Selector

概念

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。

作用

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：

简介

创建

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Selector selector = Selector.open();

注册Channel到Selector上

为了同Selector挂了Channel，我们必须先把Channel注册到Selector上：

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

非阻塞的 Channel

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。

第二个参数

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：

Connect
Accept
Read
Write

一个channel触发了一个事件也可视作该事件处于就绪状态。

因此当channel与server连接成功后，那么就是“连接就绪”状态。

server channel接收请求连接时处于“可连接就绪”状态。

channel有数据可读时处于“读就绪”状态。

channel可以进行数据写入时处于“写就绪”状态。

SelectionKey

上述的四种就绪状态用SelectionKey中的常量表示如下：

SelectionKey.OP_CONNECT
SelectionKey.OP_ACCEPT
SelectionKey.OP_READ
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：

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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。

Interest Set

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：

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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; 

Ready Set

“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。

  [java]
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int readySet = selectionKey.readyOps();

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：

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

Channel + Selector

从SelectionKey操作Channel和Selector非常简单：

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

Attaching Objects

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：

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

附加对象的操作也可以在register的时候就执行：

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

从Selector中选择channel

一旦我们向Selector注册了一个或多个channel后，就可以调用select来获取channel。select方法会返回所有处于就绪状态的channel。

select

select方法具体如下：

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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。

selectedKeys()

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：

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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。

wakeUp()

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。

close()

当操作Selector完毕后，需要调用close方法。

close的调用会关闭Selector并使相关的SelectionKey都无效。channel本身不管被关闭。

完整案例

SelectorTest.java

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import java.io.IOException;
import java.net.InetSocketAddress;
import java.nio.channels.SelectionKey;
import java.nio.channels.Selector;
import java.nio.channels.SocketChannel;
import java.util.Iterator;
import java.util.Set;

public class SelectorTest {

    public static void main(String[] args) throws IOException {
        SocketChannel socketChannel = SocketChannel.open();
        socketChannel.connect(new InetSocketAddress("localhost", 4000));

        Selector selector = Selector.open();
        socketChannel.configureBlocking(false);

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

        // 返回 channel 之前一直等待
        int readyChannels = selector.select();
        System.out.println("readyChannels: " + readyChannels);
        if (readyChannels == 0) {
            return;
        }

        Set<SelectionKey> selectedKeys = selector.selectedKeys();
        Iterator<SelectionKey> keyIterator = selectedKeys.iterator();
        while (keyIterator.hasNext()) {
            SelectionKey selectionKey = keyIterator.next();
            if (selectionKey.isAcceptable()) {
                System.out.println("a connection was accepted by a ServerSocketChannel.");
            } else if (selectionKey.isConnectable()) {
                System.out.println("a connection was established with a remote server.");
            } else if (selectionKey.isReadable()) {
                // a channel is ready for reading
                System.out.println("a channel is ready for reading");
            } else if (selectionKey.isWritable()) {
                System.out.println("a channel is ready for writing");
            }

            keyIterator.remove();
        }
    }
}

测试日志

不知道为何，可能要等待 10S 左右

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readyChannels: 1
a channel is ready for reading

参考资料

java.nio.Buffer flip()方法的用法详解

Selector
- 概念
- 作用
简介
完整案例
参考资料

Java NIO-06-Selector