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8. 选择器（Selector）.md

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为什么要有Selector

要理解为什么要有Selector？这个问题，我们首先得知道在UNIX系统中有五种I/O模型：同步阻塞I/O、同步非阻塞I/O、I/O多路复用、信号驱动I/O和异步I/O。这个几个I/O模型都是什么意思呢，大概比喻一下。

  • 阻塞式I/O模型：一个人在钓鱼，当没鱼上钩时，就坐在岸边一直等。
  • 非阻塞式I/O模型：边钓鱼边玩手机，隔会再看看有没有鱼上钩，有的话就迅速拉杆。
  • I/O复用模型：放了一堆鱼竿，在岸边一直守着这堆鱼竿，没鱼上钩就玩手机。
  • 信号驱动式I/O模型：鱼竿上系了个铃铛，当铃铛响，就知道鱼上钩，然后可以专心玩手机。
  • 异步I/O模型：雇佣一个人来给我钓鱼，钓上来以后给我送到住处，我该干嘛干嘛去。

阻塞与非阻塞是指应用程序在发起I/O操作时，是立即返回还是等待。而同步和异步是指应用程序在于内核通信时，数据从内核空间到应用空间的拷贝，是由内核发起还是由应用程序来触发。

而所谓的I/O就是计算机内存与外部设备之间数据拷贝的过程，我们知道CPU访问内存的速度远远高于外部设备，因此CPU通常就是先将外部设备的数据读取到内存中，然后再进行处理。然后此时有个场景，当那你的用户程序通过CPU向外部设备发送了一个读的指令，数据从外部设备到内存中是需要一段时间的，那么此时CPU是休息呢？还是让给别人？还是不断的询问，到了吗？到了吗？到了吗……？这个就是I/O模型所要解决的问题。

而我们的NIO模拟的I/O模型就是I/O复用模型。通过只阻塞Selector这一个线程，通过Selector不断的查询Channel中的状态，从而达到了一个线程控制Selector，而一个Selector控制多个Channel的目的。用图表示就是这样。

Selector使用

从图上面我们就可以猜出来大概的Selector该如何来使用

创建Selector

通过调用Selector.open()方法来创建一个Selector。

Selector selector = Selector.open();

创建所需要的Channel

我们知道NIO中的Channel分为四种类型

  • FileChannel:文件通道
  • DatagramChannel:通过UDP读取网络中的数据
  • SocketChannel:通过TCP读取网络中的数据
  • ServerSocketChannel:可以监听进来的连接，对于每个进来的连接都会创建一个SocketChannel

在这四个通道中有一个不能和Selector配合使用，因为从图中可以看出，我们的Selector是不断的轮询注册在Selector中的每个通道的状态，不能阻塞在其中一个通道，即每个通道必须是非阻塞状态的，但是FileChannel的通道是阻塞状态且不能更改，所以FileChannel不能和Selector配合使用。

ServerSocketChannel socketChannel = ServerSocketChannel.open();
socketChannel.socket().bind(new InetSocketAddress(8080)); //设置为非阻塞模式 
socketChannel.configureBlocking(false);

将创建好的Channel注册到Selector上

为了便于Selector管理Channel，我们将Channel注册到Selector上。

//将Channel注册到Selector上 
SelectionKey selectionKey = socketChannel.register(selector,SelectionKey.OP_READ);

我们可以看到第一个参数就是我们自己的Selector，而第二个参数就是选择要监听的事件类型，一共有四种

  • SelectionKey.OP_CONNECT：连接继续事件，表示服务器监听到了客户连接，服务器可以接收这个连接了
  • SelectionKey.OP_ACCEPT：连接就绪事件，服务端收到客户端的一个连接请求会触发
  • SelectionKey.OP_READ：读就绪事件，表示通道中已经有可读的数据了，可以执行读操作
  • SelectionKey.OP_WRITE：写就绪事件，表示已经可以向通道写数据了

ServerSocketChannel的有效事件是OP_ACCEPT，SocketChannel的有效事件是OP_CONNECT、OP_READ、OP_WRITE

Selector循环遍历各个Channel

在上一步我们已经将所需要的Channel注册到了Selector中，那么我们现在可以调用Selector.select()方法进行遍历得到已经准备好的Channel。

Set<SelectionKey> selectedKeys = selector.selectedKeys();
Iterator<SelectionKey> 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(); 
}

注意此时我们在遍历完成后，完成相应操作后都要调用keyIterator.remove();方法将其移除掉，因为select()方法只是得到了所有已经准备好的Channel的key值集合，如果不删除的话，那么下次遍历依然还是会调用相应的事件。

完整的例子

做一个简单的服务器监听的程序。监听本机的8080端口，打印出发送过来的数据。

public class TestNIO { 
    public static void main(String[] args) throws IOException { 
        Selector selector = Selector.open();
        ServerSocketChannel socketChannel = ServerSocketChannel.open();
        socketChannel.socket().bind(new InetSocketAddress(8080)); 
        //设置为非阻塞模式 
        socketChannel.configureBlocking(false); 
        //将Channel注册到Selector上 
        socketChannel.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT); 
        while (true){ 
            int readyChannel = selector.select(); 
            if (readyChannel == 0){
                continue; 
            }
            Set<SelectionKey> selectionKeys = selector.selectedKeys(); 
            Iterator<SelectionKey> keyIterator = selectionKeys.iterator(); 
            while (keyIterator.hasNext()){
                SelectionKey key = keyIterator.next();
                keyIterator.remove(); 
                if (key.isAcceptable()){ 
                    System.out.println("isAcceptable"); 
                    SocketChannel clientChannel = ((ServerSocketChannel) key.channel()).accept(); 
                    clientChannel.configureBlocking(false); 
                    clientChannel.register(key.selector(),SelectionKey.OP_READ); 
                } else if (key.isConnectable()){
                    System.out.println("isConnectable");
                } else if (key.isReadable()){ 
                    SocketChannel clientChannel = (SocketChannel) key.channel(); 
                    ByteBuffer byteBuffer = ByteBuffer.allocate(1024); 
                    clientChannel.read(byteBuffer); 
                    System.out.println(new String(byteBuffer.array())); 
                }else if (key.isWritable()){
                    System.out.println("isWritable"); 
                }
            }
        }
    }
}

此时可以通过在控制台用命令telnet localhost 8080即可与服务器连接。