Java NIO系列教程（六） Selector

Java NIO系列教程（六） Selector

Selector（选择器）是 Java NIO 中可以检测一到多个 NIO 通道，并可以知晓通道是否为诸如读写事件作好准备的组件。这样，一个单独的线程能够管理多个 channel，从而管理多个网络链接。深刻浅出NIO Socket实现机制

1、为何使用 Selector?

仅用单个线程来处理多个 Channels 的好处是，只须要更少的线程来处理通道。事实上，能够只用一个线程处理全部的通道。对于操做系统来讲，线程之间上下文切换的开销很大，并且每一个线程都要占用系统的一些资源（如内存）。所以，使用的线程越少越好。

可是，须要记住，现代的操做系统和 CPU 在多任务方面表现的愈来愈好，因此多线程的开销随着时间的推移，变得愈来愈小了。实际上，若是一个 CPU 有多个内核，不使用多任务多是在浪费 CPU 能力。无论怎么说，关于那种设计的讨论应该放在另外一篇不一样的文章中。在这里，只要知道使用 Selector 可以处理多个通道就足够了。

下面是单线程使用一个 Selector 处理 3 个 channel 的示例图：

2、Selector 的建立

经过调用 Selector.open() 方法建立一个 Selector，以下：

Selector selector = Selector.open();

3、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。经过 SelectableChannel.register() 方法来实现，以下：

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

与 Selector 一块儿使用时，Channel 必须处于非阻塞模式下。这意味着不能将 FileChannel 与 Selector 一块儿使用，由于 FileChannel 不能切换到非阻塞模式。而套接字通道均可以。

注意 register() 方法的第二个参数。这是一个“interest集合”，意思是在经过 Selector 监听 Channel 时对什么事件感兴趣。能够监听四种不一样类型的事件，这四种事件用 SelectionKey 的四个常量来表示：

1. Connect 客户端链接服务端事件，对应值为 SelectionKey.OP_CONNECT(8)
2. Accept 服务端接收客户端链接事件，对应值为 SelectionKey.OP_ACCEPT(16)
3. Read 读事件，对应值为 SelectionKey.OP_READ(1)
4. Write 写事件，对应值为 SelectionKey.OP_WRITE(4)

通道触发了一个事件意思是该事件已经就绪。因此，某个 channel 成功链接到另外一个服务器称为“链接就绪”。一个 ServerSocketChannel 准备好接收新进入的链接称为“接收就绪”。一个有数据可读的通道能够说是“读就绪”。等待写数据的通道能够说是“写就绪”。

若是你对不止一种事件感兴趣，那么能够用“位或”操做符将常量链接起来，以下：

int interestSet = SelectionKey.OP_READ | SelectionKey.OP_WRITE;

在下面还会继续提到 interest 集合。

4、SelectionKey

在上一小节中，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）

下面我会描述这些属性。

(1) interest 集合

就像向 Selector 注册通道一节中所描述的，interest 集合是你所选择的感兴趣的事件集合。能够经过 SelectionKey 读写 interest 集合，像这样：

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;

能够看到，用“位与”操做 interest 集合和给定的 SelectionKey 常量，能够肯定某个肯定的事件是否在 interest 集合中。

(2) ready 集合

ready 集合是通道已经准备就绪的操做的集合。在一次选择(Selection)以后，你会首先访问这个 readySet。Selection将在下一小节进行解释。能够这样访问 ready 集合：

int readySet = selectionKey.readyOps();

能够用像检测 interest 集合那样的方法，来检测 channel 中什么事件或操做已经就绪。可是，也可使用如下四个方法，它们都会返回一个布尔类型：

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

(3) Channel + Selector

从 SelectionKey 访问 Channel 和 Selector 很简单。以下：

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

(4) 附加的对象

能够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，能够附加 与通道一块儿使用的 Buffer，或是包含汇集数据的某个对象。使用方法以下：

selectionKey.attach(theObject);
Object attachedObj = selectionKey.attachment();

还能够在用 register() 方法向 Selector 注册 Channel 的时候附加对象。如：

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

5、经过 Selector 选择通道

一旦向 Selector 注册了一或多个通道，就能够调用几个重载的 select() 方法。这些方法返回你所感兴趣的事件（如链接、接受、读或写）已经准备就绪的那些通道。换句话说，若是你对“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。

下面是 select() 方法：

• select() 阻塞到至少有一个通道在你注册的事件上就绪了。
• int select(long timeout) 和 select() 同样，除了最长会阻塞 timeout 毫秒(参数)。
• int selectNow() 不会阻塞，无论什么通道就绪都马上返回（译者注：此方法执行非阻塞的选择操做。若是自从前一次选择操做后，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。亦即，自上次调用 select()方法后有多少通道变成就绪状态。若是调用 select() 方法，由于有一个通道变成就绪状态，返回了 1，若再次调用 select() 方法，若是另外一个通道就绪了，它会再次返回 1。若是对第一个就绪的 channel 没有作任何操做，如今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，而且返回值代表有一个或更多个通道就绪了，而后能够经过调用 selector 的 selectedKeys()方法，访问“已选择键集（selected key set）”中的就绪通道。以下所示：

Set selectedKeys = selector.selectedKeys();

当像 Selector 注册 Channel 时，Channel.register() 方法会返回一个 SelectionKey 对象。这个对象表明了注册到该 Selector 的通道。能够经过 SelectionKey 的 selectedKeySet() 方法访问这些对象。

能够遍历这个已选择的键集合来访问就绪的通道。以下：

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一个键，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 不会本身从已选择键集中移除 SelectionKey 实例。必须在处理完通道时本身移除。下次该通道变成就绪时，Selector 会再次将其放入已选择键集中。

SelectionKey.channel() 方法返回的通道须要转型成你要处理的类型，如 ServerSocketChannel 或 SocketChannel 等。

6、wakeUp()

某个线程调用 select() 方法后阻塞了，即便没有通道已经就绪，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() 方法便可。阻塞在 select() 方法上的线程会立马返回。

若是有其它线程调用了 wakeup() 方法，但当前没有线程阻塞在 select() 方法上，下个调用 select()方法的线程会当即“醒来（wake up）”。

7、close()

用完 Selector 后调用其 close()方法会关闭该 Selector，且使注册到该 Selector 上的全部 SelectionKey 实例无效。通道自己并不会关闭。

8、完整的示例

这里有一个完整的示例，打开一个 Selector，注册一个通道注册到这个 Selector 上(通道的初始化过程略去),而后持续监控这个 Selector 的四种事件（接受，链接，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();
  }
}

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