NIO --Selector

1. 概述

 Selector ， 一般称为选择器。它是 Java NIO 核心组件中的一个，用于轮询一个或多个 NIO Channel 的状态是否处于可读、可写。如此，一个线程就可以管理多个 Channel ，也就说可以管理多个网络连接。也因此，Selector 也被称为多路复用器。

那么 Selector 是如何轮询的呢？

首先，需要将 Channel 注册到 Selector 中，这样 Selector 才知道哪些 Channel 是它需要管理的。
之后，Selector 会不断地轮询注册在其上的 Channel 。如果某个 Channel 上面发生了读或者写事件，这个 Channel 就处于就绪状态，会被 Selector 轮询出来，然后通过 SelectionKey 可以获取就绪 Channel 的集合，进行后续的 I/O 操作。

2. 优缺点
            ① 优点 

使用一个线程能够处理多个 Channel 的优点是，只需要更少的线程来处理 Channel 。事实上，可以使用一个线程处理所有的 Channel 。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( 例如 CPU、内存 )。因此，使用的线程越少越好。

          ② 缺点

因为在一个线程中使用了多个 Channel ，因此会造成每个 Channel 处理效率的降低。

当然，Netty 在设计实现上，通过 n 个线程处理多个 Channel ，从而很好的解决了这样的缺点。其中，n 的指的是有限的线程数，默认情况下为 CPU * 2 。

3. Selector 类图 

Selector 在 java.nio 包中，被定义成抽象类，整体实现类图如下：

         

 3. 1创建 Selector

   通过 open() 方法，我们可以创建一个 Selector 对象。代码如下：

         Selector selector = Selector.open();

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

3.2 注册 Chanel 到 Selector 中

为了让 Selector 能够管理 Channel ，我们需要将 Channel 注册到 Selector 中。代码如下： 

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

注意，如果一个 Channel 要注册到 Selector 中，那么该 Channel 必须是非阻塞，channel.configureBlocking(false)代码块设为非阻塞。也因此，FileChannel 是不能够注册到 Channel 中的，因为它是阻塞的。 

在 register(Selector selector, int interestSet) 方法的第二个参数，表示一个“interest 集合”，意思是通过 Selector 监听 Channel 时，对哪些( 可以是多个 )事件感兴趣。可以监听四种不同类型的事件：

Connect ：连接完成事件( TCP 连接 )，仅适用于客户端，对应 SelectionKey.OP_CONNECT 。
            Accept ：接受新连接事件，仅适用于服务端，对应 SelectionKey.OP_ACCEPT 。
            Read ：读事件，适用于两端，对应 SelectionKey.OP_READ ，表示 Buffer 可读。
            Write ：写时间，适用于两端，对应 SelectionKey.OP_WRITE ，表示 Buffer 可写。

当 在我们想要注册 Channel 的多个事件到 Selector 中时，可以使用或运算“ | "来组合多个事件。示例代码如下：

int interestSet = SelectionKey.OP_READ | SelectionKey.OP_WRITE;

4. SelectionKey 类

上一小节, 当我们调用 Channel 的 register方法，向 Selector 注册一个 Channel 后，会返回一个 SelectionKey 对象。那么 SelectionKey 是什么呢？SelectionKey 在 java.nio.channels 包下，被定义成一个抽象类，表示一个 Channel 和一个 Selector 的注册关系，包含如下内容：

interest set ：感兴趣的事件集合。
            ready set ：就绪的事件集合。
            Channel
            Selector
            attachment ：可选的附加对象。

4.1 interest set

通过调用 interestOps() 方法，返回感兴趣的事件集合。示例代码如下：

int interestSet = selectionKey.interestOps();

// 判断对哪些事件感兴趣
boolean isInterestedInAccept  = interestSet & SelectionKey.OP_ACCEPT != 0;
boolean isInterestedInConnect = interestSet & SelectionKey.OP_CONNECT != 0;
boolean isInterestedInRead    = interestSet & SelectionKey.OP_READ != 0;
boolean isInterestedInWrite   = interestSet & SelectionKey.OP_WRITE != 0;

其中每个事件 Key 在 SelectionKey 中枚举，通过位( bit ) 表示。代码如下：

public static final int OP_READ = 1 << 0;
public static final int OP_WRITE = 1 << 2;
public static final int OP_CONNECT = 1 << 3;
public static final int OP_ACCEPT = 1 << 4;

4.2 ready set

通过调用 readyOps() 方法，返回就绪的事件集合。示例代码如下：

int readySet = selectionKey.readyOps();

// 判断哪些事件已就绪
selectionKey.isAcceptable();
selectionKey.isConnectable();
selectionKey.isReadable();
selectionKey.isWritable();

相比 interest set 来说，ready set 已经内置了判断事件的方法。代码如下：

public final boolean isReadable() {
    return (readyOps() & OP_READ) != 0;
}
public final boolean isWritable() {
    return (readyOps() & OP_WRITE) != 0;
}
public final boolean isConnectable() {
    return (readyOps() & OP_CONNECT) != 0;
}
public final boolean isAcceptable() {
    return (readyOps() & OP_ACCEPT) != 0;
}

4.3 attachment

通过调用 attach(Object ob) 方法，可以向 SelectionKey 添加附加对象；通过调用 #attachment() 方法，可以获得 SelectionKey 获得附加对象。示例代码如下： 

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

可以在注册时，直接添加附加对象。示例代码如下：

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

5. 通过 Selector 选择 Channel

在 Selector 中，提供三种类型的选择( select )方法，返回当前有感兴趣事件准备就绪的 Channel 数量：

// 阻塞到至少有一个 Channel 在你注册的事件上就绪了。
public abstract int select() throws IOException;

// 在 select() 方法的基础上，增加超时机制。
public abstract int select(long timeout) throws IOException;

// 和select() 方法不同，立即返回数量，而不阻塞。
public abstract int selectNow() throws IOException;

5.1 获取可操作的 Channel

一旦调用了 select 方法，并且返回值表明有一个或更多个 Channel 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Channel 。示例代码所示： 

Set selectedKeys = selector.selectedKeys();

 5.2 唤醒 Selector 选择

某个线程调用 select() 方法后，发生阻塞了，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 Selector 对象上，调用该 Selector 的 #wakeup() 方法，进行唤醒该 Selector 即可。
             那么，阻塞在 #select()方法上的线程，会立马返回。
             Selector 的 select(long timeout) 方法，若未超时的情况下，也可以满足上述方式。

             注意，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() 方法的线程会立即被唤醒。 

 5.3关闭 Selector

当我们不再使用 Selector 时，可以调用 Selector 的 #close() 方法，将它进行关闭。

Selector 相关的所有 SelectionKey 都会失效。Selector 相关的所有 Channel 并不会关闭。注意，此时若有线程阻塞在 select() 方法上，也会被唤醒返回。

6.简单 Selector 示例

ServerSocketChannel serverChannel = ServerSocketChannel.open();
serverChannel.configureBlocking(false);
serverChannel.socket().bind(new InetSocketAddress(port));
Selector selector = Selector.open();
serverChannel.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT);
while(true){
    int n = selector.select();
    if (n == 0) continue;
    Iterator ite = this.selector.selectedKeys().iterator();
    while(ite.hasNext()){
        SelectionKey key = (SelectionKey)ite.next();
        if (key.isAcceptable()){
            SocketChannel clntChan = ((ServerSocketChannel) key.channel()).accept();
            clntChan.configureBlocking(false);
            //将选择器注册到连接到的客户端信道，
            //并指定该信道key值的属性为OP_READ，
            //同时为该信道指定关联的附件
            clntChan.register(key.selector(), SelectionKey.OP_READ, ByteBuffer.allocate(bufSize));
        }
        if (key.isReadable()){
            handleRead(key);
        }
        if (key.isWritable() && key.isValid()){
            handleWrite(key);
        }
        if (key.isConnectable()){
            System.out.println("isConnectable = true");
        }
      ite.remove();
    }
}