Java NIO Selector

Selector是Java NIO中的一个组件，用于检查一个或多个NIO Channel的状态是否处于可读、可写。如此可以实现单线程管理多个channels,也就是可以管理多个网络链接。

前面说过通道就是连接，比如同一时间有很多连接过来，这些连接，也就是channel都会注册到Selector中，Selector就会巡视这些channel，看看哪些可以操作（可读或者可写），并不会进行读写操作。而仅仅进行巡视，并不是很麻烦，所以即使Selector是单个线程也是很有效率的，大家不妨想象一下for循环几万次做一些简单的事，比如输出一个字符串，所花费的时间几乎很少就能明白。

Selector之所以叫多路复用，是因为Selector这个线程可以在多个线程之间检查复用，不像bio那样一个线程只负责一个连接。通道连接来了以后要自己注册到Selector中，注册完会返回一个SelectionKey，表示Selector和被注册的channel之间的关系，也是一份凭证。

Selector每次执行select就会返回就绪的通道个数，并更新所有就绪的SelectionKey的状态。下一步就可以迭代所有通道，进行处理了。

服务端代码

上面的理论说完了，下面说一下服务端代码的流程。nio的编程比较复杂和麻烦，所以代码会比bio多很多。首先初始化的时候第一步要创建Selector：

Selector selector = Selector.open();

有了Selector后，服务端要专门创建一个 ServerSocketChannel 去接收客户端的请求连接，这个channel也需要注册到Selector中：

ServerSocketChannel serverChannel = ServerSocketChannel.open(); //创建

serverChannel.configureBlocking(false); //设置为非阻塞

serverChannel.socket().bind(new InetSocketAddress(port), 1024); //绑定端口

serverChannel.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT); //设置类型为接收连接的线程，并注册到Selector中

上面最后一行的SelectionKey.OP_ACCEPT表示serverChannel只对接收连接有兴趣，其它事不会做，也就是说在把通道注册到Selector中的时候，要告诉Selector通道专门负责做哪一类的事。一个通道可以做的事有四个类型：

SelectionKey.OP_CONNECT //对请求有兴趣

SelectionKey.OP_ACCEPT //对接收有兴趣

SelectionKey.OP_READ //对读操作有兴趣

SelectionKey.OP_WRITE //对写操作有兴趣

初始化服务器的代码如下：

一旦向Selector注册了一个或多个channel后，就可以调用select方法来获取channel，select方法会返回所有处于就绪状态的channel，常用select方法具体如下：

int select()

int select(long timeout)

int selectNow()

select()方法的返回值是一个int，代表有多少channel处于就绪了。也就是自上一次select后有多少channel进入就绪。

在调用select并返回了有channel就绪之后，可以通过选中的key集合来获取channel，这个操作通过调用selectedKeys()方法：

Set selectedKeys = selector.selectedKeys();

接下来看一下获取通道的代码：

上面的逻辑很简单，调用select和selectedKeys获取所有可以操作通道，然后迭代并交给handlerInput方法去处理。这就是selecto获取和r处理所有通道的循环流程。通道分为四种类型，所以通道处理的时候，可以进行四种判断：

while(keyIterator.hasNext()){

SelectionKey key = keyIterator.next();

if(key.isAcceptable()) {

    // 判断通道是不是一个可以接收类型的通道，用在服务端处理的时候做判断

} else if (key.isConnectable()) {

    // 是否是一个连接类型的通道

} else if (key.isReadable()) {

    // 通道可读的时候处理

} else if (key.isWritable()) {

    // 通道可写的时候处理

}

keyIterator.remove();

}

上面是根据通道四种类型总共要做的四种判断，最后一行注意，通道处理完后，一定要进行remove，否则还会继续处理。

来看一下接收连接的请求处理：

上面的代码逻辑就是发现一个新请求后，使用SocketChannel接收，然后设置为非阻塞的，最后注册到selector中，设置类型为SelectionKey.OP_READ，最后的sk.attach(num++);表示设置连接的编号。

当连接可读的时候，处理代码如下：

这个代码虽然多，但是逻辑简单，就是读取数据打印到控制台，最后的doWrite方法就是返回信息到客户端：

这里服务端根据实际情况作了两种判断，实际开发中channel存在几种类型就要做几种判断。这里的nio服务端的程序只是一个简单的版本，很多问题比如半包都没有考虑，但是即使这样，也比bio要复杂很多。

客户端代码

客户端代码和服务端流程上差不多，

这里使用的是SocketChannel，注册的时候，客户端要连接服务端，所以类型为SelectionKey.OP_CONNECT，循环获取channel的流程和服务端一样：

看一下处理的方法：

上面判断连接成功后，会发一个消息到服务端，前面看到服务端接收到消息后会自动给客户端返回一个消息，所以客户度也要写一个读的操作：

读的逻辑也是把读到的内容写到控制台。

NIO特性

NIO使用事件驱动模型，以前一个线程只能处理一个连接，现在单个线程可以处理很多channel，相同请求数量的情况下避免线程过多的缺点。NIO是非阻塞IO,IO读写不再阻塞,而是返回0。基于block块的传输,通常比基于流的传输更高效，并且有更高级的IO函数,zero-copy零拷贝等特性，IO多路复用大大提高了java网络应用的可伸缩性和实用性。

NIO只能说在特定的情况下，比如并发量大的时候有优势，但是如果连接数只有几百，并发也不高的情况下，nio并不一定比bio好，速度也不一定比bio快。

NIO屏蔽了底层实现，不同的操作系统多路复用模型也是不同的，比如Linux的epoll，FreeBSD的Kqueue等等，NIO基于各个操作系统的IO系统实现，在不同的平台运行还是有差异存在的，而且编程很困难，容易出各种问题，有很多陷阱，熟练掌握nio需要很多经验和技术功底。

通过上面的总结也说明了我们为什么需要netty这样的框架，会把各种复杂的问题屏蔽掉，让高性能的网络编程变得简单可靠。

代码地址：https://gitee.com/blueses/netty-demo 04

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