Java NIO Selector

Selector（選擇器）是Java NIO中能夠檢測一到多個NIO通道，并能夠知曉通道是否為諸如讀寫事件做好準備的組件。這樣，一個單獨的線程可以管理多個channel，從而管理多個網(wǎng)絡連接。

為什么使用Selector

僅用單個線程來處理多個Channels的好處是，只需要更少的線程來處理通道。事實上，可以只用一個線程處理所有的通道。對于操作系統(tǒng)來說，線程之間上下文切換的開銷很大，而且每個線程都要占用系統(tǒng)的一些資源（如內(nèi)存）。因此，使用的線程越少越好。

但是，需要記住，現(xiàn)代的操作系統(tǒng)和CPU在多任務方面表現(xiàn)的越來越好，所以多線程的開銷隨著時間的推移，變得越來越小了。實際上，如果一個CPU有多個內(nèi)核，不使用多任務可能是在浪費CPU能力。不管怎么說，關于那種設計的討論應該放在另一篇不同的文章中。在這里，只要知道使用Selector能夠處理多個通道就足夠了。

下面是單線程使用一個Selector處理3個channel的示例圖：

image

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

創(chuàng)建一個Selector

Selector selector = Selector.open();

將通道注冊到Selector上

為了將Channel和Selector配合使用，必須將channel注冊到selector上。通過SelectableChannel.register()方法來實現(xiàn)，如下：

channel.configureBlocking(false);

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

與Selector一起使用時，Channel必須處于非阻塞模式下。這意味著不能將FileChannel與Selector一起使用，因為FileChannel不能切換到非阻塞模式。而套接字通道都可以。

注意register()方法的第二個參數(shù)。這是一個“interest集合”，意思是在通過Selector監(jiān)聽Channel時對什么事件感興趣?？梢员O(jiān)聽四種不同類型的事件：

• Connect
• Accept
• Read
• Write

通道觸發(fā)了一個事件意思是該事件已經(jīng)就緒。所以，某個channel成功連接到另一個服務器稱為“連接就緒”。一個server socket channel準備好接收新進入的連接稱為“接收就緒”。一個有數(shù)據(jù)可讀的通道可以說是“讀就緒”。等待寫數(shù)據(jù)的通道可以說是“寫就緒”。

這四種事件用SelectionKey的四個常量來表示：

• SelectionKey.OP_CONNECT
• SelectionKey.OP_ACCEPT
• SelectionKey.OP_READ
• SelectionKey.OP_WRITE

如果你對不止一種事件感興趣，那么可以用“位或”操作符將常量連接起來，如下

int interestSet = SelectionKey.OP_READ | SelectionKey.OP_WRITE;  

SelectionKey

當向Selector注冊Channel時，register()方法會返回一個SelectionKey對象。這個對象包含了一些你感興趣的屬性

• interest集合
• ready集合
• Channel
• Selector
• 附加的對象（可選)

下面我會描述這些屬性

interest集合

就像向Selector注冊通道一節(jié)中所描述的，interest集合是你所選擇的感興趣的事件集合。可以通過SelectionKey讀寫interest集合，

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;  

可以看到，用“位與”操作interest 集合和給定的SelectionKey常量，可以確定某個確定的事件是否在interest 集合中。

ready集合

ready 集合是通道已經(jīng)準備就緒的操作的集合。在一次選擇(Selection)之后，你會首先訪問這個ready set。Selection將在下一小節(jié)進行解釋?？梢赃@樣訪問ready集合：

int readySet = selectionKey.readyOps();

可以用像檢測interest集合那樣的方法，來檢測channel中什么事件或操作已經(jīng)就緒。但是，也可以使用以下四個方法，它們都會返

回一個布爾類型：

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

Channel + Selector

從SelectionKey訪問Channel和Selector很簡單。如下：

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

附加的對象

可以將一個對象或者更多信息附著到SelectionKey上，這樣就能方便的識別某個給定的通道。例如，可以附加 與通道一起使用的Buffer，或是包含聚集數(shù)據(jù)的某個對象。使用方法如下：

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

還可以在用register()方法向Selector注冊Channel的時候附加對象。如：

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

通過Selector選擇通道

一旦向Selector注冊了一或多個通道，就可以調(diào)用幾個重載的select()方法。這些方法返回你所感興趣的事件（如連接、接受、讀或?qū)懀┮呀?jīng)準備就緒的那些通道。換句話說，如果你對“讀就緒”的通道感興趣，select()方法會返回讀事件已經(jīng)就緒的那些通道。

下面是select()方法:

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

select()阻塞到至少有一個通道在你注冊的事件上就緒了。

select(long timeout)和select()一樣，除了最長會阻塞timeout毫秒(參數(shù))。

selectNow()不會阻塞，不管什么通道就緒都立刻返回（譯者注：此方法執(zhí)行非阻塞的選擇操作。如果自從前一次選擇操作后，沒有通道變成可選擇的，則此方法直接返回零。）。

select()方法返回的int值表示有多少通道已經(jīng)就緒。亦即，自上次調(diào)用select()方法后有多少通道變成就緒狀態(tài)。如果調(diào)用select()方法，因為有一個通道變成就緒狀態(tài)，返回了1，若再次調(diào)用select()方法，如果另一個通道就緒了，它會再次返回1。如果對第一個就緒的channel沒有做任何操作，現(xiàn)在就有兩個就緒的通道，但在每次select()方法調(diào)用之間，只有一個通道就緒了。

selectedKeys()

一旦調(diào)用了select()方法，并且返回值表明有一個或更多個通道就緒了，然后可以通過調(diào)用selector的selectedKeys()方法，訪問“已選擇鍵集（selected key set）”中的就緒通道。如下所示：

Set selectedKeys = selector.selectedKeys();

當像Selector注冊Channel時，Channel.register()方法會返回一個SelectionKey 對象。這個對象代表了注冊到該Selector的通道?？梢酝ㄟ^SelectionKey的selectedKeySet()方法訪問這些對象。

可以遍歷這個已選擇的鍵集合來訪問就緒的通道。如下：

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();
}

這個循環(huán)遍歷已選擇鍵集中的每個鍵，并檢測各個鍵所對應的通道的就緒事件。

注意每次迭代末尾的keyIterator.remove()調(diào)用。Selector不會自己從已選擇鍵集中移除SelectionKey實例。必須在處理完通道時自己移除。下次該通道變成就緒時，Selector會再次將其放入已選擇鍵集中。

SelectionKey.channel()方法返回的通道需要轉(zhuǎn)型成你要處理的類型，如ServerSocketChannel或SocketChannel等。

wakeUp()

某個線程調(diào)用select()方法后阻塞了，即使沒有通道已經(jīng)就緒，也有辦法讓其從select()方法返回。只要讓其它線程在第一個線程調(diào)用select()方法的那個對象上調(diào)用Selector.wakeup()方法即可。阻塞在select()方法上的線程會立馬返回。

如果有其它線程調(diào)用了wakeup()方法，但當前沒有線程阻塞在select()方法上，下個調(diào)用select()方法的線程會立即“醒來（wake up）”。

close()

用完Selector后調(diào)用其close()方法會關閉該Selector，且使注冊到該Selector上的所有SelectionKey實例無效。通道本身并不會關閉。

完整實例

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<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();
  }
}