Java NIO — 选择器(Selector)

Selector

Java NIO 的实现关键在于多路复用 I/O 技术，而多路复用的核心在于通过 Selector 以轮询的方式查找注册在其上的 Channel，当发现某个或者多个 Channel 处于就绪状态后，从阻塞状态返回就绪的 Channel 的选择键集合，进行后续I/O 操作。

Selector 一般翻译为选择器，也可以翻译为多路复用器。Selector 需要结合通道 Channel 一起使用，关于 Channel 可以参考之前的一篇文章《Java NIO 通道》。

Selector 的意义在于只通过一个线程就可以管理成千上万个 I/O 请求，相比使用多个线程，避免了线程上下文切换带来的开销（随着 CPU 和操作系统的发展，多线程造成的开销正变得越来越小）。

Selector 使用方式

Selector的使用步骤主要分为以下几步：

创建 Selector
向 Selector 注册通道，一个 Selector 可以注册多个通道
通过 Selector 选择就绪的通道

注意：Selector 只能与非阻塞模式下的通道一起使用（即需要实现 SelectableChannel 接口），否则会抛出 IllegalBlockingModeException 异常，也意味着文件通道 FileChannel 无法使用 Selector。

下面分步进行讲解：

通过 open() 方法创建 Selector

Selector selector = Selector.open();

创建一个通道，以 ServerSockeetChannel 为例

ServerSocketChannel channel = ServerSocketChannel.open();

将通道设置为非阻塞模式

channel.configureBlocking(false);

通过 register() 方法注册通道

channel.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT);

通过 select() 方法从多个通道中以轮询的方式选择已经准备就绪的通道。准备就绪的意思是根据之前 register() 方法中设置的兴趣，将可以进行对应操作的通道选择出来

selector.select();

通过 Selector 的 selectedKeys() 方法获得已选择键集(selected-key set)

Set key = selector.selectedKeys();

通过 Iterator 迭代器依次获取 key 中的 SelectionKey 对象，并通过 SelectionKey 中的判断方法执行对应的操作

Iterator<SelectionKey> iterator = key.iterator();
while (iterator.hasNext()) {
    SelectionKey selectionKey = iterator.next();
    if (selectionKey.isAcceptable()) {
        //TODO
    }
}

register() 方法

public final SelectionKey register(Selector sel, int ops) 
                               throws ClosedChannelException {
    return register(sel, ops, null);
}

Selector sel：通道注册的选择器
int ops：interest集合，表示通过 Selector 监听 Channel 时对什么事件感兴趣
Object att：这是一个可选参数，在注册通道时可以附加一个对象，用于之后便于识别某个通道

interest 集合有如下四种操作类型：

注意：通道一般并不会同时支持这四种操作类型，我们可以通过 validOps() 方法获取通道支持的类型。例如，ServerSocketChannel 只支持 SelectionKey.OP_CONNECT操作。

select() 方法

select() 方法有两种重载方法：

int select()：选择已准备就绪的通道，返回值表示自上一次选择后有多少新增通道准备就绪；当没有通道准备就绪时，会一直阻塞下去，直到至少一个通道被选择、该选择器的 wakeup() 方法被调用或当前线程被中断时。select() 方法实际上调用了 select(0L) 方法返回
int select(long timeout)：选择已准备就绪的通道；当没有通道准备就绪时，会一直阻塞下去，直到至少一个通道被选择、该选择器的 wakeup() 方法被调用、当前线程被中断或给定时间到期时返回

此外，还可以选择 selectNow() 方法，该方法为非阻塞方法，无论有无通道就绪都会立即返回。如果自前一次 select 操作后没有新的通道准备就绪，则会立即返回 0。

SelectionKey

SelectionKey 中有如下几种判断方法，与操作类型相对应：

boolean isReadable()：是否可读，是返回 true
boolean isWritable()：是否可写，是返回 true
boolean isConnectable()：是否可连接，是返回 true
boolean isAcceptable()：是否可接收，是返回 true

注意：selectedKeys() 获得的是已就绪的通道对应的 SelectionKey。如果想获得该选择器上所有通道对应的 SelectionKey，可以通过 keys() 方法获取。

参考资料：

Java NIO系列教程（六） Selector
Netty权威指南