NIO 之 Selector实现原理

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概述

Selector允许单线程处理多个 Channel。如果你的应用打开了多个连接（通道），但每个连接的流量都很低，使用Selector就会很方便。例如，在一个聊天服务器中。

这是在一个单线程中使用一个Selector处理3个Channel的图示：

selector与channel关系

要使用Selector，得向Selector注册Channel，然后调用它的select()方法。这个方法会一直阻塞到某个注册的通道有事件就绪。一旦这个方法返回，线程就可以处理这些事件，事件的例子有如新连接进来，数据接收等。

Selector 作用

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。
Selector能够在单个线程中处理多个通道，这样可以减少多个线程造成上下文切换问题。

Selector 源码分析

public abstract class Selector implements Closeable {
    protected Selector() { }
    public static Selector open() throws IOException {
        return SelectorProvider.provider().openSelector();
    }
    public abstract boolean isOpen();
    public abstract SelectorProvider provider();
    public abstract Set<SelectionKey> keys();
    public abstract Set<SelectionKey> selectedKeys();
    public abstract int selectNow() throws IOException;
    public abstract int select(long timeout) throws IOException;
    public abstract int select() throws IOException;
    public abstract Selector wakeup();
    public abstract void close() throws IOException;

Selector 是个抽象类，提供一个静态的方法获取Selector子类SelectorImpl的实例。

下面分析Selector的几个方法

register 方法

该方法是在 Channel的register方法中调用的。具体详见NIO 之 Channel实现原理

register 方法

1. 通过channel和selector构造一个SelectionKey的实例。
2. SelectionKey 注册感兴趣的事件

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

select 方法

不同的 Channel 注册到 Selector 后，就可以随时查询 Selector ，找出哪些 Channel 已经准备好可以进行处理。Channel 可能准备好上面注册到 Selector 感兴趣事件中的一个或多个。

1. select()
   获取就绪的 Channel，阻塞方法，没有就绪的 Channel 就一直阻塞该线程。

public int select() throws IOException {
    return select(0);
}

2. select(long timeout)
   获取就绪的 Channel， 阻塞方法，阻塞 timeout 时间，如果超时还没有就绪的 Channel，返回0，不做任何操作。

public int select(long timeout)
        throws IOException
    {
        if (timeout < 0)
            throw new IllegalArgumentException("Negative timeout");
        return lockAndDoSelect((timeout == 0) ? -1 : timeout);
    }

3. selectNow()
   获取就绪的 Channel，如果没有就绪的就直接返回，不阻塞当前线程。

public int selectNow() throws IOException {
        return lockAndDoSelect(0);
    }

上面三个 select方法底层都是调用 lockAndDoSelect 方法。
lockAndDoSelect方法的参数值 说明：
-1 : 一直阻塞，直到有就绪的 Channel 可处理
0 : 不阻塞
0: 表示阻塞多长时间

keys 方法

获取所有注册到 Selector 上的 SelectionKey
 public Set<SelectionKey> keys() {
    if (!isOpen() && !Util.atBugLevel("1.4")) throw new ClosedSelectorException();
        return publicKeys;
}

selectedKeys 方法

获取所有注册到 Selector 上就绪 Channel 的 SelectionKey 信息。

public Set<SelectionKey> selectedKeys() {
    if (!isOpen() && !Util.atBugLevel("1.4")) throw new ClosedSelectorException();
        return publicSelectedKeys;
}

SelectionKey 解析

SelectionKey 类结构如下：

public abstract class SelectionKey {
    protected SelectionKey() { }
    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;
    //附件信息
    private volatile Object attachment = null;
    ....
}

• public abstract SelectableChannel channel()
  获取channel对象

• public abstract Selector selector()
  获取seletor对象

• public abstract void cancel()
  从 Selector 中取消注册该Channel

• public abstract int interestOps()
  获取该chennel 注册到 selector 上的事件

• public abstract SelectionKey interestOps(int ops)
  修改注册到 selector 上的事件

• public abstract int readyOps()
  是否读就绪

读就绪不等于可读，如果没有注册读事件是不能读的。

• public final boolean isReadable()
  判断是否可读

• public final boolean isWritable()
  是否可写

• public final boolean isConnectable()
  是否已经连接

• public final Object attach(Object ob)
  添加附件信息

• public final Object attachment()
  获取附件信息

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