scatter和gather用于描述从Channel中读取或者写入到Channel的操作
分散(scatter)从Channel中读取是指在读操作时将读取的数据写入多个buffer中。
聚集(gather)写入Channel是指在写操作时将多个buffer的数据写入同一个Channel。
scatter和gather经常用于需要将传输的数据分开处理的场合,例如传输一个由消息头和消息体组成的消息,你可能会将消息体和消息头分散到不同的buffer中,这样你可以方便的处理消息头和消息体。
Scattering Reads
ByteBuffer header = ByteBuffer.allocate(128);
ByteBuffer body = ByteBuffer.allocate(1024);
ByteBuffer[] bufferArray = { hearder, body};
channel.read(bufferArray);
read()
方法按照buffer在数组中的顺序将从channel中读取的数据写入到buffer,当一个buffer被写满后,channel紧接着向另一个buffer中写。
Scattering Reads在移动到下一个buffer前,必须填满当前的buffer,这也意味着它不适用于动态消息(消息大小不固定)。换句话说,如果存在消息头和消息体,消息头必须完成填充,Scattering Reads才能正常工作。
Gathering Writes
Gathering Writes是指数据从多个buffer写入到同一个channel
ByteBuffer header = ByteBuffer.allocate(128);
ByteBuffer body = ByteBuffer.allocate(1024);
//write data into buffers
ByteBuffer[] bufferArray = { header, body };
channel.write(bufferArray);
write()
方法会按照buffer在数组中的顺序,将数据写入到channel,注意只有position和limit之间的数据才能被写入。
Gathering Writes能较好的处理动态消息。
在Java NIO中,如果两个通道中有一个是FileChannel,那你可以直接将数据从一个channel传输到另一个channel。
transferFrom()
FileChannel的transferFrom()
方法可以将数据从源通道传输到FileChannel中。
RandomAccessFile fromFile = new RandomAccessFile("fromFile.txt", "rw");
FileChannel fromChannel = fromFile.getChannel();
RandomAccessFile toFile = new RandomAccessFile("toFile.txt", "rw");
FileChannel toChannel = toFile.getChannel();
long position = 0;
long count = fromChannel.size();
toChannel.transferFrom(position, count, fromChannel);
Selector(选择器)是Java NIO中能够检测一到多个NIO通道,并能够知晓通道是否为诸如读写事件做好准备的组件。这样一个单独的线程可以管理多个channel,从而管理多个网络连接。
为什么使用Selector
可以只用一个线程处理所有的通道。对于操作系统来说,线程之间上下文切换的开销很大,而且每个线程都要占用系统的一些资源。
下面是单线程使用一个Selector处理3个channel的示例:
Selector的创建
通过调用Selector.open()
方法创建一个Selector,如下:
Selector selector = Selector.open();
向Selector注册通道
为了将Channel和Selector配合使用,必须将channel注册到selector上。通过SelectableChannel.register()
方法来实现,如下:
channel.configureBlocking(false);
SelectionKey key = channel.register(selector, Selectionkey.OP_READ);
与Selector一起使用时,Channel必须处于非阻塞模式下。这意味着不能将FileChannel与Selector一起使用,因为FileChannel不能切换到非阻塞模式。而套接字通道都可以。
register()
方法的第二个参数。这是一个interest集合
,意思是在通过Selector监听Channel时对什么事件感兴趣。可以监听四种不同类型的事件:
- Connect
- Accept
- Read
- Write
某个channel成功连接到另一个服务器称为连接就绪
。SelectionKey.OP_CONNECT
一个server socket channel准备好接收新进入的连接称为接收就绪
。SelectionKey.OP_ACCEPT
一个有数据可读的通道可以说是读就绪
。SelectionKey.OP_READ
等待写数据的通道可以说是写就绪
。SelectionKey.OP_WRITE
如果你对不止一种事件感兴趣,那么可以用“位或”操作符将常量连接起来,如下:
int interestSet = SelectionKey.OP_READ | SelectionKey.OP_WRITE;
SelectionKey
当向Selector注册Channel时,register()方法会返回一个SelectionKey对象。这个对象包含了一些你感兴趣的属性:
- interest集合
- ready集合
- Channel
- Selector
- 附加的对象(可选)
interest集合
interest集合是你所选择的感兴趣的事件集合。
可以通过SelectionKey读写interest集合:
int interestSet = selectionKey.interestOps();
boolean isInterestedInAccept = (interestSet & SelectionKey.OP_ACCEPT) == SelectionKey.OP_ACCEPT;
boolean isInterestedInConnect = interestSet & SelectionKey.OP_CONNECT;
boolean isInterestedInRead = interestSet & SelectionKey.OP_READ;
boolean isInterestedInWrite = interestSet & SelectionKey.OP_WRITE;
用'位与'操作interest集合和给定的selectionKey常量,可以确定某个确定的事件是否在interest集合中。
ready集合
ready集合是通道已经准备就绪的操作的集合。在一次选择(selection)之后,你会首先访问这个ready set。
int readySet = selectionKey.readyOps();
Channel + Selector
从SelectionKey访问Channel和Selector:
Channel channel = selectionKey.channel();
Selector selector = selectionKey.selector();
附加的对象
可以将一个对象或者更多信息附着到SelectionKey上,这样就能方便的识别某个给定的通道。
例如,可以附加与通道一起使用的Buffer,或者包含聚集数据的某个对象,使用方法:
selectionKey.attach(theObject);
Object attachedObj = selectionKey.attachment();
还可以在用register()方法向Selector注册Channel的时候附加对象。
SelectionKey key = channel.register(selector, SelectionKey.OP_READ, theObject);
通过Selector选择通道
一旦向Selector注册了一个或多个通道,就可以调用几个重载的select()
方法。这些方法返回你所感兴趣的事件、已经准备就绪的那些通道。
也就是,如果你对'读就绪'的通道感兴趣,select()
方法会返回读事件已经就绪的那些通道。
select()
阻塞到至少有一个通道在你注册的事件上就绪了。select(long timeout)
和select()
一样,除了最长会阻塞timeout毫秒(参数)。selectNow()
不会阻塞,不管什么通道就绪都立刻返回(译者注:此方法执行非阻塞的选择操作。如果自从前一次选择操作后,没有通道变成可选择的,则此方法直接返回零。)。
select()
方法返回的int值表示有多少通道已经就绪。自上次调用select()
方法后有多少通道变成就绪状态。
如果调用`select()`方法,因为有一个通道变成就绪状态,返回了1
若再次调用`select()`方法,如果另一个通道就绪了,它会再次返回1。
如果对第一个就绪的channel没有做任何操作,现在就有两个就绪的通道,
但在每次`select()`方法调用之间,只有一个通道就绪了。
selectedKeys()
一旦调用了select()
方法,并且返回值表明有一个或者多个通道就绪了,然后可以通过调用selector的selectedKeys()
方法,访问'已选择键集(selected key set)'中的就绪通道。如下所示:
Set selectedKeys = selector.selectedKeys();
当像Selector注册Channel时,Channel.register()
方法会返回一个SelectionKey 对象。这个对象代表了注册到该Selector的通道。可以通过SelectionKey的selectedKeySet()
方法访问这些对象。
Set selectedKeys = selector.selectedKeys();
Iterator 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();
}
这个循环遍历已选择键集中的每个键,并检测各个键所对应的通道的就绪事件。
注意每次迭代末尾的keyIterator.remove()
调用。Selector不会自己从已选择键集中移除SelectionKey实例。必须在处理完通道时自己移除。
SelectionKey.channel()
方法返回的通道需要转型成你要处理的类型,如ServerSocketChannel或SocketChannel等。
wakeUp()
某个线程调用select()
方法后阻塞了,即使没有通道已经就绪,也有办法让其从select()
方法返回。只要让其它线程在第一个线程调用select()
方法的那个对象上调用Selector.wakeup()
方法即可。阻塞在select()
方法上的线程会立马返回。
如果有其它线程调用了wakeup()
方法,但当前没有线程阻塞在select()
方法上,下个调用select()
方法的线程会立即'醒来(wake up)'
close()
用完Selector后调用其close()
方法会关闭该Selector,且使注册到该Selector上的所有SelectionKey实例无效。通道本身并不会关闭。
完整的示例
这里是一个完整的示例,打开一个Selector,注册一个通道注册到这个Selector上,然后持续监控这个Selector的四种事件(接受,连接,读,写)是否就绪
Selector selector = Selector.open();
channel.configureBlocking(false);
SelectionKey key = channel.register(selector, SelectionKey.OP_READ);
while(true) {
int readyChannels = selector.select();
if(readyChannels == 0) continue;
Set selectedKeys = selector.selectedKeys();
Iterator 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();
}
}
Reference
http://ifeve.com/java-nio-scattergather/