java-nio Selector & SelectionKey

1. 概述

说明一下：该文章并不是啥拿来就用的文章，而是一篇帮助理解这些组件关系的文章，因为，我在使用这些组件的时候就一直困惑他们之间的关系。我就用一篇文章总结一下我梳理的结果

java NIO中文为非阻塞IO，其中非阻塞的实现最主要就依赖于我们标题中提到的这个组件：Selector，本文就将详细介绍一下这个组件及其配套设施。

在介绍之前，我先对这个组件的作用做一个总结：Selector通过系统调用，获取操作系统中的就绪事件，selector定义了四种四件：OP_ACCEPT、OP_CONNECT、OP_READ、OP_WRITE

一旦某个事件就绪了，就可以做相应的处理，比如一个连接刚过来，会触发connect，然后触发accapt，我们都可以为这些事件提供相应的处理。这样相对于原来的阻塞IO来说，可以不影响代码向下执行，通过不断轮询事件的方式，起到了非阻塞的作用。

2. Selector组件介绍

首先，看看这个Selector组件，该组件是NIO的核心组件。selector是一个查询系统就绪事件的组件，配套在Channel中使用，可以让多个Channel注册到某个selector中，然后通过select方法，可以查询就绪事件。

2.1 创建与关闭

调用Selector的静态方法open通过系统提供的 selector provider得到selector对象，通过 close方法关闭

2.2 使用介绍

在知道了创建以后，那么就要了解这个组件是如何使用的，首先，我们创建任意一个channel

注意：为了代码整洁，下面的代码我都去掉了异常处理模块

ServerSocketChannel server = new ServerSocketChannel(new INetAddress("127.0.0.1", 8080));

有了channel以后，我们要将channel注册到selector中

Selector selector = Selector.open();
SelectionKey key = server.register(selector, SelectionKey.OP_ACCAPT);

这里，我们将channel注册到了selector中，并添加了一个ACCAPT事件，这个表示该channel对accapt事件感兴趣,需要selector监听系统是否accapt就绪。

事件已经注册好了，那么就开始让selector开始工作吧！！！

selector.select();
for (Iterator<SelectionKey> it = selector.selectedKeys().iterator(); it.hasNext(); ) {
  SelectionKey key = it.next();
  if(key.isAccaptable()){
      // doSomething for accapt
  }
}

通过selector调用select方法，向系统查询一次事件就绪情况，并将就绪情况封装成SelectionKey，关于SelectionKey的内容可以参考下文中的内容。

上面是selector的一个基本使用，那么如果又出现新问题：我们一开始仅仅注册了accapt事件，那么，假如我们现在要系统完成read的功能，而我们注册的时候又没写，怎么处理呢？

我这里不直接写代码，大家可以跟着我的这个思路来理解一下这几个组件之间的关系：我们知道selector是一个组件，该组件本身是没任何感兴趣的事件的，换句话说，selector只是工具，他就负责查询而已，那还有什么能修改感兴趣的事件呢？我们这时的目光也许定格在了这个channel，channel注册到selector以后，并添加了感兴趣的事件，那么channel理应提供了一个保存interest事件的队列，

image.png

通过读API文档，发现并没有这个方法提供。其实也能够理解：因为selector是组件，channel是组件，独立的channel组件怎么能为select组件的功能提供方法呢？所以，提供方法的一定是他们的中间产物——SelectionKey，我们知道channel注册进selector的时候就可以获取一个SelectionKey

// 使用该方法就可以更改感兴趣的事件
// key 在上文代码就是SelectionKey的一个实例
key.interestOps(int ops)
// 下面介绍这个方法两个常见的使用
// 在原感兴趣的事件基础上增加READ事件
key.interestOps(key.interestOps() | SelectionKey.OP_READ);
// 在原感兴趣的事件基础上取消READ事件
key.interestOps(key.interestOps() & (~SelectionKey.OP_READ)

2.3 Selector组件介绍

上文已经介绍了如何使用selector组件，通过上面我们已经知道了selector的基本使用。那么现在我们看看该组件

2.3.1 select() 操作

select操作是该组件的核心。通过该操作，应用程序会向操作系统为每一个注册到该selector的channel查询他们感兴趣的事件是否准备就绪。

select操作分两大类：

调用 select(), select(long), 和 selectNow()方法。我们知道select操作事实上是阻塞式的，通过限定时间的方式，可以让select在一定时间以后就跳出，而不会一直处在阻塞状态。select操作以后产生的效果就是将已经就绪的SelectionKey加入到其内部的SelectedSet中。
调用select(Consumer), select(Consumer,long), 和 selectNow(Consumer)不会将已经就绪的操作放进selectedKey中，而是通过Consumer将这个key消费掉。

select操作通过以下三步：

首先会删除任何一个在selector的Cancelled_Set中的SelectionKey，并将其channel注销。这个过程以后就清空Cancelled_Set
系统再根据每个channel感兴趣的事件，并向系统询问就绪情况，然后生产SelectionKey。这里也有两个情况

情况一：如果某个channel的SelectionKey并不在selector的SelectedSet中，然后通过这个操作，将该selectionKey加入到SelectedSet中，而之前在SelectedSet中的内容将被遗弃

情况二：某个channel的SelectionKey已经在selector的SelectedSet中，那么该内容将保存在set中

如果这些环节中向Cancel_Set中添加了内容，那么会按照步骤一继续执行

selector内部

通过阅读select方法的执行流程，我们可以看到几个重要的结构：Selected_Set, Cancelled_Set，事实上，selector中还有要给包含两者的全集set，一共三个set

Selected_Set 存储着channel感兴趣的且已经就绪的SelectionKey

Cancelled_Set存储着不要的SelectionKey，比如下次select操作的时候，我们可以看步骤一，会将与之相关的内容清空。

image.png

3. SelectionKey介绍

通过对Selector的介绍，我们也大概明白了这个SelectionKey是什么，其实这就是连接selector组件与channel的中间产物。

3.1 内部结构

我们一开始在分析如何修改感兴趣事件的时候就提到过这个中间产物，那么我们具体来看看这个结构。

该组件包含两个set：

interest_set表示对于注册进selector的channel所感兴趣的事件
ready_set存储了那些select以后就绪的操作。该操作不能直接更新，而是在selector执行select操作期间会更新

注意了interest_set仅仅储存着channel感兴趣的事件，而这些事件就绪其实是在ready_set中，select更新的也是ready_set中的值，而ready_set中的内容又必须是在interest_set中的