Java Nio核心概念理解

nc localhost port

Selector

以Mac为例，初始化得到的Selector的实例为KQueueSelectorImpl。

public abstract class SelectorImpl extends AbstractSelector{// The set of keys with data ready for an operationprotected Set<SelectionKey> selectedKeys;// 注册在 Selector 上的全部channel：客户端 、服务端protected HashSet<SelectionKey> keys;// Public views of the key setsprivate Set<SelectionKey> publicKeys;             // Immutableprivate Set<SelectionKey> publicSelectedKeys;     // Removal allowed, but not additionprotected SelectorImpl(SelectorProvider sp) {super(sp);keys = new HashSet<>();selectedKeys = new HashSet<>();publicKeys = Collections.unmodifiableSet(keys);publicSelectedKeys = Util.ungrowableSet(selectedKeys);}
}

如上伪代码所示：属性只存在 keys & publicKeys 、selectedKeys & publicSelectedKeys 两种类型。SelectionKey接口的唯一实现类为SelectionKeyImpl。

ServerSocketChannel 绑定端口& SocketChannel 建立连接均选择在同一个Selector注册自身感兴趣的事件：最后都会被抽象化为 SelectionKeyImpl 类型【channel & Selector】。

public abstract class SelectorImpl{protected final SelectionKey register(AbstractSelectableChannel ch,int ops,Object attachment){//SelectionKeyImpl 是抽象类SelectionKey的唯一实现类SelectionKeyImpl k = new SelectionKeyImpl((SelChImpl)ch, this);k.attach(attachment);synchronized (publicKeys) {implRegister(k);}k.interestOps(ops);return k;}
}public class KQueueSelectorImpl extends SelectorImpl{private HashMap<Integer,MapEntry> fdMap;protected void implRegister(SelectionKeyImpl ski) {// 获取当前channel对应的文件描述符int fd = IOUtil.fdVal(ski.channel.getFD());fdMap.put(Integer.valueOf(fd), new MapEntry(ski));totalChannels++;keys.add(ski);} 
}

ServerSocketChannel负责监听全部客户端连接；每个SocketChannel连接建立之后将自身注册至Selector之上。

属性fdMap是一个非常重要的变量，Selector监听到相关IO事件之后会根据文件描述符fd获取对应的SelectionKey，进而得到对应的channel。

selector.select：通常情况下如果SelectionKey注册的众多Channel尚未存在相关IO事件则一直阻塞等待。

class KQueueSelectorImpl extends SelectorImpl{protected int doSelect(long timeout){...begin();//Selector 阻塞之处，entries即代表当前 Selector 上存在IO事件的channel个数int entries = kqueueWrapper.poll(timeout);...return updateSelectedKeys(entries);}private int updateSelectedKeys(int entries){// 该变量是指最终返回的channel个数int numKeysUpdated = 0;boolean interrupted = false;updateCount++;for (int i = 0; i < entries; i++) {int nextFD = kqueueWrapper.getDescriptor(i);if (nextFD == fd0) {interrupted = true;} else {// 根据文件描述符获取与之对应的 SelectionKeyMapEntry me = fdMap.get(Integer.valueOf(nextFD));if (me != null) {// 从 kqueueWrapper 获取当前channel准备好的事件类型，Ready Opsint rOps = kqueueWrapper.getReventOps(i);SelectionKeyImpl ski = me.ski;if (selectedKeys.contains(ski)) {//如果selectedKeys集合没有显式移除，则该条件始终满足if (me.updateCount != updateCount) {// 设置当前channel中 ReadyOps，正常情况下其实就是 InterestOps 的值if (ski.channel.translateAndSetReadyOps(rOps, ski)) {numKeysUpdated++;me.updateCount = updateCount;}} else {ski.channel.translateAndUpdateReadyOps(rOps, ski);}} else {// 设置当前channel中 ReadyOps，正常情况下其实就是 InterestOps 的值ski.channel.translateAndSetReadyOps(rOps, ski);//正常情况下，当前channel的 readyOps ，interestOps 是一致的if ((ski.nioReadyOps() & ski.nioInterestOps()) != 0) {selectedKeys.add(ski);numKeysUpdated++;// 表明当前key对应的channel是符合条件me.updateCount = updateCount;}}}}}...return numKeysUpdated;}
}

正常流程：

首先，ServerSocketChannel 在Selector注册 interestOps = 16事件，当然同时会被Selector的属性 keys & publicKeys 持有。

其次，SocketChannel发起连接后在ServerSocketChannel监听到其连接事件，将interestOps = 16事件类型重置到readyOps = 16，此时表明 ServerSocketChannel 存在真正的Accept事件，并且将ServerSocketChannel对应的SelectionKey 添加至Selector属性之selectedKeys & publicSelectedKeys 中。

然后，在ServerSocketChannel处理Accept事件中获取到客户端SocketChannel，同样在相同Selector上注册SocketChannel的interestOps = 1事件，同时会被Selector的属性 keys & publicKeys 持有，进一步remove即将集合selectedKeys & publicSelectedKeys元素之ServerSocketChannel对应的SelectionKey删除。

最后，客户端发送数据后Selector监听到集合keys & publicKeys众多channel中部分SocketChannel存在IO事件，此时就将SocketChannel之interestOps = 1重置到readyOps = 1，并且将SocketChannel对应的SelectionKey 添加至Selector属性之selectedKeys & publicSelectedKeys 中。

最终，遍历 publicSelectedKeys元素处理 SocketChannel 对应的 readyOps = 1 事件，最后remove即将集合 publicSelectedKeys 元素之SocketChannel对应的SelectionKey删除。

但是存在两个普遍的反馈：SelectionKey集合没有remove的后果以及 select 始终返回0的问题。

结论：背后原因都是因为没有显式remove导致的。

需要知道的是translateAndSetReadyOps方法返回true的条件是：当前channel对应的interestOps & readyOps不一样。进而导致局部变量 numKeysUpdated 始终为初始值0。

而此时属性 selectedKeys 中元素SelectionKey对应的channel其 interestOps & readyOps 值是一样的。

截止当前，可能会有人疑问select方法时阻塞的啊，没有事件的前提下select为啥持续返回0呢？

for (;;){int count = selector.select();if (count == 0) {System.out.println("count = 0");continue;}遍历selectedKeys{... 没有显式remove}}

如上处理方式：在处理某个SocketChannel IO事件时，由于translateAndSetReadyOps方法返回false导致无法真正处理其IO事件，所以每次select都能再次接收到该channel的事件类型，导致不断循环处理该channel的无效事件。

for (;;){int count = selector.select();遍历selectedKeys{... 没有显式remove}}

如果是如上处理方式则可以接收ServerSocketChannel & SocketChannel 各类事件，但是导致遍历selectedKeys集合中所有SelectionKey元素。出现问题包含：

任何一个SocketChannel IO 事件都会触发遍历selectedKeys集合中所有SelectionKey元素，其中就包括ServerSocketChannel的Accept事件，但是此时是无法从ServerSocketChannel中accept客户端SocketChannel。
除了当前SocketChannel，遍历其他SelectionKey对应的SocketChannel时从其缓存区得到的数据为空，但也会自动触发向客户端SocketChannel发送空字符串。

SelectionKey

SelectionKey：A token representing the registration of a SelectableChannel with a Selector。A selection key is created each time a channel is registered with a selector。

A selection key is created each time a channel is registered with a selector。 A key remains valid until it is cancelled by invoking its cancel method, by closing its channel, or by closing its selector。 Cancelling a key does not immediately remove it from its selector; it is instead added to the selector’s ancelled-key set for removal during the next selection operation。The validity of a key may be tested by invoking isValid method。

SelectionKey包含两种operation sets：interest set & ready set。

Interest set：兴趣集，表示已注册的事件集合，下一次调用方法，将测试是否有此事件的加入。通过SelectionKey的 int interestOps() 方法，可以获取当前 SelectionKey的感兴趣事件。
Ready set：准备集,表示已准备就绪的事件集合。通过SelectionKey的 int readyOps()方法，可以获取当前 SelectionKey的准备就绪事件。

Nio中 SocketChannel 如果设置为非阻塞方式，在其发起connect连接事件后返回的永远为false，必须显式调用finishConnect来判断连接是否成功建立。相反，如果 SocketChannel 设置为阻塞方式，则connect方法会根据连接情况返回true or false。