阻塞模式 4 public boolean connect(SocketAddress remote);//连接服务器 5 public boolean finishConnect();//如果上面的方法连接失败，接下来就要通过该方法完成连接操作 6 public int write(ByteBuffer src);//往通道里写数据 7 public int read(ByteBuffer dst);//从通道里读数据 8 public final SelectionKey register(Selector sel, int ops, Object att);//注册一个选择器并设置监听事件，最后一个参数可以设置共享数据 9 public final void close();//关闭通道 10 }
