一、簡(jiǎn)介

? ? ? ?在我的上一篇文章Java NIO詳解（一）中介紹了關(guān)于標(biāo)準(zhǔn)輸入輸出NIO相關(guān)知識(shí)， 本篇將重點(diǎn)介紹基于網(wǎng)絡(luò)編程N(yùn)IO（異步IO）。

二、異步IO

? ? ? ?異步 I/O?是一種沒(méi)有阻塞地讀寫(xiě)數(shù)據(jù)的方法。通常，在代碼進(jìn)行?read()?調(diào)用時(shí)，代碼會(huì)阻塞直至有可供讀取的數(shù)據(jù)。同樣，?write()調(diào)用將會(huì)阻塞直至數(shù)據(jù)能夠?qū)懭?#xff0c;關(guān)于同步的IO請(qǐng)參考另一篇文章Java IO。

? ? ? ?另一方面，異步 I/O 調(diào)用不但不會(huì)阻塞，相反，您可以注冊(cè)對(duì)特定 I/O 事件諸如數(shù)據(jù)可讀、新連接到來(lái)等等，而在發(fā)生這樣感興趣的事件時(shí)，系統(tǒng)將會(huì)告訴您。

? ? ? ?異步 I/O 的一個(gè)優(yōu)勢(shì)在于，它允許您同時(shí)根據(jù)大量的輸入和輸出執(zhí)行 I/O。同步程序常常要求助于輪詢(xún)，或者創(chuàng)建許許多多的線程以處理大量的連接。使用異步 I/O，您可以監(jiān)聽(tīng)任何數(shù)量的通道上的事件，不用輪詢(xún)，也不用額外的線程。

三、Selector

? ? ? ?在我的Java NIO詳解（一）中已經(jīng)詳細(xì)介紹了Java NIO三個(gè)核心對(duì)象中的Buffer和Channel，現(xiàn)在我們就重點(diǎn)介紹一下第三個(gè)核心對(duì)象Selector。Selector是一個(gè)對(duì)象，它可以注冊(cè)到很多個(gè)Channel上，監(jiān)聽(tīng)各個(gè)Channel上發(fā)生的事件，并且能夠根據(jù)事件情況決定Channel讀寫(xiě)。這樣，通過(guò)一個(gè)線程管理多個(gè)Channel，就可以處理大量網(wǎng)絡(luò)連接了。

1、采用Selector模式的的好處

? ? ? ?有了Selector，我們就可以利用一個(gè)線程來(lái)處理所有的channels。線程之間的切換對(duì)操作系統(tǒng)來(lái)說(shuō)代價(jià)是很高的，并且每個(gè)線程也會(huì)占用一定的系統(tǒng)資源。所以，對(duì)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)使用的線程越少越好。

? ? ? ?但是，需要記住，現(xiàn)代的操作系統(tǒng)和CPU在多任務(wù)方面表現(xiàn)的越來(lái)越好，所以多線程的開(kāi)銷(xiāo)隨著時(shí)間的推移，變得越來(lái)越小了。實(shí)際上，如果一個(gè)CPU有多個(gè)內(nèi)核，不使用多任務(wù)可能是在浪費(fèi)CPU能力。不管怎么說(shuō)，關(guān)于那種設(shè)計(jì)的討論應(yīng)該放在另一篇不同的文章中。在這里，只要知道使用Selector能夠處理多個(gè)通道就足夠了。

下面這幅圖展示了一個(gè)線程處理3個(gè) Channel的情況：

2、如何創(chuàng)建一個(gè)Selector

? ? ? ?異步 I/O 中的核心對(duì)象名為 Selector。Selector 就是您注冊(cè)對(duì)各種 I/O 事件興趣的地方，而且當(dāng)那些事件發(fā)生時(shí)，就是這個(gè)對(duì)象告訴您所發(fā)生的事件。

Selector selector = Selector.open();? ? ? ?然后，就需要注冊(cè)Channel到Selector了。

3、如何注冊(cè)Channel到Selector

? ? ? ?為了能讓Channel和Selector配合使用，我們需要把Channel注冊(cè)到Selector上。通過(guò)調(diào)用?channel.register（）方法來(lái)實(shí)現(xiàn)注冊(cè)：

channel.configureBlocking(false); SelectionKey key =channel.register(selector,SelectionKey.OP_READ);? ? ? ?注意，注冊(cè)的Channel? 必須設(shè)置成異步模式?才可以,，否則異步IO就無(wú)法工作，這就意味著我們不能把一個(gè) FileChannel注冊(cè)到Selector，因?yàn)镕ileChannel沒(méi)有異步模式，但是網(wǎng)絡(luò)編程中的 SocketChannel是可以的。
? ? ? ?需要注意register()方法的第二個(gè)參數(shù)，它是一個(gè) “interest set”,意思是注冊(cè)的Selector對(duì)Channel中的哪些時(shí)間感興趣，事件類(lèi)型有四種：

• Connect
• Accept
• Read
• Write

? ? ? ?通道觸發(fā)了一個(gè)事件意思是該事件已經(jīng)?Ready(就緒)。所以，某個(gè)Channel成功連接到另一個(gè)服務(wù)器稱(chēng)為Connect Ready。一個(gè)ServerSocketChannel準(zhǔn)備好接收新連接稱(chēng)為?Accept Ready，一個(gè)有數(shù)據(jù)可讀的通道可以說(shuō)是?Read Ready，等待寫(xiě)數(shù)據(jù)的通道可以說(shuō)是Write Ready。

上面這四個(gè)事件對(duì)應(yīng)到SelectionKey中的四個(gè)常量：

1. SelectionKey.OP_CONNECT 2. SelectionKey.OP_ACCEPT 3. SelectionKey.OP_READ 4. SelectionKey.OP_WRITE如果你對(duì)多個(gè)事件感興趣，可以通過(guò)or操作符來(lái)連接這些常量：
int interestSet = SelectionKey.OP_READ | SelectionKey.OP_WRITE;
四、關(guān)于SelectionKey

? ? ? ?請(qǐng)注意對(duì)register()的調(diào)用的返回值是一個(gè)SelectionKey。 SelectionKey 代表這個(gè)通道在此 Selector 上的這個(gè)注冊(cè)。當(dāng)某個(gè) Selector 通知您某個(gè)傳入事件時(shí)，它是通過(guò)提供對(duì)應(yīng)于該事件的 SelectionKey 來(lái)進(jìn)行的。SelectionKey 還可以用于取消通道的注冊(cè)。SelectionKey中包含如下屬性：

• The interest set
• The ready set
• The Channel
• The Selector
• An attached object (optional)

Interest Set

? ? ? ?就像我們?cè)谇懊嬷v到的把Channel注冊(cè)到Selector來(lái)監(jiān)聽(tīng)感興趣的事件，interest set就是你要選擇的感興趣的事件的集合。你可以通過(guò)SelectionKey對(duì)象來(lái)讀寫(xiě)interest set：

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; ? ? ? ?通過(guò)上面例子可以看到，我們可以通過(guò)用AND 和SelectionKey 中的常量做運(yùn)算，從SelectionKey中找到我們感興趣的事件。

Ready Set

? ? ? ?ready set?是通道已經(jīng)準(zhǔn)備就緒的操作的集合。在一次選Selection之后，你應(yīng)該會(huì)首先訪問(wèn)這個(gè)ready set。Selection將在下一小節(jié)進(jìn)行解釋。可以這樣訪問(wèn)ready集合：

int readySet = selectionKey.readyOps();

? ? ? ?可以用像檢測(cè)interest集合那樣的方法，來(lái)檢測(cè)Channel中什么事件或操作已經(jīng)就緒。但是，也可以使用以下四個(gè)方法，它們都會(huì)返回一個(gè)布爾類(lèi)型：

selectionKey.isAcceptable(); selectionKey.isConnectable(); selectionKey.isReadable(); selectionKey.isWritable();

Channel 和Selector

? ? ? ?我們可以通過(guò)SelectionKey獲得Selector和注冊(cè)的Channel：

Channel channel = selectionKey.channel(); Selector selector = selectionKey.selector();

Attach 一個(gè)對(duì)象

? ? ? ?可以將一個(gè)對(duì)象或者更多信息 attach?到SelectionKey上，這樣就能方便的識(shí)別某個(gè)給定的通道。例如，可以附加 與通道一起使用的Buffer，或是包含聚集數(shù)據(jù)的某個(gè)對(duì)象。使用方法如下：

selectionKey.attach(theObject); Object attachedObj = selectionKey.attachment();? ? ? ?還可以在用register()方法向Selector注冊(cè)Channel的時(shí)候附加對(duì)象。如：?
SelectionKey key = channel.register(selector, SelectionKey.OP_READ, theObject);

五、通過(guò)Selector選擇通道

? ? ? ?一旦向Selector注冊(cè)了一或多個(gè)通道，就可以調(diào)用幾個(gè)重載的select()方法。這些方法返回你所感興趣的事件（如連接、接受、讀或?qū)?#xff09;已經(jīng)準(zhǔn)備就緒的那些通道。換句話說(shuō)，如果你對(duì)“Read Ready”的通道感興趣，select()方法會(huì)返回讀事件已經(jīng)就緒的那些通道：

• int select()： 阻塞到至少有一個(gè)通道在你注冊(cè)的事件上就緒
• int select(long timeout)：select()一樣，除了最長(zhǎng)會(huì)阻塞timeout毫秒(參數(shù))
• int selectNow()： 不會(huì)阻塞，不管什么通道就緒都立刻返回，此方法執(zhí)行非阻塞的選擇操作。如果自從前一次選擇操作后，沒(méi)有通道變成可選擇的，則此方法直接返回零。

? ? ? ?select()方法返回的int值表示有多少通道已經(jīng)就緒。亦即，自上次調(diào)用select()方法后有多少通道變成就緒狀態(tài)。如果調(diào)用select()方法，因?yàn)橛幸粋€(gè)通道變成就緒狀態(tài)，返回了1，若再次調(diào)用select()方法，如果另一個(gè)通道就緒了，它會(huì)再次返回1。如果對(duì)第一個(gè)就緒的channel沒(méi)有做任何操作，現(xiàn)在就有兩個(gè)就緒的通道，但在每次select()方法調(diào)用之間，只有一個(gè)通道處于就緒狀態(tài)。

selectedKeys()

? ? ? ?一旦調(diào)用了 select()方法，它就會(huì)返回一個(gè)數(shù)值，表示一個(gè)或多個(gè)通道已經(jīng)就緒，然后你就可以通過(guò)調(diào)用 selector.selectedKeys()方法返回的SelectionKey集合來(lái)獲得就緒的Channel。請(qǐng)看演示方法：

Set<SelectionKey> selectedKeys = selector.selectedKeys();? ? ? ?當(dāng)你通過(guò)Selector注冊(cè)一個(gè)Channel時(shí)， channel.register()方法會(huì)返回一個(gè)SelectionKey對(duì)象，這個(gè)對(duì)象就代表了你注冊(cè)的Channel。這些對(duì)象可以通過(guò) selectedKeys()方法獲得。你可以通過(guò)迭代這些selected key來(lái)獲得就緒的Channel，下面是演示代碼：
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(); }? ? ? ?這個(gè)循環(huán)遍歷selected key的集合中的每個(gè)key，并對(duì)每個(gè)key做測(cè)試來(lái)判斷哪個(gè)Channel已經(jīng)就緒。

? ? ? ?請(qǐng)注意循環(huán)中最后的keyIterator.remove()方法。Selector對(duì)象并不會(huì)從自己的selected key集合中自動(dòng)移除SelectionKey實(shí)例。我們需要在處理完一個(gè)Channel的時(shí)候自己去移除。當(dāng)下一次Channel就緒的時(shí)候，Selector會(huì)再次把它添加到selected key集合中。

SelectionKey.channel()方法返回的Channel需要轉(zhuǎn)換成你具體要處理的類(lèi)型，比如是ServerSocketChannel或者SocketChannel等等。

WakeUp（）和Close（）

? ? ? ?某個(gè)線程調(diào)用select()方法后阻塞了，即使沒(méi)有通道就緒，也有辦法讓其從select()方法返回。只要讓其它線程在第一個(gè)線程調(diào)用select()方法的那個(gè)對(duì)象上調(diào)用Selector.wakeup()方法即可。阻塞在select()方法上的線程會(huì)立馬返回。

? ? ? ?如果有其它線程調(diào)用了wakeup()方法，但當(dāng)前沒(méi)有線程阻塞在select()方法上，下個(gè)調(diào)用select()方法的線程會(huì)立即“醒來(lái)（wake up）”

? ? ? ?當(dāng)用完Selector后調(diào)應(yīng)道掉用close()方法，它將關(guān)閉Selector并且使注冊(cè)到該Selector上的所有SelectionKey實(shí)例無(wú)效。通道本身并不會(huì)關(guān)閉。

六、一個(gè)完整的例子

下面通過(guò)一個(gè)MultiPortEcho的例子來(lái)演示一下上面整個(gè)過(guò)程。

public class MultiPortEcho {private int ports[];private ByteBuffer echoBuffer = ByteBuffer.allocate(1024);public MultiPortEcho(int ports[]) throws IOException {this.ports = ports;go();}private void go() throws IOException {// 1. 創(chuàng)建一個(gè)selector，select是NIO中的核心對(duì)象// 它用來(lái)監(jiān)聽(tīng)各種感興趣的IO事件Selector selector = Selector.open();// 為每個(gè)端口打開(kāi)一個(gè)監(jiān)聽(tīng), 并把這些監(jiān)聽(tīng)注冊(cè)到selector中for (int i = 0; i < ports.length; ++i) {//2. 打開(kāi)一個(gè)ServerSocketChannel//其實(shí)我們沒(méi)監(jiān)聽(tīng)一個(gè)端口就需要一個(gè)channelServerSocketChannel ssc = ServerSocketChannel.open();ssc.configureBlocking(false);//設(shè)置為非阻塞ServerSocket ss = ssc.socket();InetSocketAddress address = new InetSocketAddress(ports[i]);ss.bind(address);//監(jiān)聽(tīng)一個(gè)端口//3. 注冊(cè)到selector//register的第一個(gè)參數(shù)永遠(yuǎn)都是selector//第二個(gè)參數(shù)是我們要監(jiān)聽(tīng)的事件//OP_ACCEPT是新建立連接的事件//也是適用于ServerSocketChannel的唯一事件類(lèi)型SelectionKey key = ssc.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT);System.out.println("Going to listen on " + ports[i]);}//4. 開(kāi)始循環(huán)，我們已經(jīng)注冊(cè)了一些IO興趣事件while (true) {//這個(gè)方法會(huì)阻塞，直到至少有一個(gè)已注冊(cè)的事件發(fā)生。當(dāng)一個(gè)或者更多的事件發(fā)生時(shí)// select() 方法將返回所發(fā)生的事件的數(shù)量。int num = selector.select();//返回發(fā)生了事件的 SelectionKey 對(duì)象的一個(gè) 集合Set selectedKeys = selector.selectedKeys();//我們通過(guò)迭代 SelectionKeys 并依次處理每個(gè) SelectionKey 來(lái)處理事件//對(duì)于每一個(gè) SelectionKey，您必須確定發(fā)生的是什么 I/O 事件，以及這個(gè)事件影響哪些 I/O 對(duì)象。Iterator it = selectedKeys.iterator();while (it.hasNext()) {SelectionKey key = (SelectionKey) it.next();//5. 監(jiān)聽(tīng)新連接。程序執(zhí)行到這里，我們僅注冊(cè)了 ServerSocketChannel//并且僅注冊(cè)它們“接收”事件。為確認(rèn)這一點(diǎn)//我們對(duì) SelectionKey 調(diào)用 readyOps() 方法，并檢查發(fā)生了什么類(lèi)型的事件if ((key.readyOps() & SelectionKey.OP_ACCEPT) == SelectionKey.OP_ACCEPT) {//6. 接收了一個(gè)新連接。因?yàn)槲覀冎肋@個(gè)服務(wù)器套接字上有一個(gè)傳入連接在等待//所以可以安全地接受它；也就是說(shuō)，不用擔(dān)心 accept() 操作會(huì)阻塞ServerSocketChannel ssc = (ServerSocketChannel) key.channel();SocketChannel sc = ssc.accept();sc.configureBlocking(false);// 7. 講新連接注冊(cè)到selector。將新連接的 SocketChannel 配置為非阻塞的//而且由于接受這個(gè)連接的目的是為了讀取來(lái)自套接字的數(shù)據(jù)，所以我們還必須將 SocketChannel 注冊(cè)到 Selector上SelectionKey newKey = sc.register(selector,SelectionKey.OP_READ);it.remove();System.out.println("Got connection from " + sc);} else if ((key.readyOps() & SelectionKey.OP_READ) == SelectionKey.OP_READ) {// Read the dataSocketChannel sc = (SocketChannel) key.channel();// Echo dataint bytesEchoed = 0;while (true) {echoBuffer.clear();int r = sc.read(echoBuffer);if (r <= 0) {break;}echoBuffer.flip();sc.write(echoBuffer);bytesEchoed += r;}System.out.println("Echoed " + bytesEchoed + " from " + sc);it.remove();}}// System.out.println( "going to clear" );// selectedKeys.clear();// System.out.println( "cleared" );}}static public void main(String args2[]) throws Exception {String args[]={"9001","9002","9003"};if (args.length <= 0) {System.err.println("Usage: java MultiPortEcho port [port port ...]");System.exit(1);}int ports[] = new int[args.length];for (int i = 0; i < args.length; ++i) {ports[i] = Integer.parseInt(args[i]);}new MultiPortEcho(ports);}}

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的Java基础——Java NIO详解（二）的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問(wèn)題。

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