07. Java NIO Selector選擇器

Selector是Java NIO中的一個組件，用於檢查一個或多個NIO Channel的狀態是否處於可讀、可寫。如此能夠實現單線程管理多個channels,也就是能夠管理多個網絡連接。

爲何使用Selector（Why Use a Selector?）

用單線程處理多個channels的好處是我須要更少的線程來處理channel。實際上，你甚至能夠用一個線程來處理全部的channels。從操做系統的角度來看，切換線程開銷是比較昂貴的，而且每一個線程都須要佔用系統資源，所以暫用線程越少越好。

須要留意的是，現代操做系統和CPU在多任務處理上已經變得愈來愈好，因此多線程帶來的影響也愈來愈小。若是一個CPU是多核的，若是不執行多任務反而是浪費了機器的性能。不過這些設計討論是另外的話題了。簡而言之，經過Selector咱們能夠實現單線程操做多個channel。

這有一幅示意圖，描述了單線程處理三個channel的狀況：

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

建立Selector(Creating a Selector)

建立一個Selector能夠經過Selector.open()方法：

Selector selector = Selector.open();

註冊Channel到Selector上(Registering Channels with the Selector)

爲了同Selector掛了Channel，咱們必須先把Channel註冊到Selector上，這個操做使用SelectableChannel。register()：

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

Channel必須是非阻塞的。因此FileChannel不適用Selector，由於FileChannel不能切換爲非阻塞模式。Socket channel能夠正常使用。

注意register的第二個參數，這個參數是一個「關注集合」，表明咱們關注的channel狀態，有四種基礎類型可供監聽：

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

一個channel觸發了一個事件也可視做該事件處於就緒狀態。所以當channel與server鏈接成功後，那麼就是「鏈接就緒」狀態。server channel接收請求鏈接時處於「可鏈接就緒」狀態。channel有數據可讀時處於「讀就緒」狀態。channel能夠進行數據寫入時處於「寫就緒」狀態。

上述的四種就緒狀態用SelectionKey中的常量表示以下：

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

若是對多個事件感興趣可利用位的或運算結合多個常量，好比：

int interestSet = SelectionKey.OP_READ | SelectionKey.OP_WRITE;

SelectionKey's

在上一小節中，咱們利用register方法把Channel註冊到了Selectors上，這個方法的返回值是SelectionKeys，這個返回的對象包含了一些比較有價值的屬性：

• The interest set
• The ready set
• The Channel
• The Selector
• An attached object (optional)

這5個屬性都表明什麼含義呢？下面會一一介紹。

Interest Set

這個「關注集合」實際上就是咱們但願處理的事件的集合，它的值就是註冊時傳入的參數，咱們能夠用按爲與運算把每一個事件取出來：

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

"就緒集合"中的值是當前channel處於就緒的值，通常來講在調用了select方法後都會須要用到就緒狀態，select的介紹在鬍鬚文章中繼續展開。

int readySet = selectionKey.readyOps();

從「就緒集合」中取值的操做相似月「關注集合」的操做，固然還有更簡單的方法，SelectionKey提供了一系列返回值爲boolean的的方法：

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

Channel + Selector

從SelectionKey操做Channel和Selector很是簡單：

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

Attaching Objects

咱們能夠給一個SelectionKey附加一個Object，這樣作一方面能夠方便咱們識別某個特定的channel，同時也增長了channel相關的附加信息。例如，能夠把用於channel的buffer附加到SelectionKey上：

selectionKey.attach(theObject);

Object attachedObj = selectionKey.attachment();

附加對象的操做也能夠在register的時候就執行：

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

從Selector中選擇channel(Selecting Channels via a Selector)

一旦咱們向Selector註冊了一個或多個channel後，就能夠調用select來獲取channel。select方法會返回全部處於就緒狀態的channel。 select方法具體以下：

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

select()方法在返回channel以前處於阻塞狀態。 select(long timeout)和select作的事同樣，不過他的阻塞有一個超時限制。

selectNow()不會阻塞，根據當前狀態馬上返回合適的channel。

select()方法的返回值是一個int整形，表明有多少channel處於就緒了。也就是自上一次select後有多少channel進入就緒。舉例來講，假設第一次調用select時正好有一個channel就緒，那麼返回值是1，而且對這個channel作任何處理，接着再次調用select，此時剛好又有一個新的channel就緒，那麼返回值仍是1，如今咱們一共有兩個channel處於就緒，可是在每次調用select時只有一個channel是就緒的。

selectedKeys()

在調用select並返回了有channel就緒以後，能夠經過選中的key集合來獲取channel，這個操做經過調用selectedKeys()方法：

Set<SelectionKey> selectedKeys = selector.selectedKeys();

還記得在register時的操做吧，咱們register後的返回值就是SelectionKey實例，也就是咱們如今經過selectedKeys()方法所返回的SelectionKey。

遍歷這些SelectionKey能夠經過以下方法：

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();
}

上述循環會迭代key集合，針對每一個key咱們單獨判斷他是處於何種就緒狀態。

注意keyIterater.remove()方法的調用，Selector自己並不會移除SelectionKey對象，這個操做須要咱們收到執行。當下次channel處於就緒是，Selector任然會吧這些key再次加入進來。

SelectionKey.channel返回的channel實例須要強轉爲咱們實際使用的具體的channel類型，例如ServerSocketChannel或SocketChannel.

wakeUp()

y因爲調用select而被阻塞的線程，能夠經過調用Selector.wakeup()來喚醒即使此時已然沒有channel處於就緒狀態。具體操做是，在另一個線程調用wakeup，被阻塞與select方法的線程就會馬上返回。

close()

當操做Selector完畢後，須要調用close方法。close的調用會關閉Selector並使相關的SelectionKey都無效。channel自己無論被關閉。

完整的Selector案例(Full Selector Example)

這有一個完整的案例，首先打開一個Selector,而後註冊channel，最後錦亭Selector的狀態：

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();
  }
}