Java NIO系列 Selector（三）

Java NIO系列 Selector（三）

1  Selector

         Selector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。

1.1  为什么用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。不管怎么说，关于那种设计的讨论应该放在另一篇不同的文章中。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

 

1.2  创建Selector

         通过调用Selector.open()方法创建一个Selector。

         代码如下：

Selector selector = Selector.open();

1.3  向Selector注册Channel

         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。

         代码如下：

channel.configureBlocking(false);

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

         注意：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。

1.4  SelectionKey

         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：

1、  interest集合

2、  ready集合

3、  Channel

4、  Selector

5、  附加的对象（可选）

1.4.1  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。

         代码如下：

                   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;

 

         注意：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。

1.4.2  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

         代码如下：

                   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：

         代码如下：

selectionKey.isAcceptable();

selectionKey.isConnectable();

selectionKey.isReadable();

selectionKey.isWritable();

1.4.3  Channel和Selector

从SelectionKey访问Channel和Selector很简单

         代码如下：

Channel channel = selectionKey.channel();

Selector selector = selectionKey.selector();

1.4.4  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。

         代码如下：

                   selectionKey.attach(theObject);

Object attachedObj = selectionKey.attachment();

1.5  通过Selector选择Channel

         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。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。

1.5.1  select()方法

         下面是select()方法：

int select()

int select(long timeout)

int selectNow()

         注释：

                   1、select()阻塞到至少有一个通道在你注册的事件上就绪了。

2、select(long timeout)和select()一样，除了最长会阻塞timeout毫秒(参数)。

3、selectNow()不会阻塞，不管什么通道就绪都立刻返回，也就是，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。

         注意：

1、  select()方法返回的int值表示有多少通道已经就绪，就是自上次调用select()方法后有多少通道变成就绪状态。

2、  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。

1.5.2  selectedKeys()方法

         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。

         代码如下：

Set selectedKeys = selector.selectedKeys();

         注意：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。

         代码如下：

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();

}

         注意

1、  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。

2、  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。

1.6  wakeUp()方法

         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）”。

1.7  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。

1.8  完整示例

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

         代码如下：

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();

}

}

参考链接：