Java NIO学习系列三：Selector

　　前面的两篇文章中总结了Java NIO中的两大基础组件Buffer和Channel的相关知识点，在NIO中都是经过Channel和Buffer的协做来读写数据的，在这个基础上经过selector来协调多个channel以同时读写数据，本文咱们就来学习一下selector。

　　Java NIO中引入了"selector"的概念，一个selector实际上是一个Java对象，可以经过诸如链接打开、数据就绪等事件监控多个channel。如此在单个线程中就能够经过一个selector同时处理多个channel，一样也能够同时处理多个网络链接。

　　本文会围绕以下几个方面展开：

　　为何要有selector

　　建立selector及注册channel

　　SelectionKey

　　从Selector中选择Channels　　

　　Selector的一些其余操做

　　总结

 

1. 为何要有selector

　　利用单个线程处理多个channel的好处是能够减小线程的数量，节省开销。实际上，能够只用一个线程处理全部的channels。由于线程间的切换是很耗费操做系统资源的一项操做，而且每一个线程都要占用必定操做系统资源(内存)。所以，线程数量固然是越少越好，而经过引入selector的概念能够显著减小线程的数量，同时又不会减小系统处理的链接数，能够简单理解为吞吐量。

　　以下示例解释了一个Selector处理3个Channel：

2. 建立selector及注册channel

　　经过调用Selector的静态方法open()来建立一个selector对象：

Selector selector = Selector.open();

　　要让Selector处理Channel就须要先将Channel注册到Selector中，能够经过调用SelectableChannel.register()方法完成：

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

　　Channel必须处于非阻塞模式下才能被Selector所使用，所以FileChannel不能为Selector所用，由于它不能切换到非阻塞模式。Socket channels则支持这种工做模式，经过channel的configureBlocking()方法设置其工做模式是阻塞仍是非阻塞式。

　　register()的第二个参数是一个set集合(interest set)，用来指代那些Selector有兴趣监听的事件。一共有四种事件类型：

• Connect
• Accept
• Read
• Write

　　一个channel触发了某一事件实际上是表明着它的某些状态已经就绪，四种事件类型分别对应以下四种状况：

• 一个channel成功和服务器链接上就是"connect ready"，由SelectionKey.OP_CONNECT指代；
• 一个server socket channel接受了一个链接就称为"accept ready"，由SelectionKey.OP_ACCEPT指代；
• 一个channel中数据准备好了被读就是"read ready"，由SelectionKey.OP_READ指代；
• 一个channel可供写入数据就是"write ready"，由SelectionKey.OP_WRITE指代；

 　　经过这种传参的方式，咱们能够指定selector监听channel哪些事件，若是须要同时表示多种事件，则能够以下方式来表示：

int interestSet = SelectionKey.OP_READ | SelectionKey.OP_WRITE; 

 

3. SelectionKey

　　如上一部分所示，当往Selector中注册一个Channel时，register()方法会返回一个SelectionKey对象，其包含了以下属性：

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

3.1 Interest Set

　　能够经过以下方法读写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;

　　能够看到，采用的是与的方式来判断一个指定的event是否在interestSet中

3.2 Ready Set

　　这个指代channel就绪的操做的集合。在selection以后就可以得到一个ready set(这个selection稍后会介绍到)，能够经过以下方式获取：

int readySet = selectionKey.readyOps();

　　能够经过以下方式判断是否就绪：

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

3.3 Channel + Selector

　　经过以下方式来获取channel和selector：

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

3.4 Attaching Objects

　　能够给SelectionKey附带对象，这是一个手动标记一个channel的方式，或者是给channel附带更多信息的方式。你能够附带和channel链接的Buffer或者别的对象，使用方式以下：

// 能够这样搞
selectionKey.attach(theObject);
Object attachedObj = selectionKey.attachment();

// 也能够这样搞
SelectionKey key = channel.register(selector, SelectionKey.OP_READ, theObject);

 

4. 从Selector中选择Channels

　　当你往Selector中注册了多个channel时，你能够调用select()方法用以获取感兴趣且就绪的channel，该方法有以下三种重载格式：

int select()
int select(long timeout)
int selectNow()

• select()会一直阻塞，直到有一个channel就绪；
• select(long timeout)只会阻塞一段指定的时间(单位为ms)，直到有channel就绪；
• selectNow()不会阻塞，不论是否有channel就绪都会当即返回；

　　返回的int值指代有多少channel就绪(是从上一次调用select()以后开始算起)。好比调用select()，返回1，再次调用select()，这时又有一个channel就绪，此时任然是返回1。

4.1 selectedKeys()

　　当调用了一次select()方法而且返回一个int值，这时你能够经过"selected key set"来获取这些就绪的channels：

Set<SelectionKey> selectedKeys = selector.selectedKeys(); 

　　经过调用selectedKeys()方法，返回的是一个Set，你能够遍历以获取就绪的channel：

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();
}

 　　经过判断其对应的事件类型来作对应的操做。

 

5. Selector的一些其余操做

5.1 wakeUp()

　　线程调用Selector的select()方法以后会阻塞，在这种状况下能够经过另外一个线程调用同一个Selector的wakeup()方法来将其唤醒。若是一个线程调用了Selector的wakeup方法可是当前并无线程阻塞，则下一个调用Selector的select()方法的线程则不会阻塞(还记得不，前面讲到select()方法会一直阻塞)。

5.2 close()

　　当使用完了Selector，须要调用其close()方法来释放资源，该方法会关闭Selector并使全部相关的SelectionKey失效，可是和Selector相关的channel并不会被关闭。

5.3 一个例子

　　开启一个Selector，往其中注册一个channel，而且一直监控：

Selector selector = Selector.open();
channel.configureBlocking(false);
SelectionKey key = channel.register(selector, SelectionKey.OP_READ);
while(true) {
  int readyChannels = selector.selectNow();
  if(readyChannels == 0) continue;
  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. 总结

　　本文简单总结了Java NIO中的Selector，有了Selector，咱们能够实现多路复用，经过少许的线程来监控大量的链接，实现更高性能的服务器，不少现代服务器中都采用了这一特性，好比Tomcat、netty。

　　咱们能够往Selector中注册一些Channel，而且指定咱们须要监听的事件类型，而后监控这些channel，一旦获取到就绪的事件，则能够执行下一部的操做，这就是一个Selector处理channel的基本流程。