JAVA NIO的基本类

Netty虽然对JAVA NIO 进行了封装，要了解Netty的源码，还是有必要对JAVA的NIO进行了解。以下的类是比较重要的

Selector

多路复用器，可以理解为多个channel注册到一个selector,selector可以轮询这些channel。一个channel注册到selector会返回一个注册凭证即(SelectionKey)。一个多路复用器会维护3种set如下

1. keys() 返回所有注册凭证(SelectionKey)
2. selectedKeys() 返回的所有有感兴趣事件的注册凭证(SelectionKey)
3. cancelled-key 删除的注册凭证(SelectionKey)

多路复用器的select过程

触发一次多路复用器的select过程，有以下3种方法

• select() 如果没有可操作的事件阻塞等待
• select(long) 如果没有可操作的事件阻塞等待多久
• selectNow() 不会阻塞，立即返回

一次select过程会分为以下3步

1. selector的cancelled-key set 里的SelectionKey会被移除，也就是对应的channel从selector里移除。

2. 当selector轮询到的channel里的事件是它的SelectionKey里感兴趣的事件，这个SelectionKey就会加入到selector的selectedKeys set里.这个过程又分成2种情况

• 情况1：如果channel对应的SelectionKey没有加入到selector的selectedKeys set里。那SelectionKey里的ready-operation set会被更新成对应的channel里的事件，而SelectionKey里的ready-operation set之前的值会被丢弃

• 情况2: 如果channel对应的SelectionKey已经加入到selector的selectedKeys set里。SelectionKey里的ready-operation set会合并当前的channel里的事件，SelectionKey里的ready-operation set之前的值不会被丢弃

3. 如果在2的处理过程里，SelectionKey被删除了，那会执行1

当一个线程在执行selector.select()或selector.select(long)方法阻塞等待时.可以通过另外线程调用以下三种方法来唤醒

• selector.wakeup()
• selector.close()
• 调用阻塞线程的interrupt()

注意Selector里key 和 selected-key sets不是线程安全的，在多线程的情况下需要考虑到同步set. 例如当selected-key sets同时被2个线程获取到，其中第一个线程在iterator的过程中，另个线程修改了sets里的东西(除了调用remove操作)，这样第一个线程会立即抛异常。

SelectableChannel

SelectableChannel可以注册到selector上，当注册完成后会返回一个注册凭证(SelectionKey).
新建的SelectableChannel是阻塞的，可以通过设置configureBlocking(false)改成非阻塞。

如果需要注册到多路复用器配合，是需要改成非阻塞模式

方法

• configureBlocking() 配置阻塞或非阻塞
• isBlocking() 检查当前的channel是哪种模式

ServerSocketChannel的子类

• ServerSocketChannel 服务器channel
• SocketChannel 客户端channel
  这2个也是 abstract,实现类分别是
  ServerSocketChannelImpl和SocketChannel

ServerSocketChannel通过
SelectorProvider.provider().openSocketChannel();
获取
SocketChannel通过
SelectorProvider.provider().openServerSocketChannel();
获取

SelectionKey

SelectableChannel注册到selector 后,返回的对象是SelectionKey,代表注册的信息，理解为一个注册的凭证（token）.
在channel.register(Selector sel, int ops, Object att)方法里，其中的int ops代表的是感兴趣的操作，可以后续通过interestOps(int ops)来改变

SelectionKey里含有2个key set,

1. interest set即interestOps()返回值,这里是指在selector执行select()的时候,告诉selector感兴趣的事件。可以通过interestOps(int)来改变

2. ready set即readyOps()返回值，是interest set里的子集。

以上返回的都是一个int类型，int类型的每一位都代表了事件类型，事件类型包括了

• OP_READ = 1 << 0
• OP_WRITE = 1 << 2
• OP_CONNECT = 1 << 3
• OP_ACCEPT = 1 << 4

上面的几个事件结合TCP的连接处理图就会清晰的多

方法

• cancel() 使得凭证失效，不会立即失效，而是放到selector的删除key集合（cancelled-key set）中等待下轮selector循环再删除这个注册channel
• interestOps() 返回感兴趣的事件
• interestOps(int) 注册感兴趣的事件
• readyOps() 返回感兴趣的事件里的已经就绪的事件

例子

该例子来源于https://segmentfault.com/a/1190000006824196
结合上面的知识点现在就很好理解下面的代码了

public class NioEchoServer {
    private static final int BUF_SIZE = 256;
    private static final int TIMEOUT = 3000;

    public static void main(String args[]) throws Exception {
        // 打开服务端 Socket
        ServerSocketChannel serverSocketChannel = ServerSocketChannel.open();

        // 打开 Selector
        Selector selector = Selector.open();

        // 服务端 Socket 监听8080端口, 并配置为非阻塞模式
        serverSocketChannel.socket().bind(new InetSocketAddress(8080));
        serverSocketChannel.configureBlocking(false);

        // 将 channel 注册到 selector 中.
        // 通常我们都是先注册一个 OP_ACCEPT 事件, 然后在 OP_ACCEPT 到来时, 再将这个 Channel 的 OP_READ
        // 注册到 Selector 中.
        serverSocketChannel.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT);

        while (true) {
            // 通过调用 select 方法, 阻塞地等待 channel I/O 可操作
            if (selector.select(TIMEOUT) == 0) {
                System.out.print(".");
                continue;
            }

            // 获取 I/O 操作就绪的 SelectionKey, 通过 SelectionKey 可以知道哪些 Channel 的哪类 I/O 操作已经就绪.
            Iterator keyIterator = selector.selectedKeys().iterator();

            while (keyIterator.hasNext()) {

                SelectionKey key = keyIterator.next();

                // 当获取一个 SelectionKey 后, 就要将它删除, 表示我们已经对这个 IO 事件进行了处理.
                keyIterator.remove();

                if (key.isAcceptable()) {
                    // 当 OP_ACCEPT 事件到来时, 我们就有从 ServerSocketChannel 中获取一个 SocketChannel,
                    // 代表客户端的连接
                    // 注意, 在 OP_ACCEPT 事件中, 从 key.channel() 返回的 Channel 是 ServerSocketChannel.
                    // 而在 OP_WRITE 和 OP_READ 中, 从 key.channel() 返回的是 SocketChannel.
                    SocketChannel clientChannel = ((ServerSocketChannel) key.channel()).accept();
                    clientChannel.configureBlocking(false);
                    //在 OP_ACCEPT 到来时, 再将这个 Channel 的 OP_READ 注册到 Selector 中.
                    // 注意, 这里我们如果没有设置 OP_READ 的话, 即 interest set 仍然是 OP_CONNECT 的话, 那么 select 方法会一直直接返回.
                    clientChannel.register(key.selector(), OP_READ, ByteBuffer.allocate(BUF_SIZE));
                }

                if (key.isReadable()) {
                    SocketChannel clientChannel = (SocketChannel) key.channel();
                    ByteBuffer buf = (ByteBuffer) key.attachment();
                    long bytesRead = clientChannel.read(buf);
                    if (bytesRead == -1) {
                        clientChannel.close();
                    } else if (bytesRead > 0) {
                        key.interestOps(OP_READ | SelectionKey.OP_WRITE);
                        System.out.println("Get data length: " + bytesRead);
                    }
                }

                if (key.isValid() && key.isWritable()) {
                    ByteBuffer buf = (ByteBuffer) key.attachment();
                    buf.flip();
                    SocketChannel clientChannel = (SocketChannel) key.channel();

                    clientChannel.write(buf);

                    if (!buf.hasRemaining()) {
                        key.interestOps(OP_READ);
                    }
                    buf.compact();
                }
            }
        }
    }
}