Nio总结之Selector

Selector（选择器）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。selector是实现多路复用调用linux的epoll关键。

 public static Selector open() throws IOException {
        return SelectorProvider.provider().openSelector();
    }

Selector（选择器）可同时监听多个通道上感兴趣的事件（如accept事件、read就绪事件、write就绪事件）。使用Selector可以实现一个线程管理多个通道，进而可以管理多个连接。

selector是实现多路的关键，多个channel可以注册到一个selector上。使得selector一个线程可以管理多个通道，进而管理多个连接。

为什么使用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：

回顾一下Selector、SelectableChannel和SelectionKey：

选择器（Selector)

Selector选择器类管理着一个被注册的通道集合的信息和它们的就绪状态。通道是和选择器一起被注册的，并且使用选择器来更新通道的就绪状态。当这么做的时候，可以选择将被激发的线程挂起，直到有就绪的的通道。

可选择通道(SelectableChannel)

SelectableChannel这个抽象类提供了实现通道的可选择性所需要的公共方法。它是所有支持就绪检查的通道类的父类。因为FileChannel类没有继承SelectableChannel因此是不是可选通道，而所有socket通道都是可选择的，包括从管道(Pipe)对象的中获得的通道。SelectableChannel可以被注册到Selector对象上，同时可以指定对那个选择器而言，那种操作是感兴趣的。一个通道可以被注册到多个选择器上，但对每个选择器而言只能被注册一次。

选择键(SelectionKey)

选择键封装了特定的通道与特定的选择器的注册关系。选择键对象被SelectableChannel.register()返回并提供一个表示这种注册关系的标记。选择键包含了两个比特集(以整数的形式进行编码)，指示了该注册关系所关心的通道操作，以及通道已经准备好的操作。

Selector的创建

通过调用Selector.open()方法创建一个Selector，如下：

`1`	`Selector selector = Selector.open();`

向Selector注册通道

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，如下：

 
       1 
       channel.configureBlocking(false); 
      
       2 
       SelectionKey key = channel.register(selector, 
      
       3 
           Selectionkey.OP_READ);

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。

注意register()方法的第二个参数。这是一个“interest集合”，意思是在通过Selector监听Channel时对什么事件感兴趣。可以监听四种不同类型的事件：

Connect
Accept
Read
Write

通道触发了一个事件意思是该事件已经就绪。所以，某个channel成功连接到另一个服务器称为“连接就绪”。一个server socket channel准备好接收新进入的连接称为“接收就绪”。一个有数据可读的通道可以说是“读就绪”。等待写数据的通道可以说是“写就绪”。

这四种事件用SelectionKey的四个常量来表示：

SelectionKey.OP_CONNECT
SelectionKey.OP_ACCEPT
SelectionKey.OP_READ
SelectionKey.OP_WRITE

如果你对不止一种事件感兴趣，那么可以用“位或”操作符将常量连接起来，如下：

 
       1 
       int interestSet = SelectionKey.OP_READ | SelectionKey.OP_WRITE;

在下面还会继续提到interest集合。

SelectionKey

在上一小节中，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：

interest集合
ready集合
Channel
Selector
附加的对象（可选）

下面我会描述这些属性。

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，像这样：

 
       1 
       int interestSet = selectionKey.interestOps(); 
      
       2 
         
       3 
       boolean isInterestedInAccept  = (interestSet & SelectionKey.OP_ACCEPT) == SelectionKey.OP_ACCEPT； 
      
       4 
       boolean isInterestedInConnect = interestSet & SelectionKey.OP_CONNECT; 
      
       5 
       boolean isInterestedInRead    = interestSet & SelectionKey.OP_READ; 
      
       6 
       boolean isInterestedInWrite   = interestSet & SelectionKey.OP_WRITE;

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。

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(Selection)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：

 
       1 
       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：

 
       1 
       selectionKey.isAcceptable(); 
      
       2 
       selectionKey.isConnectable(); 
      
       3 
       selectionKey.isReadable(); 
      
       4 
       selectionKey.isWritable();

Channel + Selector

从SelectionKey访问Channel和Selector很简单。如下：

 
       1 
       Channel  channel  = selectionKey.channel(); 
      
       2 
       Selector selector = selectionKey.selector();

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。使用方法如下：

 
       1 
       selectionKey.attach(theObject); 
      
       2 
       Object attachedObj = selectionKey.attachment();

还可以在用register()方法向Selector注册Channel的时候附加对象。如：

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

通过Selector选择通道

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。换句话说，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。

下面是select()方法：

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

select()阻塞到至少有一个通道在你注册的事件上就绪了。

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

selectNow()不会阻塞，不管什么通道就绪都立刻返回（译者注：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。）。

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

selectedKeys()

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。如下所示：

 
       1 
       Set selectedKeys = selector.selectedKeys();

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。如下：

 
       01 
       Set selectedKeys = selector.selectedKeys(); 
      
       02 
       Iterator keyIterator = selectedKeys.iterator(); 
      
       03 
       while(keyIterator.hasNext()) { 
      
       04 
           SelectionKey key = keyIterator.next(); 
      
       05 
           if(key.isAcceptable()) { 
      
       06 
               // a connection was accepted by a ServerSocketChannel. 
      
       07 
           }  else if  (key.isConnectable()) { 
      
       08 
               // a connection was established with a remote server. 
      
       09 
           }  else if  (key.isReadable()) { 
      
       10 
               // a channel is ready for reading 
      
       11 
           }  else if  (key.isWritable()) { 
      
       12 
               // a channel is ready for writing 
      
       13 
           } 
      
       14 
           keyIterator.remove(); 
      
       15 
       }

这个循环遍历已选择键集中的每个键，并检测各个键所对应的通道的就绪事件。

注意每次迭代末尾的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。

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。

wakeUp()

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）”。

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。

完整的示例

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。

`01`	`Selector selector = Selector.open();`

`02`	`channel.configureBlocking(false);`

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

`04`	`while(true) {`

`05`	`intreadyChannels = selector.select();`

`06`	`if(readyChannels ==0)continue;`

`07`	`Set selectedKeys = selector.selectedKeys();`

`08`	`Iterator keyIterator = selectedKeys.iterator();`

`09`	`while(keyIterator.hasNext()) {`

`10`	`SelectionKey key = keyIterator.next();`

`11`	`if(key.isAcceptable()) {`

`12`	`// a connection was accepted by a ServerSocketChannel.`

`13`	`}` `else` `if` `(key.isConnectable()) {`

`14`	`// a connection was established with a remote server.`

`15`	`}` `else` `if` `(key.isReadable()) {`

`16`	`// a channel is ready for reading`

`17`	`}` `else` `if` `(key.isWritable()) {`

`18`	`// a channel is ready for writing`

19 }

`20`	`keyIterator.remove();`

21 }

22 }

转自http://ifeve.com/selectors/

selector原理

http://remcarpediem.com/2017/04/02/Netty%E6%BA%90%E7%A0%81-%E4%B8%89-I-O%E6%A8%A1%E5%9E%8B%E5%92%8CJava-NIO%E5%BA%95%E5%B1%82%E5%8E%9F%E7%90%86/