java-nio之Selector组件

对nio中Selector组件重要分析

1. 整体概要

Selector是定义在java.nio.channels中的一个抽象类。一个selector提供对一个或者多个NIO channel监测的机制，并且能够以事件驱动的异步方式识别什么时候哪些通道能够有数据传输。也就是说single thread能够被用来管理multiple channel，可以对应到multiple network connections。

2. 为什么要用Selector

使用Selector，我们能够使用一个single thread而不是multiple thread来管理多channels。对multiple thread的来回切换对操作系统是一个昂贵的开销，此外each thread也会占用系统memory。当然，现代操作系统和cpu在multiple thread方面已经有很好的性能。下面我们将讨论使用Selector通过single thread来处理multiple channels

3. 设置

使用Selector没有一些特别的设置，我们需要使用的类都会在java.nio下面。我们能够注册multiple channels到一个selector对象，当有I/O操作发生在任何已经注册的channels中时，selector将会通知我们。任何我们注册的channel一定是SelectableChannel的子类，这些channel能够被设置成non-blocking模式

4. 创建一个Selector

我们可以调用Selector类下面的static open方法来创建一个Selector，open方法将调用操作系统底层来实现。

public static Selector open() throws IOException {
return SelectorProvider.provider().openSelector();
}

Selector selector = Selector.open();

5. 将channels注册到Selector

为了让selector能够监测channel，我们将这些channel通过register方法注册到selector上。在此之前，我们要将channel设置成non-blocking模式：

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

这意味着FileChannel不能够与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

第一个参数是我们之前创建的selector对象；第二个参数定义了一个interest set，意味着哪些发生在channel上的事件我们会感兴趣从而selector会监听。有四种不同的事件我们能够来监听，都是以常量定义在SelectionKey类下面：

Connect：当一个客户端尝试去连接服务端时，可以通过SelectionKey.OP_CONNECT来表现

Accept：当服务端尝试去接受来自客户端的链接时，可以通过SelectionKey.OP_ACCEPT来表现

Read：当服务端已经准备就绪从channel读取数据时，可以通过SelectionKey.OP_READ来表现

Write：当服务端已经准备就绪写数据到channel时，可以通过SelectionKey.OP_WRITE来表现

6.SelectionKey对象

正如以上描述的，当我们注册channel到一个selector时，将会返回一个SelectionKey对象。这个对象持有关于channel的一些属性

例如：

interest集合

ready集合

Channel

Selector

附加的对象（可选）

我们在下面将来详细讲述这些属性

6.1 Interest集合

一个称为感兴趣的key相关的set集合表示的是我们希望selector去监视channel什么样的事件发生时来通知我们，可以通过SelectionKey的interestOps方法来获得selector的 interest set，当我们与每个具体事件的常量进行”位与”操作的时候能够得到一个bool值来表示是否这个事件被selector所监视

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;

6.2 Ready集合

channel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”。

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。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();

6.3 channel对象

通过SelectionKey对象访问channel很简单，直接调用以下方法：

Channel channel = key.channel();

6.4 selector对象

同获取channel对象一样简单，调用以下方法：

Selector selector = key.selector();

6.5 Attaching对象

我们能够附加一个对象到SelectionKey，有时我们想要给每一个channel一个传统的id标识或者一个java对象来持续的跟踪。用如下方法我们能够附加和获取一个对象：

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

我们同样也能够在register channel的时候附加一个对象：

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

7.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。如下：

int channels = selector.select();

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<SelectionKey> selectedKeys = selector.selectedKeys();

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。

服务端代码：

https://github.com/huiGod/netty_lecture/blob/master/src/main/java/com/huiGod/nio/NioServer.java

客户端代码：

https://github.com/huiGod/netty_lecture/blob/master/src/main/java/com/huiGod/nio/NioClient.java