Java NIO-6.Selector

Selector是Java NIO中的一个组件，用于检查一个或者多个NIO Channel，并确定哪一个Channel已经准备好读或者写了。 这样一个进程能管理多个通道，也意味着多个网络连接。

优点

Selector的优势在于一个进程能够处理多个通道，这样可以用更少的进程来控制通道了。事实上，可以只用一个线程处理所有的通道。在操作系统中切换进程开销是很大的，并且每个线程也需要占用一定的系统资源。因此，线程的使用越少越好。 要记住，现代操作系统和CPU在多任务处理方面表现越来越好，所以多线程的开销也变得越来越小。事实上，如果CPU有多个核心，不使用多任务是浪费了CPU的能力。不管怎样，关于设计的讨论属于不同的文章了。在这里，只需要知道Selector能够用一个进程管理多个通道就可以了。 下面是用一个Selector处理三个Channel的示例图：

A Selector to handle 3 Channels

创建Selector

通过调用Selector.open方法，创建一个Selector：

Selector selector = Selector.open();

用Selector注册Channels

为了将Channel和Selector配合使用，需要用Selector注册Channel。通过Selector.register()方法来实现：

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

和Selector一起使用时，Channel必须属于非阻塞模式。这意味着FileChannel不能喝Selector一起使用，因为FileChannel不能切换为非阻塞模式。套接字（Socket）的通路可以。

注意register()方法的第二个参数，这是个“兴趣集合”，意思是通过Selector监听Channel时，对哪些事件感兴趣。有四种事件可以监听：

1. Connect
2. Accept
3. Read
4. Write 通道出发了一个事件也被称为该事件“就绪”。所以，一个通路和另一个服务连接成功就是“连接就绪”。接受了传入连接的服务套接字通道就是“接受”就绪。数据准备好被读取的通道就“读取”就绪，同样还有“写入”就绪。 这四个事件代表了四个SelectionKey常量：
5. SelectionKey.OP_CONNECT
6. SelectionKey.OP_ACCEPT
7. SelectionKey.OP_READ
8. SelectionKey.OP_WRITE

如果对多个事件有“兴趣”，将常量用"或"连接：

int interestSet = SelectionKey.OP_READ | SelectionKey.OP_WRITE;    

在文章后面还会提到兴趣结合。

SelectionKey

正如前文中，想Selector中注册Channel时，register()方法返回了一个SelectionKey对象。包括一些有趣的属性：

• interest集合
• ready集合
• Channel
• Selector
• 附加对象（可选） 下面讲述这些属性

Interest 集合

interest集合是在“Selecting”中感兴趣的事件集合。可以通过SelectionKey读写interest集合，例如：

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; 

可以看到，用给定的SelectionKey常量对interest集合进行与操作来确定事件是否在interest集合中。

Ready 集合

Ready集合是通道已经就绪的操作的集合。在selection之后，将首先访问这个集合。selection将会在下一小节解释。 可以这样访问ready集合：

int readySet = selectionKey.readyOps();

能用检测interest集合同样的方式检测通道中就绪的事件或操作。但是也可以使用下面四种方法，都返回布尔值：

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

Channel +Selector

从SelectionKey中访问Channel+selector很简单，如下：

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

附加对象

能在SelectionKey上附加一个对象，用来识别给定的通道，或者附上Channel更多的信息。例如，可以附上和通道一起使用的Buffer，或者包含更多聚合对象的对象。使用方法如下：

selectionKey.attach(theObject);

Object attachedObj = selectionKey.attachment();

还可以在用register()方法向Selector注册Channel的时候附上一个对象：

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

通过Selector选择通道

一旦向Selector注册了一个或多个通道，就能调用selector()方法中的一个。这些方法返回你感兴趣的事件（连接，接收，读，写）已经就绪的那些通道，换句话说，如果对读就绪的通道感兴趣，select()方法会返回准备好进行读取的通道。 以下是select()方法：

• int select()
• int select(long timeout)
• int selectNow() select()方法会阻塞，直到至少有一个通道在你注册的事件上就绪了。 select(long timeout)和select()方法一样。除了它最多只阻塞timeout毫秒。 selectNow()完全不阻塞，无论通通道是否就绪都立即返回。 select()方法返回的int是有多少通道就绪了。也就是自上一次调用select()之后有多少通道就绪。如果调用select()返回1，就是说有一个通道就绪了，如果再次调用一个select()方法，又有一个通道就绪了，就会再次返回1。如果在第一个通道就绪之后没有调用，现在就有两个就绪的通道了。但是两次调用select()方法之间只有一个通道就绪。

selectedKeys()

一旦调用了一个select()方法，返回的值表明有一个或者多个通道就绪了，就能够调用选择器selectedKeys()方法通过“选择的key集合”访问就绪的集合：

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

用Selector注册通路时，Channels.register()方法会返回一个SelectionKey对象。这个键代表用该Selector注册的证书。也就SelectionKey中通过selectedKeySet()访问的键。 对选择的键集合进行迭代来访问就绪的通道，例如：

Set<SelectionKey> selectedKeys = selector.selectedKeys();
Iterator<SelectionKey> keyIterator = selectedKeys.iterator();
while(keyIterator.hasNext()){
    SelectionKey key = keyIterator.next();

    if(key.isAccepted()) {
        // 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();
}

这个循环对选择的键集合进行迭代，确认每个键代表的通道是否就绪。

注意每次迭代最后调用了keyIterator.remove()方法。Selector不会自动移除从键集合中SelectionKey实例。需要再处理完通道之后显式移除。下次通道就绪后Selector会把它重新加入键集合中。 需要把SelectionKey.channel()方法返回的通道转换为要处理的类型，例如ServerSocketChannel或者SocketChannel等。

wakeUp()

一个线程调用select()方法阻塞后，即使没有通道就绪，也能从select()方法返回。只要让其他线程在第一个调用select()方法的线程上的对象上调用Selector.wake()方法。在select()方法上等待的线程会立即返回。 如果另外的线程调用wakeup()但是没有线程阻塞在select()方法，下一个调用select()方法的线程会立即“wake up”。

完整的Selector范例

下面是一个打开Selector，用它注册通道（省略通道实例），然后监视Selector的四个事件（接受，连接，读，写）进行监听。

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();
  }
}