Java NIO（二）

通道之间的数据传输

在Java NIO中，如果两个通道中有一个是FileChannel，那你可以直接将数据从一个channel（译者注：channel中文常译作通道）传输到另外一个channel。 

transferFrom() 

FileChannel的transferFrom()方法可以将数据从源通道传输到FileChannel中（译者注：这个方法在JDK文档中的解释为将字节从给定的可读取字节通道传输到此通道的文件中）。下面是一个简单的例子： 

Java代码 

1.  RandomAccessFile fromFile = new RandomAccessFile("fromFile.txt", "rw");  

2.  FileChannel      fromChannel = fromFile.getChannel();  

3.    

4.  RandomAccessFile toFile = new RandomAccessFile("toFile.txt", "rw");  

5.  FileChannel      toChannel = toFile.getChannel();  

6.    

7.  long position = 0;  

8.  long count = fromChannel.size();  

9.    

10. toChannel.transferFrom(position, count, fromChannel);  

方法的输入参数position表示从position处开始向目标文件写入数据，count表示最多传输的字节数。如果源通道的剩余空间小于 count 个字节，则所传输的字节数要小于请求的字节数。 

此外要注意，在SoketChannel的实现中，SocketChannel只会传输此刻准备好的数据（可能不足count字节）。因此，SocketChannel可能不会将请求的所有数据(count个字节)全部传输到FileChannel中。 

transferTo() 

transferTo()方法将数据从FileChannel传输到其他的channel中。下面是一个简单的例子： 

Java代码 

1.  RandomAccessFile fromFile = new RandomAccessFile("fromFile.txt", "rw");  

2.  FileChannel      fromChannel = fromFile.getChannel();  

3.    

4.  RandomAccessFile toFile = new RandomAccessFile("toFile.txt", "rw");  

5.  FileChannel      toChannel = toFile.getChannel();  

6.    

7.  long position = 0;  

8.  long count = fromChannel.size();  

9.    

10. fromChannel.transferTo(position, count, toChannel);  

是不是发现这个例子和前面那个例子特别相似？除了调用方法的FileChannel对象不一样外，其他的都一样。 

上面所说的关于SocketChannel的问题在transferTo()方法中同样存在。SocketChannel会一直传输数据直到目标buffer被填满。

Selector

Selector（选择器）是Java NIO中能够检测一到多个NIO通道，并能够知晓通道是否为诸如读写事件做好准备的组件。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。 

(1)  为什么使用Selector? 

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，需要记住，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。不管怎么说，关于那种设计的讨论应该放在另一篇不同的文章中。在这里，只要知道使用Selector能够处理多个通道就足够了。 

下面是单线程使用一个Selector处理3个channel的示例图： 

(2)  Selector的创建 

通过调用Selector.open()方法创建一个Selector，如下： 

Java代码 

1.  Selector selector = Selector.open();  

(3) 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： 

Java代码 

1.  channel.configureBlocking(false);  

2.  SelectionKey key = channel.register(selector,  

3.      Selectionkey.OP_READ);  

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FileChannel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： 

·         Connect

·         Accept

·         Read

·         Write

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： 

·         SelectionKey.OP_CONNECT

·         SelectionKey.OP_ACCEPT

·         SelectionKey.OP_READ

·         SelectionKey.OP_WRITE

如果你对不止一种事件感兴趣，那么可以用“位或”操作符将常量连接起来，如下： 

Java代码 

1.  int interestSet = SelectionKey.OP_READ | SelectionKey.OP_WRITE;  

在下面还会继续提到interest集合。 

(4)  SelectionKey 

在上一小节中，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（可选）

下面我会描述这些属性。 

interest集合 

就像向Selector注册通道一节中所描述的，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，像这样： 

Java代码 

1.  int interestSet = selectionKey.interestOps();  

2.    

3.  boolean isInterestedInAccept  = (interestSet & SelectionKey.OP_ACCEPT) == SelectionKey.OP_ACCEPT；  

4.  boolean isInterestedInConnect = interestSet & SelectionKey.OP_CONNECT;  

5.  boolean isInterestedInRead    = interestSet & SelectionKey.OP_READ;  

6.  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。Selection将在下一小节进行解释。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，它们都会返回一个布尔类型： 

Java代码 

1.  selectionKey.isAcceptable();  

2.  selectionKey.isConnectable();  

3.  selectionKey.isReadable();  

4.  selectionKey.isWritable();  

Channel + Selector 

从SelectionKey访问Channel和Selector很简单。如下： 

Java代码 

1.  Channel  channel  = selectionKey.channel();  

2.  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： 

Java代码 

1.  selectionKey.attach(theObject);  

2.  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： 

Java代码 

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

(5)  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()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（译者注：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，没有通道变成可选择的，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： 

Java代码 

1.  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的通道。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： 

Java代码 

1.  Set selectedKeys = selector.selectedKeys();  

2.  Iterator keyIterator = selectedKeys.iterator();  

3.  while(keyIterator.hasNext()) {  

4.      SelectionKey key = keyIterator.next();  

5.      if(key.isAcceptable()) {  

6.          // a connection was accepted by a ServerSocketChannel.  

7.      } else if (key.isConnectable()) {  

8.          // a connection was established with a remote server.  

9.      } else if (key.isReadable()) {  

10.         // a channel is ready for reading  

11.     } else if (key.isWritable()) {  

12.         // a channel is ready for writing  

13.     }  

14.     keyIterator.<tuihighlight class="tuihighlight"><a href="javascript:;" style="display:inline;float:none;position:inherit;cursor:pointer;color:#7962D5;text-decoration:underline;" onclick="return false;">remove</a></tuihighlight>();  

15. }  

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。 

(6)  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）”。 

(7)  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。 

(8)  完整的示例 

这里有一个完整的示例，打开一个Selector，注册一个通道注册到这个Selector上(通道的初始化过程略去),然后持续监控这个Selector的四种事件（接受，连接，读，写）是否就绪。 

Java代码 

1.  Selector selector = Selector.open();  

2.  channel.configureBlocking(false);  

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

4.  while(true) {  

5.    int readyChannels = selector.select();  

6.    if(readyChannels == 0) continue;  

7.    Set selectedKeys = selector.selectedKeys();  

8.    Iterator keyIterator = selectedKeys.iterator();  

9.    while(keyIterator.hasNext()) {  

10.     SelectionKey key = keyIterator.next();  

11.     if(key.isAcceptable()) {  

12.         // a connection was accepted by a ServerSocketChannel.  

13.     } else if (key.isConnectable()) {  

14.         // a connection was established with a remote server.  

15.     } else if (key.isReadable()) {  

16.         // a channel is ready for reading  

17.     } else if (key.isWritable()) {  

18.         // a channel is ready for writing  

19.     }  

20.     keyIterator.<tuihighlight class="tuihighlight"><a href="javascript:;" style="display:inline;float:none;position:inherit;cursor:pointer;color:#7962D5;text-decoration:underline;" onclick="return false;">remove</a></tuihighlight>();  

21.   }  

22. }