Java NIO系列教程（六） Selector

 

原文連接 做者：Jakob Jenkov

Selector（選擇器）是Java NIO中可以檢測一到多個NIO通道，並可以知曉通道是否爲諸如讀寫事件作好準備的組件。這樣，一個單獨的線程能夠管理多個channel，從而管理多個網絡鏈接。

下面是本文所涉及到的主題列表：

1. 爲何使用Selector?
2. Selector的建立
3. 向Selector註冊通道
4. SelectionKey
5. 經過Selector選擇通道
6. wakeUp()
7. close()
8. 完整的示例

爲何使用Selector?

僅用單個線程來處理多個Channels的好處是，只須要更少的線程來處理通道。事實上，能夠只用一個線程處理全部的通道。對於操做系統來講，線程之間上下文切換的開銷很大，並且每一個線程都要佔用系統的一些資源（如內存）。所以，使用的線程越少越好。

可是，須要記住，現代的操做系統和CPU在多任務方面表現的愈來愈好，因此多線程的開銷隨着時間的推移，變得愈來愈小了。實際上，若是一個CPU有多個內核，不使用多任務多是在浪費CPU能力。無論怎麼說，關於那種設計的討論應該放在另外一篇不一樣的文章中。在這裏，只要知道使用Selector可以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：

Selector的建立

經過調用Selector.open()方法建立一個Selector，以下：

Selector selector = Selector.open();

向Selector註冊通道

爲了將Channel和Selector配合使用，必須將channel註冊到selector上。經過SelectableChannel.register()方法來實現，以下：

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

與Selector一塊兒使用時，Channel必須處於非阻塞模式下。這意味着不能將FileChannel與Selector一塊兒使用，由於FileChannel不能切換到非阻塞模式。而套接字通道均可以。

注意register()方法的第二個參數。這是一個「interest集合」，意思是在經過Selector監聽Channel時對什麼事件感興趣。能夠監聽四種不一樣類型的事件：

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

通道觸發了一個事件意思是該事件已經就緒。因此，某個channel成功鏈接到另外一個服務器稱爲「鏈接就緒」。一個server socket channel準備好接收新進入的鏈接稱爲「接收就緒」。一個有數據可讀的通道能夠說是「讀就緒」。等待寫數據的通道能夠說是「寫就緒」。

這四種事件用SelectionKey的四個常量來表示：

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

若是你對不止一種事件感興趣，那麼能夠用「位或」操做符將常量鏈接起來，以下：

int interestSet = SelectionKey.OP_READ | SelectionKey.OP_WRITE;

在下面還會繼續提到interest集合。

SelectionKey

在上一小節中，當向Selector註冊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註冊通道一節中所描述的，interest集合是你所選擇的感興趣的事件集合。能夠經過SelectionKey讀寫interest集合，像這樣：

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;

能夠看到，用「位與」操做interest 集合和給定的SelectionKey常量，能夠肯定某個肯定的事件是否在interest 集合中。

ready集合

ready 集合是通道已經準備就緒的操做的集合。在一次選擇(Selection)以後，你會首先訪問這個ready set。Selection將在下一小節進行解釋。能夠這樣訪問ready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;

能夠用像檢測interest集合那樣的方法，來檢測channel中什麼事件或操做已經就緒。可是，也可使用如下四個方法，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。以下：

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

附加的對象

能夠將一個對象或者更多信息附着到SelectionKey上，這樣就能方便的識別某個給定的通道。例如，能夠附加 與通道一塊兒使用的Buffer，或是包含彙集數據的某個對象。使用方法以下：

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

還能夠在用register()方法向Selector註冊Channel的時候附加對象。如：

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

經過Selector選擇通道

一旦向Selector註冊了一或多個通道，就能夠調用幾個重載的select()方法。這些方法返回你所感興趣的事件（如鏈接、接受、讀或寫）已經準備就緒的那些通道。換句話說，若是你對「讀就緒」的通道感興趣，select()方法會返回讀事件已經就緒的那些通道。

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註冊的事件上就緒了。

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

selectNow()不會阻塞，無論什麼通道就緒都馬上返回（譯者注：此方法執行非阻塞的選擇操做。若是自從前一次選擇操做後，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就緒。亦即，自上次調用select()方法後有多少通道變成就緒狀態。若是調用select()方法，由於有一個通道變成就緒狀態，返回了1，若再次調用select()方法，若是另外一個通道就緒了，它會再次返回1。若是對第一個就緒的channel沒有作任何操做，如今就有兩個就緒的通道，但在每次select()方法調用之間，只有一個通道就緒了。

selectedKeys()

一旦調用了select()方法，而且返回值代表有一個或更多個通道就緒了，而後能夠經過調用selector的selectedKeys()方法，訪問「已選擇鍵集（selected key set）」中的就緒通道。以下所示：

Set selectedKeys = selector.selectedKeys();

當像Selector註冊Channel時，Channel.register()方法會返回一個SelectionKey 對象。這個對象表明了註冊到該Selector的通道。能夠經過SelectionKey的selectedKeySet()方法訪問這些對象。

能夠遍歷這個已選擇的鍵集合來訪問就緒的通道。以下：

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();

}

這個循環遍歷已選擇鍵集中的每一個鍵，並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()調用。Selector不會本身從已選擇鍵集中移除SelectionKey實例。必須在處理完通道時本身移除。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()方法返回的通道須要轉型成你要處理的類型，如ServerSocketChannel或SocketChannel等。

wakeUp()

某個線程調用select()方法後阻塞了，即便沒有通道已經就緒，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用select()方法的那個對象上調用Selector.wakeup()方法便可。阻塞在select()方法上的線程會立馬返回。

若是有其它線程調用了wakeup()方法，但當前沒有線程阻塞在select()方法上，下個調用select()方法的線程會當即「醒來（wake up）」。

close()

用完Selector後調用其close()方法會關閉該Selector，且使註冊到該Selector上的全部SelectionKey實例無效。通道自己並不會關閉。

完整的示例

這裏有一個完整的示例，打開一個Selector，註冊一個通道註冊到這個Selector上(通道的初始化過程略去),而後持續監控這個Selector的四種事件（接受，鏈接，讀，寫）是否就緒。

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();

			}

}

（全文完）