5.3　Selector

5.3　Selector

如第5.1节中提到的，Selector类可用于避免使用非阻塞式客户端中很浪费资源的“忙等”方法。例如，考虑一个即时消息服务器。可能有上千个客户端同时连接到了服务器，但在任何时刻都只有非常少量的（甚至可能没有）消息需要读取和分发。这就需要一种方法阻塞等待，直到至少有一个信道可以进行I/O操作，并指出是哪个信道。NIO的选择器就实现了这样的功能。一个Selector实例可以同时检查（如果需要，也可以等待）一组信道的I/O状态。用专业术语来说，选择器就是一个多路开关选择器，因为一个选择器能够管理多个信道上的I/O操作。

要使用选择器，需要创建一个Selector实例（使用静态工厂方法open（））并将其注册（register）到想要监控的信道上（注意，这要通过channel的方法实现，而不是使用selector的方法）。最后，调用选择器的select（）方法。该方法会阻塞等待，直到有一个或更多的信道准备好了I/O操作或等待超时。select（）方法将返回可进行I/O操作的信道数量。现在，在一个单独的线程中，通过调用select（）方法就能检查多个信道是否准备好进行I/O操作。如果经过一段时间后仍然没有信道准备好，select（）方法就返回0，并允许程序继续执行其他任务。

下面来看一个例子。假设我们想要使用信道和选择器来实现一个回显服务器，并且不使用多线程和忙等。为了使不同协议都能方便地使用这个基本的服务模式，我们把信道中与具体协议相关的处理各种I/O的操作（接收，读，写）分离了出来。TCPProtocol定义了通用TCPSelectorServer类与特定协议之间的接口，包括三个方法，每个方法代表了一种I/O形式。当有信道准备好I/O操作时，服务器只需要调用相应的方法即可。

TCPProtocol.java

在服务器端创建一个选择器，并将其与每个侦听客户端连接的套接字所对应的ServerSocketChannel注册在一起。然后进行反复循环，调用select（）方法，并调用相应的操作器例程对各种类型的I/O操作进行处理。

TCPServerSelector.java

1.设置：第14～19行

验证至少有一个参数，创建一个Selector实例。

2.为每个端口创建一个ServerSocketChannel：第22～28行

·创建一个ServerSocketChannel实例：第23行

·使其侦听给定端口：第24行

需要获得底层的ServerSocket，并以端口号作为参数调用其bind（）方法。任何超出适当数值范围的参数都将导致抛出IOException异常。

·配置为非阻塞模式：第25行

只有非阻塞信道才可以注册选择器，因此需要将其配置为适当的状态。

·为信道注册选择器：第27行

在注册过程中指出该信道可以进行“accept”操作。

3.创建协议操作器：第31行

为了访问回显协议中的操作方法，创建了一个EchoSelectorProtocol实例。该实例包含了需要用到的方法。

4.反复循环，等待I/O，调用操作器：第33～59行

·选择：第35行

这个版本的select（）方法将阻塞等待，直到有准备好I/O操作的信道，或直到发生了超时。该方法将返回准备好的信道数。返回0表示超时，这时程序将打印一个点来标记经过的时间和迭代次数。

·获取所选择的键集：第41行

调用selectedKeys（）方法返回一个Set实例，并从中获取一个Iterator。该集合中包含了每个准备好某一I/O操作的信道的SelectionKey（在注册时创建）。

·在键集上迭代，检测准备好的操作：第42～58行

对于每个键，检查其是否准备好进行accep（）操作，是否可读或可写，并调用相应的操作器方法对每种情况进行指定的操作。

·从集合中移除键：第57行

由于select（）操作只是向Selector所关联的键集合中添加元素，因此，如果不移除每个处理过的键，它就会在下次调用select（）方法时仍然保留在集合中，而且可能会有无用的操作来调用它。

TCPServerSelector的大部分内容都与协议无关，只有协议赋值那一行代码是针对特定的协议。所有协议细节都包含在了TCPProtocol接口的具体实现中。EchoSelector Protocol类就实现了该回显协议的操作器。你可以轻松地为自其他协议编写自己的操作器，或在我们的回显协议操作器上进行改进。

EchoSelectorProtocol.java

1.声明实现TCPProtocol接口：第6行

2.成员变量和构造函数：第8～12行

每个实例都包含了将要为每个客户端信道创建的缓冲区大小。

3.handleAccept（）：第14～20行

·从键中获取信道，并接受连接：第15行

channel（）方法返回注册时用来创建键的Channel。（我们知道该Channel是一个ServerSocketChannel，因为这是我们注册的唯一一种支持“accept”操作的信道。）accept（）方法为传入的连接返回一个SocketChannel实例。

·设置为非阻塞模式：第16行

再次提醒，这里无法注册阻塞式信道。

·为信道注册选择器：第18～19行

可以通过SelectionKey类的selector（）方法来获取相应的Selector。我们根据指定大小创建了一个新的ByteBuffer实例，并将其作为参数传递给register（）方法。它将作为附件，与register（）方法所返回的SelectionKey实例相关联。（在此我们忽略了返回的键，但当信道准备好读数据的I/O操作时，可以通过选出的键集对其进行访问。）

4.handleRead（）：第22～33行

·获取键关联的信道：第24行

根据其支持数据读取操作可知，这是一个SocketChannel。

·获取键关联的缓冲区：第25行

连接建立后，有一个ByteBuffer附加到该SelectionKey实例上。

·从信道中读数据：第27行

·检查数据流的结束并关闭信道：第27～28行

如果read（）方法返回-1，则表示底层连接已经关闭，此时需要关闭信道。关闭信道时，将从选择器的各种集合中移除与该信道关联的键。

·如果接收完数据，将其标记为可写：第29～31行

注意，这里依然保留了信道的可读操作，虽然缓冲区中可能已经没有剩余空间了。

5.handleWrite（）：第35～50行

·获取包含数据的缓冲区：第41行

附加到SelectionKey上的ByteBuffer包含了之前从信道中读取的数据。

·准备缓冲区的写操作：第42行

Buffer的内部状态指示了在哪里放入下一批数据，以及缓冲区还剩多少空间。flip（）方法用来修改缓冲区的内部状态，以指示write（）操作从什么地方获取数据，以及还有剩余多少数据。（下一章将对其进行详细介绍。）该方法的作用是使写数据的操作开始消耗由读操作产生的数据。

·获取信道：第43行

·向信道写数据：第44行

·如果缓冲区为空，则标记为不再写数据：第45～48行

如果缓冲区中之前接收的数据已经没有剩余，则修改该键关联的操作集，指示其只能进行读操作。

·压缩缓冲区：第49行

如果缓冲区中还有剩余数据，该操作则将其移动到缓冲区的前端，以使下次迭代能够读入更多数据（第5.4.5节将对这个操作的语义进行详细介绍）。在任何情况下，该操作都将重置缓冲区的状态，因此缓冲区又变为可读。注意，除了在handleWrite（）方法内部，与信道关联的缓冲区始终是设置为可读的。

5.3 Selector

5.3 Selector

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