前言

Selector 是 Java NIO 中的一個組件，用於檢查一個或多個通道 Channel 的狀態是否處於可讀、可寫狀態。如此可以實現單線程管理多個通道，也就是可以管理多個網絡連接。

為什麽使用Selector?

用單線程處理多個 Channel 的好處是我需要更少的線程來處理 Channel 。實際上，你甚至可以用一個線程來處理所有的Channel。從操作系統的角度來看，切換線程的開銷是比較昂貴的，並且每個線程都需要占用系統資源，因此暫用線程越少越好。

簡而言之，通過 Selector 我們可以實現單線程操作多個 Channel。下面是單線程使用一個 Selector 處理 3 個 Channel

正文

Selector的組件

Java NIO Selector中有三個重要的組成：Selector、SelectableChannel 和 SelectionKey。

(一) 選擇器(Selector)

Selector選擇器類管理著一個被註冊的通道集合的信息和它們的就緒狀態。選擇器所在線程不停地更新通道的就緒狀態，對通道註冊的連接、數據讀寫事件等事件進行響應。

(二) 可選擇通道(SelectableChannel)

SelectableChannel 是一個抽象類，提供了通道的可選擇性所需要的公共方法的實現，它是所有支持就緒檢查的通道類的父類。

因為 FileChannel

(三) 選擇鍵(SelectionKey)

選擇鍵封裝了特定的通道與特定的選擇器的註冊關系。選擇鍵對象由被 SelectableChannel.register() 返回並提供一個表示這種註冊關系的標記。選擇鍵包含了兩個比特集(以整數的形式進行編碼)，指示了該註冊關系所關心的通道操作

Selector的使用

(一) 創建Selector對象

Selector 對象是通過調用靜態工廠方法 open() 來實例化的，如下：

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Selector Selector = Selector.open();

(二) 將SelectableChannel註冊到Selector

為了將 Channel 和 Selector 配合使用，必須將 Channel 註冊到 Selector 上。通過 SelectableChannel.register() 方法來實現，如下：

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channel.configureBlocking(false);
// 對讀操作感興趣，向Selector註冊讀事件
SelectionKey key = channel.register(selector, Selectionkey.OP_READ);

與 Selector 一起使用時，Channel 必須處於非阻塞模式下。這意味著不能將 FileChannel 與 Selector 一起使用，因為 FileChannel 不能切換到非阻塞模式，而套接字通道都可以。

註意 register() 方法的第二個參數。這是一個興趣 (interest) 集合，意思是在通過 Selector 監聽 Channel 時對什麽事件感興趣。可以監聽四種不同類型的事件：

• 連接操作(Connect)：監聽 SocketChannel 到來的連接事件。
• 接受操作(Accept)：對應常量 SelectionKey.OP_ACCEPT，專註於監聽 ServerSocketChannel 接受 SocketChannel 的事件。
• 讀操作(Read)：對應常量 SelectionKey.OP_READ，監聽數據完全到達，通道可讀的事件。
• 寫操作(Write)：對應常量 SelectionKey.OP_READ，監聽數據準備完成，通道可寫的事件。

註意：並非所有的操作在所有的可選擇通道上都能被支持。比如 ServerSocketChannel 支持 Accept操作，而 SocketChannel 中不支持。我們可以通過通道上的 validOps() 方法來獲取特定通道下所有支持的操作集合。

以上四種事件用 SelectionKey 的四個常量來表示：

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public static final int OP_READ = 1 << 0;  // 1
public static final int OP_WRITE = 1 << 2;  // 4
public static final int OP_CONNECT = 1 << 3;  // 8
public static final int OP_ACCEPT = 1 << 4;  // 16

如果一個通道同時對多種操作感興趣，可以用 “位或” 操作符將常量連接起來，如下：

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int interestSet = SelectionKey.OP_READ | SelectionKey.OP_WRITE;

(三) 為SelectionKey綁定附加對象

可以將一個對象或者更多信息附著到 SelectionKey 上，這樣就能方便的識別某個給定的通道。例如，可以附加與通道一起使用的 Buffer，或是包含聚集數據的某個對象。使用方法如下：

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

還可以在用 register() 方法向 Selector 註冊 Channel 的時候附加對象，例如：

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

如果要取消該對象，則可以通過該種方式:

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selectionKey.attach(null);

(四) 通過Selector選擇通道

一旦向 Selector 註冊了一或多個通道，就可以調用幾個重載的 select() 方法。這些方法返回你所感興趣的事件 (如連接、接受、讀或寫) 已經準備就緒的那些通道。換句話說，如果你對“讀就緒”的通道感興趣，select() 方法會返回讀事件已經就緒的那些通道的 SelectionKey。

下面是 select() 方法的幾個重載：

• int select()：阻塞到至少有一個通道在此選擇器註冊的事件上就緒了。
• int select(long timeout)：select(long timeout) 和 select() 一樣，除了最長會阻塞timeout毫秒(參數)。
• int selectNow()：不會阻塞，不管什麽通道就緒都立刻返回。如果沒有通道變成可選擇的，則此方法直接返回 0。

也可以通過遍歷 SelectionKey 上的已選擇鍵集合來訪問就緒的通道，如下：

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Set<SelectionKey> selectedKeys = selector.selectedKeys();
Iterator<SelectionKey> keyIterator = selectedKeys.iterator();
while(keyIterator.hasNext()) {
    SelectionKey key = keyIterator.next();
    if(key.isAcceptable()) {
        // 一個連接被ServerSocketChannel接受
    } else if (key.isConnectable()) {
        // 與遠程服務器建立了連接
    } else if (key.isReadable()) {
        // 一個channel做好了讀準備
    } else if (key.isWritable()) {
        // 一個channel做好了寫準備
    }
    keyIterator.remove();
}

註意：每次叠代完成時 Selector 自己不會將已經處理完成的 SelectionKey實例移除，在叠代的末尾需要調用 keyIterator.remove() 方法手動移除。

SelectionKey.channel() 方法返回的通道需要強轉為你要處理的類型，如：ServerSocketChannel 或 SocketChannel 等。

Selector完整實例

服務端代碼

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ServerSocketChannel serverSocketChannel = ServerSocketChannel.open();
serverSocketChannel.configureBlocking(false);
serverSocketChannel.socket().bind(new InetSocketAddress(port));

Selector selector = Selector.open();
serverSocketChannel.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT);

while (true) {
    int number = selector.select();
    if (number == 0)
        continue;

    Set<SelectionKey> selectionKeys = selector.selectedKeys();
    Iterator<SelectionKey> iterator = selectionKeys.iterator();
    while (iterator.hasNext()) {
        SelectionKey selectionKey = iterator.next();
        if (selectionKey.isAcceptable()) {
            // 獲取客戶端通道
            SocketChannel socketChannel = (SocketChannel) selectionKey.channel();
            socketChannel.configureBlocking(false);
            // 將客戶端通道註冊到選擇器上
            socketChannel.register(selector, SelectionKey.OP_READ, ByteBuffer.allocate(bufferSize));
        }
        if (selectionKey.isReadable()) {
            handleRead(selectionKey);
        }
        if (selectionKey.isWritable()) {
            handleWrite(selectionKey);
        }
        if (selectionKey.isConnectable()) {
            System.out.println("Isonnectable := true");
        }
        iterator.remove();
    }
}

服務端操作過程

1. 創建 ServerSocketChannel 實例，設置為非阻塞模式，並綁定指定的服務端口；
2. 創建 Selector 實例；
3. 將 serverSocketChannel 註冊到 selector 上面，並指定事件 OP_ACCEPT，最底層的 socket 通過 channel 和 selector 建立關聯；
4. 如果沒有準備好 (Accept) 的socket，select方法會被阻塞一段時間並返回 0；
5. 如果底層有 socket 已經準備好，selector 的 select() 方法會返回 socket 的個數，而且 selectedKeys 方法會返回 socket 對應的事件(connect、accept、read 和 write)；
6. 根據事件類型，進行不同的處理邏輯。

總結

這裏簡單的介紹了 Java NIO 中選擇器的用法，有關 Selector 底層的實現原理需要進一步查看源碼。

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Java NIO系列(四) - Selector