5.NIO_ Selector选择器

本文介绍了Java NIO的基本概念,包括阻塞与非阻塞的区别、选择器的作用及应用,并通过示例代码展示了如何使用非阻塞IO实现客户端和服务端的通信。

1.阻塞与非阻塞

  传统的 IO 流都是阻塞式的。也就是说,当一个线程调用 read() 或 write() 时,该线程被阻塞,直到有一些数据被读取或写入,

该线程在此期间不能执行其他任务因此,在完成网络通信进行 IO 操作时,由于线程会阻塞,所以服务器端必须为每个客户端都提供

一个独立的线程进行处理,当服务器端需要处理大量客户端时,性能急剧下降

  Java NIO 是非阻塞模式的。当线程从某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。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。因此,NIO 可以让服务器端使用

一个或有限几个线程来同时处理连接到服务器端的所有客户端

2.选择器(Selector) 

  Selector:多路复用器选择器。提供选择已经就绪的任务的能力。Selector会不断轮询注册在其上的 Channel,如果某个

Channel 上面发生读或者写事件,这个 Channel 就处于就绪状态,会被 Selector 轮询出来,进行后续的 I/O 操作。这样服务器

只需要一两个线程就可以进行多客户端通信

3.选择器(Selector)的应用

  1. 创建 Selector :通过调用 Selector.open() 方法创建一个 Selector

  

  2. 向选择器注册通道:SelectableChannel.register(Selector sel, int ops)

  

4.SelectionKey  

  SelectionKey:表示 SelectableChannel 和 Selector 之间的注册关系。每次向选择器注册通道时就会选择一个事件(选择键)。

选择键包含两个表示为整数值的操作集。操作集的每一位都表示该键的通道所支持的一类可选择操作

  

  

4.非阻塞式NIO实现(NonBlockingNIO):

 

import java.io.IOException;
import java.net.InetSocketAddress;
import java.nio.ByteBuffer;
import java.nio.channels.SelectionKey;
import java.nio.channels.Selector;
import java.nio.channels.ServerSocketChannel;
import java.nio.channels.SocketChannel;
import java.util.Date;
import java.util.Iterator;
import java.util.Scanner;

import org.junit.Test;

/*
 * 一、使用 NIO 完成网络通信的三个核心:
 * 1. 通道(Channel):负责连接
 *        java.nio.channels.Channel 接口:
 *             |--SelectableChannel
 *                 |--SocketChannel
 *                 |--ServerSocketChannel
 *                 |--DatagramChannel
 * 
 *                 |--Pipe.SinkChannel
 *                 |--Pipe.SourceChannel
 * 2. 缓冲区(Buffer):负责数据的存取
 * 3. 选择器(Selector):是 SelectableChannel 的多路复用器。用于监控 SelectableChannel 的 IO 状况
 */
public class TestNonBlockingNIO {
    //客户端
    @Test
    public void client() throws IOException{
        //1. 获取通道
        SocketChannel sChannel = SocketChannel.open(new InetSocketAddress("127.0.0.1", 9898));
        //2. 将SocketChannel切换到非阻塞模式
        sChannel.configureBlocking(false);
        //3. 分配指定大小的缓冲区
        ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocate(1024);
        //4. 发送数据给服务端
        Scanner scan = new Scanner(System.in);
        while(scan.hasNext()){
            String str = scan.next();
            //放入数据到Buffer中
            buf.put((new Date().toString() + "\n" + str).getBytes());
            //切换读取数据模式
            buf.flip();
            //将 Buffer 中数据写入 Channel
            sChannel.write(buf);
            //清空缓冲区. 但是缓冲区中的数据依然存在,但是处于“被遗忘”状态
            buf.clear();
        }
        //5. 关闭通道
        sChannel.close();
    }

    //服务端
    @Test
    public void server() throws IOException{
        //1. 获取通道
        ServerSocketChannel ssChannel = ServerSocketChannel.open();
        //2. 切换非阻塞模式
        ssChannel.configureBlocking(false);
        //3. 绑定连接
        ssChannel.bind(new InetSocketAddress(9898));
        //4. 获取选择器
        Selector selector = Selector.open();
        //5. 将通道注册到选择器上, 并且指定“监听接收事件”SelectableChannel.register(Selector sel, int ops)
        //当调用 register(Selector sel, int ops) 将通道注册选择器时,选择器对通道的监听事件,需要通过第二个参数 ops 指定

        ssChannel.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT);
        //6. 轮询式的获取选择器上已经“准备就绪”的事件
        while(selector.select() > 0){
            //7. 获取当前选择器中所有注册的“选择键(已就绪的监听事件)”
            Iterator<SelectionKey> it = selector.selectedKeys().iterator();
            while(it.hasNext()){
                //8. 获取准备“就绪”的事件
                SelectionKey sk = it.next();
                //9. 判断具体是什么事件准备就绪
                if(sk.isAcceptable()){
                    //10. 若“接收就绪”,获取客户端连接
                    SocketChannel sChannel = ssChannel.accept();
                    //11. 切换非阻塞模式
                    sChannel.configureBlocking(false);
                    //12. 将该通道注册到选择器上
                    sChannel.register(selector, SelectionKey.OP_READ);
                }else if(sk.isReadable()){
                    //13. 获取当前选择器上“读就绪”状态的通道
                    SocketChannel sChannel = (SocketChannel) sk.channel();
                    //14. 读取数据
                    ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocate(1024);
                    int len = 0;
                    while((len = sChannel.read(buf)) > 0 ){
                        buf.flip();
                        System.out.println(new String(buf.array(), 0, len));
                        buf.clear();
                    }
                }
                //15. 取消选择键 SelectionKey
                it.remove();
            }
        }
    }
}

 

import java.io.IOException;
import java.net.InetSocketAddress;
import java.nio.ByteBuffer;
import java.nio.channels.DatagramChannel;
import java.nio.channels.SelectionKey;
import java.nio.channels.Selector;
import java.util.Date;
import java.util.Iterator;
import java.util.Scanner;

import org.junit.Test;

public class TestNonBlockingNIO2 {
    @Test
    public void send() throws IOException{
        DatagramChannel dc = DatagramChannel.open();
        dc.configureBlocking(false);
        ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocate(1024);
        Scanner scan = new Scanner(System.in);
        while(scan.hasNext()){
            String str = scan.next();
            buf.put((new Date().toString() + ":\n" + str).getBytes());
            buf.flip();
            dc.send(buf, new InetSocketAddress("127.0.0.1", 9898));
            buf.clear();
        }
        dc.close();
    }
    
    @Test
    public void receive() throws IOException{
        DatagramChannel dc = DatagramChannel.open();
        dc.configureBlocking(false);
        dc.bind(new InetSocketAddress(9898));
        Selector selector = Selector.open();
        dc.register(selector, SelectionKey.OP_READ);
        while(selector.select() > 0){
            Iterator<SelectionKey> it = selector.selectedKeys().iterator();
            while(it.hasNext()){
                SelectionKey sk = it.next();
                if(sk.isReadable()){
                    ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocate(1024);
                    dc.receive(buf);
                    buf.flip();
                    System.out.println(new String(buf.array(), 0, buf.limit()));
                    buf.clear();
                }
            }
            it.remove();
        }
    }
}

 

 

  

    

 

转载于:https://www.cnblogs.com/yaboya/p/9174271.html

<think>首先,用户的问题是关于SocketChannel的connect方法的行为,特别是在非阻塞模式下。用户想知道:1. connect方法是否阻塞;2. 如何判断连接是否完成;3. 为何需要根据返回值注册不同的事件类型。 我需要参考提供的引用内容来回答。引用来自不同的部分,我需要从中提取相关信息。 回顾引用: - 引用[1]: 描述了在非阻塞模式下调用connect()时,它可能在连接建立之前返回。需要使用finishConnect()来检查连接是否建立。 - 引用[2]: 讨论了在非阻塞模式下accept方法的行为,返回null表示没有请求,可以继续其他操作。 - 引用[3]: 展示了阻塞模式的客户端代码,以及非阻塞模式的理论解释,包括accept和read的行为。 - 引用[4]: 提到非阻塞模式与选择器搭配使用更好,通过注册SocketChannel到Selector来询问哪个通道准备好。 - 引用[5]: 讨论了阻塞模式下connect超时的问题,以及使用select实现非阻塞编程。 用户的问题集中在connect方法上,所以我需要专注于引用中关于connect的部分。 关键点: - 在非阻塞模式下,connect()方法可能立即返回,即使连接还未建立。 - 要判断连接是否完成,需要使用finishConnect()方法。 - 返回值或finishConnect()的结果指示连接状态,这影响了在事件驱动模型(如使用Selector)中注册的事件类型。 现在,结构化我的回答: 1. **介绍connect方法的行为**:区分阻塞模式和非阻塞模式。 - 在阻塞模式下,connect()会阻塞直到连接建立或超时。 - 在非阻塞模式下,connect()可能立即返回,连接过程在后台进行。 2. **如何判断连接是否完成**: - 在非阻塞模式下,使用finishConnect()方法。它返回true如果连接已建立,false如果还在进行中。 - 可以循环调用finishConnect()或使用Selector来监控连接状态。 3. **为何需要根据返回值注册不同的事件类型**: - 在事件驱动编程中,如使用Selector,注册事件类型(如OP_CONNECT)允许应用程序在连接完成时被通知,而不是忙等待。 - 注册OP_CONNECT事件后,当连接建立时,Selector会唤醒线程,然后可以处理该事件。 - 这提高了效率,避免了CPU浪费在轮询上。 从引用中提取支持: - 引用[1]: "如果SocketChannel在非阻塞模式下,此时调用connect(),该方法可能在连接建立之前就返回了。为了确定连接是否建立,可以调用finishConnect()的方法" - 引用[3]: 在非阻塞模式部分提到:"非阻塞模式下,相关方法都会不会让线程暂停。...写数据时,线程只是等待数据写入Channel即可,无需等Channel通过网络把数据发送出去。" 但connect部分在引用[1]更相关。 - 引用[4]: "非阻塞模式与选择器搭配会工作的更好,通过将一或多个SocketChannel注册到Selector,可以询问选择器哪个通道已经准备好了读取,写入等。" - 引用[5]: 提到select用于非阻塞编程,避免阻塞。 回答结构: - 先直接回答问题。 - 然后解释原因。 - 最后,根据系统指令,生成相关问题。 系统指令要求: - 所有行内数学表达式用$...$,但这里可能不需要数学。 - 独立公式用$$...$$,但可能不适用。 - 使用中文回答。 - 生成相关问题。 - 在回答中引用的段落末尾添加引用标识。 用户问题:"SocketChannel connect方法是否阻塞 如何判断连接是否完成 为何需要根据返回值注册不同的事件类型" 所以,回答应覆盖这三个点。 生成相关问题:根据内容,生成2-3个相关问题。 完整回答: 1. **connect方法是否阻塞**: - 在阻塞模式下,connect()方法会阻塞线程直到连接建立或超时。 - 在非阻塞模式下,connect()方法立即返回,连接过程异步进行,不会阻塞线程[^1]。 2. **如何判断连接是否完成**: - 在非阻塞模式下,调用finishConnect()方法来判断连接状态。如果返回true,表示连接已建立;如果返回false,表示连接还在进行中;如果抛出异常,表示连接失败[^1]。 - 可以循环调用finishConnect(),或者使用Selector注册OP_CONNECT事件,当连接完成时,Selector会通知应用程序[^4]。 3. **为何需要根据返回值注册不同的事件类型**: - 在事件驱动模型中,如使用Selector,注册事件类型(如SelectionKey.OP_CONNECT)允许应用程序高效地处理I/O事件,而不需要忙等待。 - 当connect()返回时,如果连接没有立即建立,注册OP_CONNECT事件后,Selector会在连接完成时唤醒线程,从而可以处理该事件(如调用finishConnect()确认)。 - 这避免了CPU资源的浪费,提高了程序的响应性和可扩展性,特别是在处理多个连接时[^4][^5]。 生成相关问题: 1. 在非阻塞模式下,如何正确处理connect和finishConnect的组合? 2. 使用Selector时,如何注册和处理OP_CONNECT事件? 3. SocketChannel在非阻塞模式下的常见错误和优化方法是什么? 确保引用标识:在引用的内容末尾添加[^n]。 在回答中,我会自然地引用。</think>### SocketChannel的connect方法行为分析 针对您的问题,我将详细解释SocketChannel的connect方法在阻塞和非阻塞模式下的行为,如何判断连接是否完成,以及为何需要根据返回值注册不同的事件类型。内容基于Java NIO(Non-blocking I/O)的实现机制,并结合提供的引用材料进行说明。 #### 1. SocketChannel的connect方法是否阻塞? - **阻塞模式**: 在阻塞模式下,调用`connect()`方法会阻塞当前线程,直到连接成功建立、超时或发生错误。例如,如果连接目标不可达,线程可能阻塞长达75秒(取决于系统设置)[^5]。 示例代码(阻塞模式): ```java SocketChannel sc = SocketChannel.open(); sc.configureBlocking(true); // 阻塞模式(默认) sc.connect(new InetSocketAddress("example.com", 80)); // 线程阻塞在此处,直到连接完成 ``` - **非阻塞模式**: 在非阻塞模式下,调用`connect()`方法可能立即返回,而不会等待连接建立。连接过程在后台异步进行,线程可以继续执行其他任务。这是非阻塞I/O的核心优势,避免了线程闲置[^1][^3]。 示例代码(非阻塞模式): ```java SocketChannel sc = SocketChannel.open(); sc.configureBlocking(false); // 设置为非阻塞模式 boolean connected = sc.connect(new InetSocketAddress("example.com", 80)); // 可能立即返回false ``` 关键点: - 如果`connect()`返回`true`,表示连接已立即建立(较少见,通常发生在本地或快速网络)。 - 如果返回`false`,表示连接尚未完成,需要后续检查[^1][^3]。 #### 2. 如何判断连接是否完成? 在非阻塞模式下,连接状态不会通过`connect()`的返回值完全确定,而是需要使用`finishConnect()`方法来验证。具体逻辑如下: - **使用`finishConnect()`方法**: - 如果`finishConnect()`返回`true`,表示连接已成功建立。 - 如果返回`false`,表示连接仍在进行中,需要稍后重试。 - 如果抛出异常(如`IOException`),表示连接失败(例如目标不可达或超时)[^1][^3]。 示例代码(循环检查): ```java socketChannel.configureBlocking(false); socketChannel.connect(new InetSocketAddress("http://jenkov.com", 80)); while (!socketChannel.finishConnect()) { // 等待或执行其他任务,例如Thread.yield()或处理其他Channel } ``` - **使用Selector事件驱动**: 更高效的方式是将SocketChannel注册到Selector,并监听`OP_CONNECT`事件。当连接完成时,Selector会通知应用程序,避免了忙等待。例如: ```java Selector selector = Selector.open(); socketChannel.register(selector, SelectionKey.OP_CONNECT); // 在事件循环中 selector.select(); // 阻塞直到事件就绪 if (key.isConnectable()) { if (socketChannel.finishConnect()) { // 连接成功,可注册OP_READ或OP_WRITE } } ``` 这种方法提升了效率,因为Selector在底层使用系统调用(如`select()`)监控多个Channel,减少了CPU占用[^4][^5]。 #### 3. 为何需要根据返回值注册不同的事件类型? 在非阻塞编程中,根据`connect()`或`finishConnect()`的返回值注册不同的事件类型(如`OP_CONNECT`、`OP_READ`、`OP_WRITE`)是事件驱动模型的核心设计,主要原因如下: - **避免忙等待和资源浪费**: 如果`connect()`返回`false`(连接未完成),直接循环调用`finishConnect()`会导致CPU空转(忙等待)。通过注册`OP_CONNECT`事件,应用程序可以将线程挂起,直到Selector检测到连接就绪时才唤醒线程。这显著减少了CPU占用,尤其在高并发场景下[^3][^4]。引用[^3]提到:“非阻塞模式下,线程不必阻塞,可以去执行其它SocketChannel的read或是去执行ServerSocketChannel.accept”。 - **支持多路复用和可扩展性**: Selector允许单个线程管理多个SocketChannel。注册事件类型后: - 当连接完成时(`OP_CONNECT`就绪),Selector通知应用程序处理。 - 之后,可以注册`OP_READ`或`OP_WRITE`来处理数据I/O。 这种机制使应用程序能高效处理数千个连接,而无需为每个连接创建独立线程[^4][^5]。 - **错误处理和状态管理**: 返回值(如`finishConnect()`返回`false`或抛出异常)直接决定了后续操作。例如: - 如果连接失败,注册`OP_CONNECT`事件可能触发异常处理。 - 如果连接成功,立即注册`OP_WRITE`可开始发送数据。 这确保了状态转换的安全性和代码的健壮性[^1][^5]。 **总结**: - 在阻塞模式下,`connect()`会阻塞线程;在非阻塞模式下,它可能立即返回,需用`finishConnect()`或Selector监控状态。 - 注册事件类型(如`OP_CONNECT`)是优化非阻塞I/O的关键,它基于返回值实现高效的事件驱动,避免了轮询开销,提升了程序的响应性和资源利用率[^1][^3][^4][^5]。
评论
添加红包

请填写红包祝福语或标题

红包个数最小为10个

红包金额最低5元

当前余额3.43前往充值 >
需支付:10.00
成就一亿技术人!
领取后你会自动成为博主和红包主的粉丝 规则
hope_wisdom
发出的红包
实付
使用余额支付
点击重新获取
扫码支付
钱包余额 0

抵扣说明:

1.余额是钱包充值的虚拟货币,按照1:1的比例进行支付金额的抵扣。
2.余额无法直接购买下载,可以购买VIP、付费专栏及课程。

余额充值