Selector

스레드는 운영 채제애 비용을 먾이 들이는 작업으로 하나의 스레드에서 여러 채널을 관리하며 비용 소모가 적게 들게 되니다. 이런 경우 Selector에 여러개의 스레드를 묶어서 하나의 스레드로 처리하게 됩니다.

작업 순서는 다음과 같습니다.

  1. Selector 생성

  2. 선택 가능한 채널 등록

1. selector 생성 

Selector selector = Selector.open();

2. 선택 가능한 채널 등록

선택기에는 채널을 사용하기 위해서는 register 메서드로 채널을 등록 해야 하는데 우선 비동기 모드로 설정 되어 있어야 됩니다. 이 말의 의미는 FileChannel을 사용 할 수 없다는 이야기 입니다. 왜냐 하면 FileChannel는 비동기 모드로 동작을 하지 않기 때문입니다.

다음은 channel에 selector

register 의 시스니처 입니다.

public final SelectionKey register(Selector sel, int ops, Object att)
        throws ClosedChannelException { ... } 
channel.configureBlocking(false);

SelectionKey key = channel.register(selector, SelectionKey.OP_READ);

register 의 두번째 파라메터는 "interest set"으로 selector를 통해 채널에서 수신하려는 이벤트를 의미하며 다음과 같이 네가지의 이벤트가 있습니다.

  • Connect : SelectionKey.OP_CONNECT, 클라이언트가 서버에 연결을 시도

  • Accept : SelectionKey.OP_ACCEPT, 서버가 클라이언트의 연결을 수락

  • Read : SelectionKey.OP_READ, 서버가 채널에서 읽을 준비가 되었을 때

  • Write : SelectionKey.OP_WRITE, 서버가 채널에 쓸 준비가 되었을 때

3. SelectionKey 개체의 속성을 검사하는 방법

SelectionKey 객체는 채널에 등록된 데이터를 가지고 있는 객체로 다음과 같은 속성이 있습니다.

  • Interest Set

  • Ready Set

  • Channel

  • Selector

  • Attaching Objects

3-1. Interest Set

selectionKey의 interestOps 메서드에 의해서 반환되는 값으로 SelectionKey의 상수값으로 두 값을 AND 연산을 통해서 감지되고 있는지 여부를 알 수 있습니다.

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;

3-2. Ready Set

Channel이 준비된 이벤트 세트으로 selectionKey의 readyOps 메서드로 얻을 수 있습니다.

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

3-3. Channel

selectionKey 객체에서 수신되는 channel

Channel channel = selectionKey.channel();

3-4. selector

selectionKey 객체에서 정의된 selector

Selector selector = selectionKey.selector();

4. 추가 객체 첨부

주어진 채널 또는 채널에 추가 정보를 첨부합니다. 예를 들면 채널과 함께 사용 중인 또는 더 많은 집계를 포함하는 데이터객체를 추가 합니다.

key.attach(Object);
Object object = key.attachment();

// selector 생성시 
SelectionKey key = channel.register(
  selector, SelectionKey.OP_ACCEPT, object);

5. 선택기를 통한 채널 선택

selector에는 하나 또는 여러개의 채널을 연결할 수 있는데 selector의 select 메소드를 사용하여 선택 합니다. select 메서드는 하나 이상의 채널이 작업을 수행할 준비( (Interest Set : connect, accept, read or write))가 될 때까지 차단됩니다. 반환되는 정수는 채널이 조작을 위해 준비된 키의 수를 나타내는 것으로 다음과 같은 방법으로 얻을 수 있습니다.

  • int select() : 등록된 이벤트가 하나 이상의 채널이 준비 될 때까지 차단

  • int select(long timeout) : 최대 허용 시간 까지 차단단

  • int selectNow() : 차단 하지 않습니다.

5-1. selectedKeys()

준비된 채널의 SelectionKey Set를 통해서 얻을 수 있습니다. 

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();
}

6. 전체 예제

서버 
package org.example;

import java.io.IOException;
import java.net.InetSocketAddress;
import java.nio.ByteBuffer;
import java.nio.channels.*;
import java.util.Iterator;
import java.util.Set;

public class JavaNioSocketSever {

    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("Hello world!");

        try {
            JavaNioSocketSever.selectorServerSocketChannel();
        } catch (IOException e) {
            throw new RuntimeException(e);
        }
    }

    private static void selectorServerSocketChannel() throws IOException {
        // Select 오픈 ( 생성 )
        Selector selector = Selector.open();

        System.out.println("Selector open: " + selector.isOpen());


        // 서버 소켓 채널 오픈 ( 생성 )
        ServerSocketChannel serverSocket = ServerSocketChannel.open();
        InetSocketAddress hostAddress = new InetSocketAddress("localhost", 5454);
        serverSocket.bind(hostAddress);

        // 비동기 설정
        serverSocket.configureBlocking(false);
        
        // 해당 채널을 연결 수락을 식별하는 작업 SET
        int ops = serverSocket.validOps();

        // 서버 소켓 채널에 selector 지정 
        SelectionKey selectKy = serverSocket.register(selector, ops, null);
        System.out.println("등록 이후 :  " + selectKy);
        for (;;) {

            System.out.println("Waiting for select...");
            int noOfKeys = selector.select();

            System.out.println("Number of selected keys: " + noOfKeys);

            Set selectedKeys = selector.selectedKeys();
            Iterator iter = selectedKeys.iterator();

            while (iter.hasNext()) {

                SelectionKey ky = (SelectionKey) iter.next();

                if (ky.isAcceptable()) {

                    // Accept the new client connection
                    SocketChannel client = serverSocket.accept();
                    client.configureBlocking(false);

                    // Add the new connection to the selector
                    client.register(selector, SelectionKey.OP_READ);

                    System.out.println("Accepted new connection from client: " + client);
                }
                else if (ky.isReadable()) {

                    // Read the data from client

                    SocketChannel client = (SocketChannel) ky.channel();
                    ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(256);
                    client.read(buffer);
                    String output = new String(buffer.array()).trim();

                    System.out.println("Message read from client: " + output);

                    if (output.equals("Bye.")) {

                        client.close();
                        System.out.println("Client messages are complete; close.");
                    }

                } // end if (ky...)

                iter.remove();

            } // end while loop

        } // end for loop
    }

}
클라이언트
package org.example;

import java.io.IOException;
import java.net.InetSocketAddress;
import java.nio.ByteBuffer;
import java.nio.channels.SocketChannel;

public class JavaNioClient {
    public static void main(String[] args) {
        try {
            JavaNioClient.socketClient();
        } catch (IOException e) {
            throw new RuntimeException(e);
        } catch (InterruptedException e) {
            throw new RuntimeException(e);
        }
    }


    public static void socketClient() throws IOException, InterruptedException {
        InetSocketAddress hostAddress = new InetSocketAddress("localhost", 5454);
        SocketChannel client = SocketChannel.open(hostAddress);

        System.out.println("Client sending messages to server..." + client.isConnected());
        Thread.sleep(3000);
        
        // 메세지 발송 
        String [] messages = new String [] {"Time goes fast.", "What now?", "Bye."};

        for (int i = 0; i < messages.length; i++) {

            byte [] message = new String(messages [i]).getBytes();
            ByteBuffer buffer = ByteBuffer.wrap(message);
            client.write(buffer);

            System.out.println(messages [i]);
            buffer.clear();
            Thread.sleep(3000);
        }

        client.close();
    }
}
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