從之前的通道(1)--基礎接口 大概知道了通道的基本特點，open/close/selectable/流式通道可以通過工廠方法open創(chuàng)建，文件通道比如在一個文件對象上調(diào)用getChannel來獲取，下面來深入看下SocketChannel

這一篇比較偏向理論

如果想知道大概的代碼怎么寫，可以參考 SocketChannel續(xù)1---基本操作API 

如果想知道更多的坑，可以參考 SocketChannel續(xù)2---很多注意點

如果想知道一個nio框架的演變，可以參考SocketChannel續(xù)3--io框架模型演化

1      SocketIO

1.1      阻塞式的

之前的Socket/ServerSocket/DatagramSocket他們是阻塞式的，java IO的性能瓶頸所在

1.2      不便的讀寫操作

另外讀寫也相對不便，分別是getInputStream() 和getOutputStream() 然后使用他們的read和write方法，或者用XXReader稍微包裝一下，比如下面的

BufferedReader in = new BufferedReader(new InputStreamReader(client.getInputStream()));

PrintWriter out = new PrintWriter(client.getOutputStream());

while (true) {

        String str = in.readLine();//從socket讀入數(shù)據(jù)

        out.println("has receive...."+str);

        out.flush();

        if (str.equals("end"))

            break;

}

2           SocketChannel

通道是新增的IO服務管道，并且提供交互方法，但是socket已有的協(xié)議API并不會重新實現(xiàn)，大多可以復用

全部Socket通道類（DatagramChannel/SocketChannel/ServerSocketChannel）在創(chuàng)建的時候都會創(chuàng)建一個對等的Socket對象，可以通過socket()方法獲取，這種方式獲取到的socket可以調(diào)用getChannel()獲取對應的channel

2.1      可選擇的通道

從最基礎的層面來看，選擇器提供了詢問通道是否準備好執(zhí)行每個I/O操作的能力，比如了解一個SocketChannel對象是否有更多的字節(jié)需要讀取，或者需要知道ServerSocketChannel是否有需要準備接受的連接。他們都實現(xiàn)了SelectableChannel接口，因此可以實現(xiàn)就緒選擇，這種方式的價值在于潛在的大量的通道同時進行就緒狀態(tài)的檢查。

2.2      自己實現(xiàn)選擇通道？

假設自己實現(xiàn)對是否就緒通道的輪訓，那么從效率上來說會有幾個問題：1.檢查每個通道都需要一次系統(tǒng)調(diào)用，代價昂貴；2.檢查不是原子性的，列表中的每一個通道都有可能在它被檢查之后就緒，直到下一次輪訓為止；3.不斷地遍歷，無法在某個感興趣的通道就緒時得到通知；

傳統(tǒng)的監(jiān)控多個socket的方案是為每一個socket創(chuàng)建一個線程并使得線程在read中阻塞，直到數(shù)據(jù)可用。這里的被阻塞線程被當做了socket監(jiān)控器，java虛擬機的線程調(diào)度當做了通知機制，這種方式在線程數(shù)量的增長失控的時候會造成巨大的壓力。

因此真正的就緒選擇操作必須由操作系統(tǒng)來做，它會處理I/O請求并通知各個線程他們的數(shù)據(jù)已經(jīng)準備好了。

2.3      SocketChananel建立

Socket和SocketChannel類封裝點對點、有序的網(wǎng)絡連接；每個SocketChannel對象創(chuàng)建時都是和一個對等的Socket對象關聯(lián)的，靜態(tài)的open方法可以創(chuàng)建一個新的SocketChannel（注意Socket的通道都是通過工廠方法open創(chuàng)建的），在Channel上調(diào)用socket方法能返回對等的Socket對象

新創(chuàng)建的Channel都是未連接的，可以調(diào)用connect方法去連接，連接之前嘗試IO操作會導致NotYetConnectedException異常。如果說阻塞模式下，線程在連接建立好或超時之前會保持阻塞；在非阻塞模式下（沒有超時的參數(shù)），他會發(fā)起連接請求，并且立即返回，如果是true，則說明連接已經(jīng)建立（本地環(huán)回連接）；如果不能連接，立即返回false，并且異步的繼續(xù)嘗試連接，這時候isConnectPending()會返回true，這時候可以調(diào)用finishConnect（）來安全的完成連接過程：

1.connect還未被調(diào)用，拋出NoConnectionPendingException

2.正在進行連接，未完成，那么finishConnect會立即返回false

3.非阻塞模式下，調(diào)用connect之后，SocketChannel可以調(diào)用configureBlocking()切換回阻塞模式，這時候調(diào)用finishConnect方法會阻塞直到連接建立完成

4.如果連接已經(jīng)建立，那么調(diào)用finishConnect()方法會返回true，什么也不發(fā)生

當通道處于中間的連接等待（connectio n-pending）狀態(tài)時，只可以調(diào)用 finishConnect( ) 、isConnectPending( )或isConnected( ) 方法。一旦連接建立過程成功完成，isConnected( ) 將返回 true值。

InetSocketAddress addr = new InetSocketAddress (host, port);
SocketChannel sc = SocketChannel.open( );
sc.configureBlocking (false);
sc.connect (addr);
while ( ! sc.finishConnect( )) {
     doSomethingElse( );
}
doSomethingWithChannel (sc);
sc.close( );

3           三個基本元素

 

（Selector、SelectionKey、SocketChannel之間的關系）

 

（在使用nio的情況下，常會接觸的API）

 

3.1      Selector

它管理著一組被注冊的通道集合的信息和他們的就緒狀態(tài)

 

3.2      SelectableChannel

這個抽象類提供了實現(xiàn)通道的可選擇性所需要的公共方法。它是所有支持就緒檢查的通道類的父類；一個通道可以被注冊到多個選擇器上，可以通過isRegistered來檢查一個通道是否被注冊到任何一個選擇器上，但對每個選擇器而言只能被注冊一次。

（注冊之前要確保通道是非阻塞的，否則拋出異常）

SelectionKey wKey = channel.register(selector, SelectionKey.OP_WRITE);

3.3      SelectorKey

選擇鍵封裝了特定的通道與特定的選擇器的注冊關系,可以調(diào)用cancel方法終結這種關系。在通道的特定事件注冊到選擇器上之后，該選擇鍵對象被返回并提供一個表示這種注冊關系的標記，通過它可以得到channel，包括一些狀態(tài)等。

選擇鍵是基于位的操作，比如判斷是否有寫事件，如下代碼

public final boolean isWritable() {

        return (readyOps() & OP_WRITE) != 0;

}

4           深入

4.1      selector創(chuàng)建和注冊

ServerSocketChannel server = ServerSocketChannel.open();

Selector sel = Selector.open();// 創(chuàng)建，使用完畢之后調(diào)用close關閉

server.socket().bind(new InetSocketAddress(port));

server.configureBlocking(false); // 設置成非阻塞

// 注冊感興趣的事件,可以關聯(lián)一個對象，下次通過SelectorKey獲?。ńoServer注冊read事件其實是無效的）

SelectionKey sk=server.register(sel, SelectionKey.OP_ACCEPT);

SelectionKey sk1=server.register(sel, SelectionKey.OP_READ&SelectionKey.OP_ACCEPT);

//任意時刻只有一種注冊關系是有效的，實際上只是更新selectionkey的感興趣集合，并不是新創(chuàng)建

//keyFor返回channel和該Selector的選擇鍵

Assert.assertTrue(server.keyFor(sel)==sk);

Assert.assertTrue(server.keyFor(sel)==sk1);

int count=selector.select(100);

Select是一個阻塞操作，他會等待直到有感興趣的事件，或者超過100m

注意到Selector是通過open這個工廠方法創(chuàng)建的，他會通過SelectorProvider來獲取一個新的實例，關于SPI機制，請參考：Java SPI機制簡介

4.2   selector的選擇鍵集合以及選擇過程

前面我們知道了，選擇鍵(SelectionKey)代表了channel和Selector的注冊關系，可以調(diào)用cancel()取消：

//取消channel和Selector的注冊關系

sk1.cancel();

不過這種注銷關系并不是立即生效的，實際上，選擇器（Selector）會維護三種選擇鍵（SelectionKey）的集合

1.已注冊的鍵的集合（Registered key set），可能包括已經(jīng)取消的鍵，通過keys()方法返回，無法修改

2.已準備好的選擇鍵集合（Selected key set），1的子集，每個成員都是選擇器判斷相關的通道已經(jīng)準備好，并且包含于鍵的interest集合中的某種操作（比如read），通過selectedKeys方法返回。如果要確定是具體某種操作，請使用readyOps確定。

3.已取消的鍵集合，但是還沒被注銷

當一個selector操作被調(diào)用的時候，會發(fā)生下面的事情：

1.檢查已取消的鍵集合，如果非空，則將這鍵從另外兩個集合中移出

2.檢查已注冊的鍵集合，每個鍵的interest事件集合會被檢查，之后修改interest也不會影響后面的過程，然后會執(zhí)行底層的查詢，直到有感興趣的事件或者超時

a)   在操作系統(tǒng)確定一個鍵的某個interest事件發(fā)生的時候，會確定這個鍵有沒有在已選擇的鍵集合中，如果沒，則鍵加入到選擇的集合，清空ready集合，并且設置該感興趣的事件到ready

b)   如果已經(jīng)在已選擇的鍵中，那么更新ready（位操作）

c)   之后會重新執(zhí)行1，這樣可以取消那些在選擇過程中有變更的通道

3.返回的是從上一個select之后，處于就緒狀態(tài)的通道數(shù)量，如果已經(jīng)在就緒集合中，不會累計；比如我們注冊read，并且在使用之后SelectionKey不移出，那么下次再有read事件過來，select方法可能會返回0就不會被記錄，但是不代表沒有感興趣的事件

延遲注銷鍵的操作，是為了在選擇的過程中減少不必要的同步，不然注銷和選擇就要形成一定的互斥，因為注銷潛在的代價比較高，可能需要釋放各種資源。關于SelectionKey的read和interest集合可以參考4.4

4.3   喚醒正在阻塞的selector操作

調(diào)用wakeup可以使阻塞在select方法的線程返回，當然如果當前沒有阻塞的select方法，那么會讓下一次select直接返回，他調(diào)用多次和一次的效果是一樣的

不過很多時候，我們并不能確定是否有線程阻塞在select方法，也不想影響到下一次select（只是因為某些事件，臨時喚醒一下），那可以在wakeup之后調(diào)用selectNow，他會立即返回，也抵消了wakeup的影響

4.4   支持的事件

在使用Selector的時候，需要將一個通道注冊到上面，即：（通道在注冊之前需要設置為非阻塞）

Selector selector = Selector.open( );

server.register(channel, SelectionKey.OP_READ | SelectionKey.OP_WRITE);

第2個參數(shù)表示關心的通道操作，有4種：讀（read）、寫（write）、連接（connect）、接受（accept）；

不是所有的Channel都支持這些事件，比如SocketChannel不支持accept，可以通過validOps()來驗證特定的通道所支持的操作集合。

Socket channels support connecting, reading, and writing, so this method returns (SelectionKey.OP_CONNECT | SelectionKey.OP_READ | SelectionKey.OP_WRITE).

Server-socket channels only support the accepting of new connections, so this method returns SelectionKey.OP_ACCEPT.

4.5   SelectionKey使用

4.5.1          interest和ready集合

一個Key包含兩個以整數(shù)形式進行編碼的比特掩碼，

interest（集合）：指示哪些通道/選擇器組合所關心的操作

ready（集合）：表示通道準備好要執(zhí)行的操作

當前的interest集合可以通過調(diào)用鍵對象的interestOps()方法來獲取，這個值不會被選擇器改變，但是可以調(diào)用帶參數(shù)的interestOps()方法改變，和上面一樣，他會在下一次selector的時候生效；

key.interestOps()返回的是注冊到該channel上的感興趣的動作，key.readyOps()是該channel已經(jīng)就緒的操作，ready集合是interest集合的子集，并且表示了interest集合中從上次調(diào)用select()以來已經(jīng)就緒的那些操作,例如：注冊channel感興趣的動作是OP_READ,OP_WRITE,

sc.register(sel, SelectionKey.OP_WRITE|SelectionKey.OP_READ);

調(diào)用interestOps()可以得到他對read和write感興趣，但是如果該channel中沒有數(shù)據(jù)，則只能是key.readyOps()==SelectionKey.OP_WRITE。

比如下面的方法檢查通道是否已經(jīng)可讀，并且讀取

if ((key.readyOps( ) & SelectionKey.OP_READ) != 0){    

            myBuffer.clear( );    

            key.channel( ).read (myBuffer);    

            doSomethingWithBuffer (myBuffer.flip( ));

另外key也有便捷的方式可以檢查：

if (key.isWritable( ))
等價于：
if ((key.readyOps( ) & SelectionKey.OP_WRITE) != 0)

另外，SelectionKey中還有一個attach方法啊，可以獲得鍵對象中保存所提供的對象的引用

4.5.2  移除SelectionKey