Java基础知识强化之IO流笔记77：NIO之 Selector

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。

1. 为什么使用Selector?

　　仅用单个线程来处理多个Channels的好处是，只需要更少的线程来处理通道。事实上，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（如内存）。因此，使用的线程越少越好。

　　但是，需要记住，现代的操作系统和CPU在多任务方面表现的越来越好，所以多线程的开销随着时间的推移，变得越来越小了。实际上，如果一个CPU有多个内核，不使用多任务可能是在浪费CPU能力。在这里，只要知道使用Selector能够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的创建

通过调用Selector.open()方法创建一个Selector，如下：

 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。通过SelectableChannel.register()方法来实现，如下：

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

　　configureBlocking(boolean block) ，block如果为 true，则此通道将被置于阻塞模式；如果为 false，则此通道将被置于非阻塞模式。

　　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。

　　注意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

　　通道触发了一个事件意思是该事件已经就绪。所以，某个channel成功连接到另一个服务器称为“连接就绪”。一个server socket channel准备好接收新进入的连接称为"接收就绪"。一个有数据可读的通道可以说是“读就绪”。等待写数据的通道可以说是“写就绪”。

　　这四种事件用SelectionKey的四个常量来表示：

• SelectionKey.OP_CONNECT
• SelectionKey.OP_ACCEPT
• SelectionKey.OP_READ
• 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;

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。可以通过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;

可以看到，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。

（2）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。Selection将在下一小节进行解释。可以这样访问ready集合：

 int readySet = selectionKey.readyOps();

可以用像检测interest集合那样的方法，来检测channel中什么事件或操作已经就绪。但是，也可以使用以下四个方法，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。如下：

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

（4）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，或是包含聚集数据的某个对象。使用方法如下：

 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。如：

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

5. 通过Selector选择通道

　　一旦向Selector注册了一或多个通道，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（如连接、接受、读或写）已经准备就绪的那些通道。换句话说，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。

下面是select()方法：

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

　　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。亦即，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更多个通道就绪了，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。

可以遍历这个已选择的键集合来访问就绪的通道。如下：

 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。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()方法返回的通道需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）"。

7. close()

　　用完Selector后调用其close()方法会关闭该Selector，且使注册到该Selector上的所有SelectionKey实例无效。通道本身并不会关闭。

8. 完整的例子：

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),然后持续监控这个Selector的四种事件（接受，连接，读，写）是否就绪。

 //获取选择器Selector实例
 Selector selector = Selector.open();
 //设置通道为非阻塞模式
 channel.configureBlocking(false);
 //注册通道到选择器Selector，返回了SelectionKey对象
 SelectionKey key = channel.register(selector, SelectionKey.OP_READ);
 while(true) {
     //获取选择器Selector中已经就绪的通道（1个或者多个）
     int readyChannels = selector.select();
     if(readyChannels == 0)
             continue;
     //"已选择键集（selected key set）" 中的就绪通道
     Set selectedKeys = selector.selectedKeys();
     //"已选择键集（selected key set）" 中的就绪通道    的迭代器
     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();
   }
 }