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13. Selector

강의 내용

- Selector 개요
- 기존의 네트워크 프로그래밍 모델
- Non-Blocking 모델
- 

1. Selector 개요

• Reactor 디자인 패턴

  클라이언트의 요청을 앞단의 queue에 저장
  -> queue를 모니터링 한느 thread에 이벤트 전달
  -> 모니터링 하는 thread가 queue에 저장된 요청 방향 분석
  -> 적절한 프로세스 로직으로 보내주어 해당 요청 처리

  • NIO Non-Blocking 서버 구현의 밑바탕(Readctor 패턴)
  • 즉, Selector는 바로 Reactor 역할
• Selector 역할

  SelectableChannel을 자신에게 등록
  -> 등록된 SelectableChannel의 이벤트 요청 구분
  -> 적절한 서비스 제공자에게 보내 처리

  • 즉, Multiaplex IO를 가능하게 해 준다.

2. 기존의 네트워크 프로그래밍 모델

• Blocking IO
  • r/w 작업을 할 때, 데이터를 이용할 수 있을 때까지 해당 IO 작업을 수행하려던 thread가 아무것도 하지 않고 대기하는 것
• Blocking IO 예시
  • Socket 에서 BufferedRead 객체를 얻어 이 Stream 으로부터 데이터를 읽어 오기 위해 readLine() 호출
  • readLine() 호출했을 때,해당 Stream 으로부터 \n 을 읽을 때까지 이 Thread는 Blocking
• Multi Thread 모델의 문제점
  • 많은 Thread 생성에 따른 Thread context switch 부하
    • 보통 경량 서버의 경우, 1,000개의 thread가 생성되면 thread context 부하로 급격한 성능 저하 발생
    • thread 자체가 CPU와 고유 스택을 갖는데 따른 컴퓨터 리소스 부하
  • 클라이언트의 빈번한 접속과 종료에 따라 많은 가비지가 생성
    • 클라이언트와 데이터를 주고받는 과정에서 JVM 힙 영역으로부터 데이터의 복사가 빈번하게 발생하므로 많은 가비지 밯생
    • Thread의 잦은 생성과 소멸에 따른 가비지도 발생
  • 클라이언트가 접속할 때마다 매번 thread를 새로 생성하는 부담
  • 서버의 메모리가 부족해서 OutOfMemoryException 발생할 수도 있음

3. Non-Blocking 모델

• Non Blocking 모드를 사용해서 Multi-Thread 서버와 같은 동작
  • 채널을 Selector에 등록하면 채널과 Selector 사이의 관계를 캡슐화한 SelectionKey가 Selector에 저장
  • 어떤 채널이 자신이 등록한 mode 에 대해 동작할 준비가 되면 SelectionKey는 그 준비상태를 내부적으로 저장
  • Selector가 select() 메소드를 호출해서 자신에게 등록된 모든 SelectionKey 들을 검사하는데, 바로 동작할 준비가 되어 있는지 아닌지를 검사

  • Multiplex 모델의 서버를 만들기 위해 핵심적인 역할을 하는 것은
    Selector, SelectableChannel, SelectionKey 이다.

4. SelectableChannel

import java.io.IOException;
import java.nio.channels.SelectionKey;
import java.nio.channels.spi.AbstractInterruptibleChannel;
import java.nio.channels.spi.SelectorProvider;


public abstract class SelectableChannel
        extends AbstractInterruptibleChannel
        implements Channel {
    
    public abstract void configureBlocking(boolean block) throws IOException;

    public abstract boolean isBlocking();

    public abstract Object blockingLock();

    public final SelectionKey register(Selector sel, int ops)
            throws ClosedChannelException
    {
        return register(sel, ops, null);
    }
    public abstract SelectionKey register(Selector sel, int ops, Object att)
            throws ClosedChannelException;
    public abstract boolean isRegistered();
    public abstract SelectionKey keyFor(Selector sel);
    public abstract int validOps();
    
}

• 채널을 Selector에 등록하기
  • 등록할 채널을 우선 Non-Blocking 모드로 설정
  • SelectableChannel의 register() 메소드를 호출해서 Selector 등록 (Blocking 모드로 된 채널을 등록시 IllegalBlockingModeException 발생)

    모든 채널은 생성시 기본적으로 Blocking 모드로 설정되므로 반드시 configureBlocking(false) 를 통해
    Non-Blocking 모드로 만들어야 한다.

  • 닫힌 (closed) 채널을 register() 로 등록하려면 ClosedChannelException 예외 발생
  • Selector 에 등록할 수 있는 이벤트

    public abstract class SelectionKey{
        
    public static final int OP_READ = 1 << 0; // 00001
    public static final int OP_WRITE = 1 << 2; // 00100
    public static final int OP_CONNECT = 1 << 3; // 01000
    public static final int OP_ACCEPT = 1 << 4; // 10000
        
    }
    

  • 서버 소켓 채널을 Selector에 등록하는 템플릿

    import java.net.InetSocketAddress;     
    import java.nio.channels.ClosedChannelException;     
    import java.nio.channels.SelectableChannel;     
    import java.nio.channels.SelectionKey;     
    import java.nio.channels.ServerSocketChannel;     
    ServerSocketChannel server = ServerSocketChannel.open();
    server.configureBlocking(false);
        
    ServerSocket socket = server.socket();
        
    SocketAddress addr = new InetSocketAddress(port);
    socket.bind(addr);
    
    server.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT);
        
    ...
    ServerSocketChannel server = (ServerSocketChannel)key.channel();
    SocketChannel sc = server.accept();
    boolean isRegist = registerChannel(selector, sc, SelectionKey.OP_READ);
        
    private boolean registerChannel (Selector selector, SelectableChannel sc, int ops) throws ClosedChannelException, IOException{
    if(sc == null){
        return false; 
    }
    
    sc.configureBlocking(false);
    sc.register(selector, ops);
    return true;
    }
    

  • Selector 에 등록 가능한 채널별 모드
  • ServerSocketChannel : OP_ACCEPT
  • SocketChannel : OP_CONNECT, OP_READ, OP_WRITE
  • DatagramChanel : OP_READ, OP_WRITE
  • Pipe.SourceChannel : OP_READ
  • Pipe.SinkChannel : OP_WRITE

5. SelectionKey

6. Selector API

7. Non-Blocking 서버 만들기