5.NIO_ Selector选择器-优快云博客

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();
        }
    }
}