NIO 之 Selector實現原理

時間 2019-11-06

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NIO 之 ByteBuffer實現原理
 NIO 之 Channel實現原理
 BIO、NIO、AIO 內部原理分析服務器

概述

Selector容許單線程處理多個 Channel。若是你的應用打開了多個鏈接（通道），但每一個鏈接的流量都很低，使用Selector就會很方便。例如，在一個聊天服務器中。ide

這是在一個單線程中使用一個Selector處理3個Channel的圖示：源碼分析

selector與channel關係spa

要使用Selector，得向Selector註冊Channel，而後調用它的select()方法。這個方法會一直阻塞到某個註冊的通道有事件就緒。一旦這個方法返回，線程就能夠處理這些事件，事件的例子有如新鏈接進來，數據接收等。操作系統

Selector 做用

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。
Selector可以在單個線程中處理多個通道，這樣能夠減小多個線程形成上下文切換問題。.net

Selector 源碼分析

public abstract class Selector implements Closeable {
    protected Selector() { }
    public static Selector open() throws IOException {
        return SelectorProvider.provider().openSelector();
    }
    public abstract boolean isOpen();
    public abstract SelectorProvider provider();
    public abstract Set<SelectionKey> keys();
    public abstract Set<SelectionKey> selectedKeys();
    public abstract int selectNow() throws IOException;
    public abstract int select(long timeout) throws IOException;
    public abstract int select() throws IOException;
    public abstract Selector wakeup();
    public abstract void close() throws IOException;

Selector 是個抽象類，提供一個靜態的方法獲取Selector子類SelectorImpl的實例。線程

下面分析Selector的幾個方法3d

register 方法

該方法是在 Channel的register方法中調用的。具體詳見NIO 之 Channel實現原理rest

經過channel和selector構造一個SelectionKey的實例。
SelectionKey 註冊感興趣的事件

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

select 方法

不一樣的 Channel 註冊到 Selector 後，就能夠隨時查詢 Selector ，找出哪些 Channel 已經準備好能夠進行處理。Channel 可能準備好上面註冊到 Selector 感興趣事件中的一個或多個。

select()
獲取就緒的 Channel，阻塞方法，沒有就緒的 Channel 就一直阻塞該線程。

public int select() throws IOException {
    return select(0);
}

select(long timeout)
獲取就緒的 Channel，阻塞方法，阻塞 timeout 時間，若是超時尚未就緒的 Channel，返回0，不作任何操做。

public int select(long timeout)
        throws IOException
    {
        if (timeout < 0)
            throw new IllegalArgumentException("Negative timeout");
        return lockAndDoSelect((timeout == 0) ? -1 : timeout);
    }

selectNow()
獲取就緒的 Channel，若是沒有就緒的就直接返回，不阻塞當前線程。

public int selectNow() throws IOException {
        return lockAndDoSelect(0);
    }

上面三個 select方法底層都是調用 lockAndDoSelect 方法。
lockAndDoSelect方法的參數值說明：
-1 : 一直阻塞，直到有就緒的 Channel 可處理
0 : 不阻塞
timout>0: 表示阻塞多長時間(timeout)

keys 方法

獲取全部註冊到 Selector 上的 SelectionKey
 public Set<SelectionKey> keys() {
    if (!isOpen() && !Util.atBugLevel("1.4")) throw new ClosedSelectorException();
        return publicKeys;
}

selectedKeys 方法

獲取全部註冊到 Selector 上就緒 Channel 的 SelectionKey 信息。

public Set<SelectionKey> selectedKeys() {
    if (!isOpen() && !Util.atBugLevel("1.4")) throw new ClosedSelectorException();
        return publicSelectedKeys;
}

SelectionKey 解析

SelectionKey 類結構以下：

public abstract class SelectionKey {
    protected SelectionKey() { }
    public static final int OP_READ = 1 << 0;
    public static final int OP_WRITE = 1 << 2;
    public static final int OP_CONNECT = 1 << 3;
    public static final int OP_ACCEPT = 1 << 4;
    //附件信息
    private volatile Object attachment = null;
    ....
}