Java NIO深入理解Selector（选择器）
前言
Github：https://github.com/yihonglei/java-all
Project：java-nio
一 Selector(选择器)概述
Selector(选择器)是Java NIO中能够检测到一到多个NIO通道，并能够知道通道是否为读写事件做好准备。
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。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，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。
在这里主要了解通过Selector处理多个通道。单线程使用单个Selector处理3个通道图例:
二 Selector使用步骤
1、创建Selector
Selector类位于java.nio.channels下，类结构:
public abstract class Selector extends Object implements Closeable;
通过调用Selector.open()方法创建一个Selector，如下：
Selector selector = Selector.open();
其open方法源码结构:
public static Selector open() throws IOException {
return SelectorProvider.provider().openSelector();
}
通过调用SelectorProvider的openSelector方法创建Selector对象。
2、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：
channel.configureBlocking(false); // 设置通道为非阻塞
SelectionKey key = channel.register(selector, Selectionkey.OP_READ); // 注册通道到Selector
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FileChanne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：
.Read
.Write
.Connect
.Accept
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：
1）SelectionKey.OP_CONNECT
2）SelectionKey.OP_ACCEPT
3）SelectionKey.OP_READ
4）SelectionKey.OP_WRITE
如果你对不止一种事件进行监听，那么可以用"位或"操作符将常量连接起来，如下:
int interestSet = SelectionKey.OP_READ | SelectionKey.OP_WRITE;
在下面还会继续提到interest集合。
3、SelectionKey
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
interest集合
就像向Selector注册通道中所描述的，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
比如:
int interestSet = selectionKey.interestOps();
boolean isInterestedInAccept = (interestSet & SelectionKey.OP_ACCEPT) == 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"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。
可以这样访问ready集合:
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，它们都返回一个布尔类型：
selectionKey.isAcceptable();
selectionKey.isConnectable();
selectionKey.isReadable();
selectionKey.isWritable();
Channel + Selector
从SelectionKey访问Channel和Selector很简单。如下：
Channel channel = selectionKey.channel();
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：
selectionKey.attach(theObject);
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：
SelectionKey key = channel.register(selector, SelectionKey.OP_READ, theObject);
4、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()重载方法:
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，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：
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
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:
Set selectedKeys = selector.selectedKeys();
Iterator 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()
}
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。
三 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）"。
四 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。
五 实例
NIOServer:
package com.lanhuigu.nio.selector;
import java.io.IOException;
import java.net.InetSocketAddress;
import java.net.ServerSocket;
import java.nio.ByteBuffer;
import java.nio.channels.*;
import java.util.Iterator;
import java.util.Set;
/**
* server端实例代码
*
* @author yihonglei
*/
public class NIOServer {
// 通道管理器(Selector)
private static Selector selector;
public static void main(String[] args) throws IOException {
// 创建通道管理器(Selector)
selector = Selector.open();
// 创建通道ServerSocketChannel
ServerSocketChannel serverSocketChannel = ServerSocketChannel.open();
// 将通道设置为非阻塞
serverSocketChannel.configureBlocking(false);
// 将ServerSocketChannel对应的ServerSocket绑定到指定端口(port)
ServerSocket serverSocket = serverSocketChannel.socket();
serverSocket.bind(new InetSocketAddress(8989));
/**
* 将通道(Channel)注册到通道管理器(Selector)，并为该通道注册selectionKey.OP_ACCEPT事件
* 注册该事件后，当事件到达的时候，selector.select()会返回，
* 如果事件没有到达selector.select()会一直阻塞。
*/
serverSocketChannel.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT);
// 循环处理
while (true) {
// 当注册事件到达时，方法返回，否则该方法会一直阻塞
selector.select();
// 获取监听事件
Set selectionKeys = selector.selectedKeys();
Iterator iterator = selectionKeys.iterator();
// 迭代处理
while (iterator.hasNext()) {
// 获取事件
SelectionKey key = iterator.next();
// 移除事件，避免重复处理
iterator.remove();
// 检查是否是一个就绪的可以被接受的客户端请求连接
if (key.isAcceptable()) {
handleAccept(key);
} else if (key.isReadable()) {// 检查套接字是否已经准备好读数据
handleRead(key);
}
}
}
}
/**
* 处理客户端连接成功事件
*/
private static void handleAccept(SelectionKey key) throws IOException {
// 获取客户端连接通道
ServerSocketChannel server = (ServerSocketChannel) key.channel();
SocketChannel socketChannel = server.accept();
socketChannel.configureBlocking(false);
// 信息通过通道发送给客户端
String msg = "Hello Client!";
socketChannel.write(ByteBuffer.wrap(msg.getBytes()));
// 给通道设置读事件，客户端监听到读事件后，进行读取操作
socketChannel.register(selector, SelectionKey.OP_READ);
}
/**
* 监听到读事件，读取客户端发送过来的消息
*/
private static void handleRead(SelectionKey key) throws IOException {
SocketChannel channel = (SocketChannel) key.channel();
// 从通道读取数据到缓冲区
ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(128);
channel.read(buffer);
// 输出客户端发送过来的消息
byte[] data = buffer.array();
String msg = new String(data).trim();
System.out.println("server received msg from client：" + msg);
}
}
NIOClient:
package com.lanhuigu.nio.selector;
import java.io.IOException;
import java.net.InetSocketAddress;
import java.nio.ByteBuffer;
import java.nio.channels.SelectionKey;
import java.nio.channels.Selector;
import java.nio.channels.SocketChannel;
import java.util.Iterator;
import java.util.Set;
/**
* client实例代码
*
* @author yihonglei
*/
public class NIOClient {
// 通道管理器(Selector)
private static Selector selector;
public static void main(String[] args) throws IOException {
// 创建通道管理器(Selector)
selector = Selector.open();
// 创建通道SocketChannel
SocketChannel channel = SocketChannel.open();
// 将通道设置为非阻塞
channel.configureBlocking(false);
// 客户端连接服务器，其实方法执行并没有实现连接，需要在handleConnect方法中调channel.finishConnect()才能完成连接
channel.connect(new InetSocketAddress("localhost", 8989));
/**
* 将通道(Channel)注册到通道管理器(Selector)，并为该通道注册selectionKey.OP_CONNECT
* 注册该事件后，当事件到达的时候，selector.select()会返回，
* 如果事件没有到达selector.select()会一直阻塞。
*/
channel.register(selector, SelectionKey.OP_CONNECT);
// 循环处理
while (true) {
/*
* 选择一组可以进行I/O操作的事件，放在selector中，客户端的该方法不会阻塞，
* selector的wakeup方法被调用，方法返回，而对于客户端来说，通道一直是被选中的
* 这里和服务端的方法不一样，查看api注释可以知道，当至少一个通道被选中时。
*/
selector.select();
// 获取监听事件
Set selectionKeys = selector.selectedKeys();
Iterator iterator = selectionKeys.iterator();
// 迭代处理
while (iterator.hasNext()) {
// 获取事件
SelectionKey key = iterator.next();
// 移除事件，避免重复处理
iterator.remove();
// 检查是否是一个就绪的已经连接服务端成功事件
if (key.isConnectable()) {
handleConnect(key);
} else if (key.isReadable()) {// 检查套接字是否已经准备好读数据
handleRead(key);
}
}
}
}
/**
* 处理客户端连接服务端成功事件
*/
private static void handleConnect(SelectionKey key) throws IOException {
// 获取与服务端建立连接的通道
SocketChannel channel = (SocketChannel) key.channel();
if (channel.isConnectionPending()) {
// channel.finishConnect()才能完成连接
channel.finishConnect();
}
channel.configureBlocking(false);
// 数据写入通道
String msg = "Hello Server!";
channel.write(ByteBuffer.wrap(msg.getBytes()));
// 通道注册到选择器，并且这个通道只对读事件感兴趣
channel.register(selector, SelectionKey.OP_READ);
}
/**
* 监听到读事件，读取客户端发送过来的消息
*/
private static void handleRead(SelectionKey key) throws IOException {
SocketChannel channel = (SocketChannel) key.channel();
// 从通道读取数据到缓冲区
ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(128);
channel.read(buffer);
// 输出服务端响应发送过来的消息
byte[] data = buffer.array();
String msg = new String(data).trim();
System.out.println("client received msg from server：" + msg);
}
}