Java NIO学习-详细内容（二）

五、Selector与SelectionKey

　　Selector是SelectableChannel 对象的多路复用器，为什么使用Selector?

　　仅用单个线程来处理多个Channels的好处是，只需要更少的线程来处理通道。事实上，可以只用一个线程处理所有的通道。对于操作系统来说，线程之间上下文切换的开销很大，而且每个线程都要占用系统的一些资源（如内存）。因此，使用的线程越少越好。

　　但是，需要记住，现代的操作系统和CPU在多任务方面表现的越来越好，所以多线程的开销随着时间的推移，变得越来越小了。实际上，如果一个CPU有多个内核，不使用多任务可能是在浪费CPU能力。不管怎么说，关于那种设计的讨论应该放在另一篇不同的文章中。在这里，只要知道使用Selector能够处理多个通道就足够了。

具体实现步骤：

　　1、创建Selector：Selector selector = Selector.open();

　　2、把Channel与对该Channel感兴趣的事件注册到Selector中：

　　　  通过SelectableChannel.register()方法来实现

channel.configureBlocking(false);
SelectionKey key = channel.register(selector,
    Selectionkey.OP_READ);

　　　　与Selector一起使用时，Channel必须处于非阻塞模式下。这意味着不能将FileChannel与Selector一起使用，因为FileChannel不能切换到非阻塞模式。而套接字通道都可以。

　　　　register()方法的第二个参数是一个“interest集合”，意思是在通过Selector监听Channel时对什么事件感兴趣。可以监听四种不同类型的事件：Connect,Accept,Read,Write。

　　　　通道触发了一个事件意思是该事件已经就绪。所以，某个channel成功连接到另一个服务器称为“连接就绪”。一个server socket channel准备好接收新进入的连接称为“接收就绪”。一个有数据可读的通道可以说是“读就绪”。等待写数据的通道可以说是“写就绪”。

　　　　这四种事件用SelectionKey的四个常量来表示：SelectionKey.OP_CONNECT, SelectionKey.OP_ACCEPT, SelectionKey.OP_READ, SelectionKey.OP_WRITE

　　　　如果你对不止一种事件感兴趣，那么可以用“位或”操作符将常量连接起来，如下：int interestSet = SelectionKey.OP_READ | SelectionKey.OP_WRITE;

　　3、保存SelectionKey对象

　　　　当向Selector注册Channel时，register()方法会返回一个SelectionKey对象。这个对象包含了一些你感兴趣的属性：interest集合, ready集合, Channel, Selector, 附加的对象（可选）

　　　　(1)、interest集合是你所选择的感兴趣的事件集合。可以通过SelectionKey读写interest集合，像这样：

int interestSet = selectionKey.interestOps();
boolean isInterestedInAccept  = (interestSet & SelectionKey.OP_ACCEPT) == SelectionKey.OP_ACCEPT；
boolean isInterestedInConnect = interestSet & SelectionKey.OP_CONNECT;
boolean isInterestedInRead    = interestSet & SelectionKey.OP_READ;
boolean isInterestedInWrite   = interestSet & SelectionKey.OP_WRITE;

　　　　用“位与”操作interest 集合和给定的SelectionKey常量，可以确定某个确定的事件是否在interest 集合中。

　　　　(2)、ready 集合是通道已经准备就绪的操作的集合。在一次选择(Selection)之后，你会首先访问这个ready set。

　　　　　　int readySet = selectionKey.readyOps();

　　　　　　可以用像检测interest集合那样的方法，来检测channel中什么事件或操作已经就绪。但是，也可以使用以下四个方法，它们都会返回一个布尔类型：

selectionKey.isAcceptable();
selectionKey.isConnectable();
selectionKey.isReadable();
selectionKey.isWritable();

　　　　(3)、Channel + Selector

　　　　　　　就是注册时的Channel与Selector引用

　　　　(4)、附加的对象

　　　　　　　可以将一个对象或者更多信息附着到SelectionKey上，这样就能方便的识别某个给定的通道。例如，可以附加 与通道一起使用的Buffer，或是包含聚集数据的某个对象。使用方法如下：

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

　　　　　　　还可以在用register()方法向Selector注册Channel的时候附加对象。如：SelectionKey key = channel.register(selector, SelectionKey.OP_READ, theObject);

 　　　4、在单线程中通过Selector选择通道

　　　　一旦向Selector注册了一或多个通道，就可以调用几个重载的select()方法。这些方法返回你所感兴趣的事件（如连接、接受、读或写）已经准备就绪的那些通道。换句话说，如果你对“读就绪”的通道感兴趣，select()方法会返回读事件已经就绪的那些通道。

　　　　int select()　　阻塞到至少有一个通道在你注册的事件上就绪了。
　　　　int select(long timeout)　　和select()一样，除了最长会阻塞timeout毫秒(参数)。
　　　　int selectNow()　　不会阻塞，不管什么通道就绪都立刻返回（译者注：此方法执行非阻塞的选择操作。如果自从前一次选择操作后，没有通道变成可选择的，则此方法直接返回零）。

　　　　select()方法返回的int值表示有多少通道已经就绪。亦即，自上次调用select()方法后有多少通道变成就绪状态。如果调用select()方法，因为有一个通道变成就绪状态，返回了1，若再次调用select()方法，如果另一个通道就绪了，它会再次返回1。如果对第一个就绪的channel没有做任何操作，现在就有两个就绪的通道，但在每次select()方法调用之间，只有一个通道就绪了。

　　　5、通过selectedKeys()获取所有上一步被选中的SelectionKey，在通过SelectionKey获取到通道

　　　　一旦调用了select()方法，并且返回值表明有一个或更多个通道就绪了，然后可以通过调用selector的selectedKeys()方法，访问“已选择键集（selected key set）”中的就绪通道。如下所示：

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

　　　　当向Selector注册Channel时，Channel.register()方法会返回一个SelectionKey 对象。这个对象代表了注册到该Selector的通道。可以通过selector的selectedKeys()方法访问这些对象。

　　　　可以遍历这个已选择的键集合来访问就绪的通道。如下：　　

Set selectedKeys = selector.selectedKeys();
Iterator 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();
}

　　　　这个循环遍历已选择键集中的每个键，并检测各个键所对应的通道的就绪事件。

　　　　注意每次迭代末尾的keyIterator.remove()调用。Selector不会自己从已选择键集中移除SelectionKey实例。必须在处理完通道时自己移除。下次该通道变成就绪时，Selector会再次将其放入已选择键集中。

　　　　SelectionKey.channel()方法返回的通道需要转型成你要处理的类型，如ServerSocketChannel或SocketChannel等。

　　6、其他相关操作

　　　　wakeUp()

　　　　某个线程调用select()方法后阻塞了，即使没有通道已经就绪，也有办法让其从select()方法返回。只要让其它线程在第一个线程调用select()方法的那个对象上调用Selector.wakeup()方法即可。阻塞在select()方法上的线程会立马返回。

　　　　如果有其它线程调用了wakeup()方法，但当前没有线程阻塞在select()方法上，下个调用select()方法的线程会立即“醒来（wake up）”。

　　　　close()

　　　　用完Selector后调用其close()方法会关闭该Selector，且使注册到该Selector上的所有SelectionKey实例无效。通道本身并不会关闭。

　　　　完整使用示例　　

Selector selector = Selector.open();
channel.configureBlocking(false);
SelectionKey key = channel.register(selector, SelectionKey.OP_READ);
while(true) {
  int readyChannels = selector.select();
  if(readyChannels == 0) continue;
  Set selectedKeys = selector.selectedKeys();
  Iterator 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();
  }
}

六、SocketChannel

　　SocketChannel是一个连接到TCP网络套接字的通道。有两种方式可以打开一个SocketChannel通道：

1. 打开一个SocketChannel并连接到互联网上的某台服务器。
2. 一个新连接到达ServerSocketChannel时，会创建一个SocketChannel。

SocketChannel socketChannel = SocketChannel.open();
socketChannel.connect(new InetSocketAddress("http://jenkov.com", 80));

　　关闭 SocketChannel:socketChannel.close();

　　从 SocketChannel 读取数据

ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocate(48);
int bytesRead = socketChannel.read(buf);

　　首先，分配一个Buffer。从SocketChannel读取到的数据将会放到这个Buffer中。然后，调用SocketChannel.read()。该方法将数据从SocketChannel 读到Buffer中。read()方法返回的int值表示读了多少字节进Buffer里。如果返回的是-1，表示已经读到了流的末尾（连接关闭了）。

　　写入 SocketChannel

　　写数据到SocketChannel用的是SocketChannel.write()方法，该方法以一个Buffer作为参数。示例如下：

String newData = "New String to write to file..." + System.currentTimeMillis();
ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocate(48);
buf.clear();
buf.put(newData.getBytes());
buf.flip();
while(buf.hasRemaining()) {
    channel.write(buf);
}

　　注意SocketChannel.write()方法的调用是在一个while循环中的。Write()方法无法保证能写多少字节到SocketChannel。所以，我们重复调用write()直到Buffer没有要写的字节为止。

　　非阻塞模式

　　可以设置 SocketChannel 为非阻塞模式（non-blocking mode）.设置之后，就可以在异步模式下调用connect(), read() 和write()了，同时也可以使用selector选择.

　　connect()

　　如果SocketChannel在非阻塞模式下，此时调用connect()，该方法可能在连接建立之前就返回了。为了确定连接是否建立，可以调用finishConnect()的方法。像这样：

socketChannel.configureBlocking(false);
socketChannel.connect(new InetSocketAddress("http://jenkov.com", 80));
while(! socketChannel.finishConnect() ){
    //wait, or do something else...
}

　　write()
　　非阻塞模式下，write()方法在尚未写出任何内容时可能就返回了。所以需要在循环中调用write()。前面已经有例子了，这里就不赘述了。
　　read()
　　非阻塞模式下,read()方法在尚未读取到任何数据时可能就返回了。所以需要关注它的int返回值，它会告诉你读取了多少字节。
　　非阻塞模式与选择器
　　非阻塞模式与选择器搭配会工作的更好，通过将一或多个SocketChannel注册到Selector，可以询问选择器哪个通道已经准备好了读取，写入等。Selector与SocketChannel的搭配使用会在后面详讲。

七、ServerSocketChannel

　　Java NIO中的 ServerSocketChannel 是一个可以监听新进来的TCP连接的通道, 就像标准IO中的ServerSocket一样。ServerSocketChannel类在 java.nio.channels包中。

ServerSocketChannel serverSocketChannel = ServerSocketChannel.open();
serverSocketChannel.socket().bind(new InetSocketAddress(9999));
while(true){
    SocketChannel socketChannel =
            serverSocketChannel.accept();
    //do something with socketChannel...
}

　　打开 ServerSocketChannel
　　通过调用 ServerSocketChannel.open() 方法来打开ServerSocketChannel.如：
　　ServerSocketChannel serverSocketChannel = ServerSocketChannel.open();
　　关闭 ServerSocketChannel
　　通过调用ServerSocketChannel.close() 方法来关闭ServerSocketChannel. 如：
　　serverSocketChannel.close();
　　监听新进来的连接
　　通过 ServerSocketChannel.accept() 方法监听新进来的连接。当 accept()方法返回的时候,它返回一个包含新进来的连接的 SocketChannel。因此, accept()方法会一直阻塞到有新连接到达。
　　通常不会仅仅只监听一个连接,在while循环中调用 accept()方法. 如下面的例子：

　　while(true){

　　　　SocketChannel socketChannel = serverSocketChannel.accept();
　　　　//do something with socketChannel...
　　}

　　一旦有新的连接，就会解除阻塞，返回一个SocketChannel，接着又会进入阻塞，直到下一个链接。

　　非阻塞模式

　　ServerSocketChannel可以设置成非阻塞模式。在非阻塞模式下，accept() 方法会立刻返回，如果还没有新进来的连接,返回的将是null。 因此，需要检查返回的SocketChannel是否是null.如：

ServerSocketChannel serverSocketChannel = ServerSocketChannel.open();
serverSocketChannel.socket().bind(new InetSocketAddress(9999));
serverSocketChannel.configureBlocking(false);
while(true){
    SocketChannel socketChannel =
            serverSocketChannel.accept();
    if(socketChannel != null){
        //do something with socketChannel...
    }
}

八、DatagramChannel

　　DatagramChannel是一个能收发UDP包的通道。因为UDP是无连接的网络协议，所以不能像其它通道那样读取和写入。它发送和接收的是数据包。

　　若想对收到的数据包做响应，只能读取数据包源信息，再发送UDP链接到数据包源，数据包源会有相关的接受逻辑的。

　　打开 DatagramChannel
　　下面是 DatagramChannel 的打开方式：

　　DatagramChannel channel = DatagramChannel.open();
　　channel.socket().bind(new InetSocketAddress(9999));

　　和net.DatagramSocket的不同在于，DatagramSocket的send是依赖于DatagramPackage的，发送到的IP信息是携带在DatagramPackage中的

　　而DatagramChannel则是先通过socket()方法获取自己在本地的socket，然后再bind到一个本地端口或者本地ip加端口，再调用send(ByteBuffer src, SocketAddress target)发送到一个远程地址（省略bind()的话会绑定到一个随机端口，InetSocketAddress必须传递参数，即如果调用bind的话必须传递一个确定的端口或者ip地址）

　　接收数据
　　通过receive()方法从DatagramChannel接收数据，如：

ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocate(48);
buf.clear();
channel.receive(buf);

　　receive()方法会将接收到的数据包内容复制到指定的Buffer. 如果Buffer容不下收到的数据，多出的数据将被丢弃。

　　发送数据
　　通过send()方法从DatagramChannel发送数据，如:

String newData = "New String to write to file..." + System.currentTimeMillis();
ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocate(48);
buf.clear();
buf.put(newData.getBytes());
buf.flip();
int bytesSent = channel.send(buf, new InetSocketAddress("jenkov.com", 80));

　　这个例子发送一串字符到”jenkov.com”服务器的UDP端口80。 因为服务端并没有监控这个端口，所以什么也不会发生。也不会通知你发出的数据包是否已收到，因为UDP在数据传送方面没有任何保证。

　　连接到特定的地址

　　可以将DatagramChannel“连接”到网络中的特定地址的。由于UDP是无连接的，连接到特定地址并不会像TCP通道那样创建一个真正的连接。而是锁住DatagramChannel ，让其只能从特定地址收发数据。

　　channel.connect(new InetSocketAddress("jenkov.com", 80));

　　这样连接之后，就可以直接调用channel的read和write方法来直接写入与读取数据了（注意与send、receive方法区别，只有连接后才能使用read与write）

　　当连接后，也可以使用read()和write()方法，就像在用传统的通道一样。只是在数据传送方面没有任何保证。

int bytesRead = channel.read(buf);
int bytesWritten = channel.write(but);

八、Pipe管道

　　管道就是在两个输入与输出之间搭建的一个通道，在管道中，输入即使输出，即把一个输入流作为管道的输入，输出流作为管道的输出，可以达到echo的效果。

　　也可以用在不同线程之间数据传输，2个线程之间的单向数据连接。Pipe有一个source通道和一个sink通道。数据会被写到sink通道，从source通道读取。

　　创建管道
　　通过Pipe.open()方法打开管道。例如：

　　Pipe pipe = Pipe.open();

　　向管道写数据
　　要向管道写数据，需要访问sink通道。像这样：

　　Pipe.SinkChannel sinkChannel = pipe.sink();

　　通过调用SinkChannel的write()方法，将数据写入SinkChannel,像这样：

String newData = "New String to write to file..." + System.currentTimeMillis();
ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocate(48);
buf.clear();
buf.put(newData.getBytes());
buf.flip();
while(buf.hasRemaining()) {
    sinkChannel.write(buf);
}

　　从管道读取数据

　　从读取管道的数据，需要访问source通道，像这样：

　　Pipe.SourceChannel sourceChannel = pipe.source();

　　调用source通道的read()方法来读取数据，像这样：

　　ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocate(48);

　　int bytesRead = sourceChannel.read(buf);

　　read()方法返回的int值会告诉我们多少字节被读进了缓冲区。

到这里NIO就告一段落了，本文大部分内容复制于http://ifeve.com/java-nio-vs-io/ 谢谢。。。