07. Java NIO Selector选择器

    Selector是Java NIO中的一个组件，用于检查一个或多个NIO Channel的状态是否处于可读、可写。如此可以实现单线程管理多个channels,也就是可以管理多个网络链接。

    用单线程处理多个channels的好处是我需要更少的线程来处理channel。实际上，你甚至可以用一个线程来处理所有的channels。从操作系统的角度来看，切换线程开销是比较昂贵的，并且每个线程都需要占用系统资源，因此暂用线程越少越好。

    需要留意的是，现代操作系统和CPU在多任务处理上已经变得越来越好，所以多线程带来的影响也越来越小。如果一个CPU是多核的，如果不执行多任务反而是浪费了机器的性能。不过这些设计讨论是另外的话题了。简而言之，通过Selector我们可以实现单线程操作多个channel。

    这有一幅示意图，描述了单线程处理三个channel的情况：

    Java NIO: A Thread uses a Selector to handle 3 Channel’s

    创建Selector(Creating a Selector)

    创建一个Selector可以通过Selector.open()方法：

    为了同Selector挂了Channel，我们必须先把Channel注册到Selector上，这个操作使用SelectableChannel。register()：

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

    Channel必须是非阻塞的。所以FileChannel不适用Selector，因为FileChannel不能切换为非阻塞模式。Socket channel可以正常使用。

    注意register的第二个参数，这个参数是一个“关注集合”，代表我们关注的channel状态，有四种基础类型可供监听：

    1. Connect
    2. Accept
    3. Read
    4. Write

    上述的四种就绪状态用SelectionKey中的常量表示如下：

    1. SelectionKey.OP_CONNECT
    2. SelectionKey.OP_ACCEPT
    3. SelectionKey.OP_READ
    4. SelectionKey.OP_WRITE

    如果对多个事件感兴趣可利用位的或运算结合多个常量，比如：

    1. int interestSet = SelectionKey.OP_READ | SelectionKey.OP_WRITE;

    SelectionKey’s

    在上一小节中，我们利用register方法把Channel注册到了Selectors上，这个方法的返回值是SelectionKeys，这个返回的对象包含了一些比较有价值的属性：

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

    这5个属性都代表什么含义呢？下面会一一介绍。

    这个“关注集合”实际上就是我们希望处理的事件的集合，它的值就是注册时传入的参数，我们可以用按为与运算把每个事件取出来：

    1. int interestSet = selectionKey.interestOps();
    3. boolean isInterestedInAccept  = interestSet & SelectionKey.OP_ACCEPT;
    4. boolean isInterestedInConnect = interestSet & SelectionKey.OP_CONNECT;
    5. boolean isInterestedInRead    = interestSet & SelectionKey.OP_READ;
    6. boolean isInterestedInWrite   = interestSet & SelectionKey.OP_WRITE;

    “就绪集合”中的值是当前channel处于就绪的值，一般来说在调用了select方法后都会需要用到就绪状态，select的介绍在胡须文章中继续展开。

    从“就绪集合”中取值的操作类似月“关注集合”的操作，当然还有更简单的方法，SelectionKey提供了一系列返回值为boolean的的方法：

    1. selectionKey.isConnectable();
    2. selectionKey.isReadable();
    3. selectionKey.isWritable();

    从SelectionKey操作Channel和Selector非常简单：

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

    我们可以给一个SelectionKey附加一个Object，这样做一方面可以方便我们识别某个特定的channel，同时也增加了channel相关的附加信息。例如，可以把用于channel的buffer附加到SelectionKey上：

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

    附加对象的操作也可以在register的时候就执行：

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

    select()方法在返回channel之前处于阻塞状态。
    select(long timeout)和select做的事一样，不过他的阻塞有一个超时限制。

    selectNow()不会阻塞，根据当前状态立刻返回合适的channel。

    select()方法的返回值是一个int整形，代表有多少channel处于就绪了。也就是自上一次select后有多少channel进入就绪。举例来说，假设第一次调用select时正好有一个channel就绪，那么返回值是1，并且对这个channel做任何处理，接着再次调用select，此时恰好又有一个新的channel就绪，那么返回值还是1，现在我们一共有两个channel处于就绪，但是在每次调用select时只有一个channel是就绪的。

    在调用select并返回了有channel就绪之后，可以通过选中的key集合来获取channel，这个操作通过调用selectedKeys()方法：

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

    还记得在register时的操作吧，我们register后的返回值就是SelectionKey实例，也就是我们现在通过selectedKeys()方法所返回的SelectionKey。

    遍历这些SelectionKey可以通过如下方法：

    1. Set<SelectionKey> selectedKeys = selector.selectedKeys();
    3. Iterator<SelectionKey> keyIterator = selectedKeys.iterator();
    5. while(keyIterator.hasNext()) {
    7.     SelectionKey key = keyIterator.next();
    9.     if(key.isAcceptable()) {
    10.         // a connection was accepted by a ServerSocketChannel.
    12.     } else if (key.isConnectable()) {
    13.         // a connection was established with a remote server.
    15.     } else if (key.isReadable()) {
    16.         // a channel is ready for reading
    18.     } else if (key.isWritable()) {
    19.         // a channel is ready for writing
    20.     }
    22.     keyIterator.remove();
    23. }

    上述循环会迭代key集合，针对每个key我们单独判断他是处于何种就绪状态。

    注意keyIterater.remove()方法的调用，Selector本身并不会移除SelectionKey对象，这个操作需要我们收到执行。当下次channel处于就绪是，Selector任然会吧这些key再次加入进来。

    SelectionKey.channel返回的channel实例需要强转为我们实际使用的具体的channel类型，例如ServerSocketChannel或SocketChannel.

    wakeUp()

    y由于调用select而被阻塞的线程，可以通过调用Selector.wakeup()来唤醒即便此时已然没有channel处于就绪状态。具体操作是，在另外一个线程调用wakeup，被阻塞与select方法的线程就会立刻返回。

    完整的Selector案例(Full Selector Example)

    这有一个完整的案例，首先打开一个Selector,然后注册channel，最后锦亭Selector的状态：

    2. channel.configureBlocking(false);
    4. SelectionKey key = channel.register(selector, SelectionKey.OP_READ);
    7. while(true) {
    9.   int readyChannels = selector.select();
    11.   if(readyChannels == 0) continue;
    14.   Set<SelectionKey> selectedKeys = selector.selectedKeys();
    16.   Iterator<SelectionKey> keyIterator = selectedKeys.iterator();
    18.   while(keyIterator.hasNext()) {
    20.     SelectionKey key = keyIterator.next();
    22.     if(key.isAcceptable()) {
    23.         // a connection was accepted by a ServerSocketChannel.
    25.     } else if (key.isConnectable()) {
    26.         // a connection was established with a remote server.
    28.     } else if (key.isReadable()) {
    29.         // a channel is ready for reading
    31.     } else if (key.isWritable()) {
    32.         // a channel is ready for writing
    33.     }
    35.     keyIterator.remove();
    36. }