NIO Selector

发布时间：2023-05-19

一、NIO Selector的定义和作用

Java NIO（New IO）是从Java 1.4版本开始引入的，用于替代原来的Java IO API，NIO提供了一种面向缓冲区的、基于通道的I/O操作方式。NIO中的Selector其实是一个选择器，用于处理多个通道的选择性IO操作。以前，一个线程只能处理一个连接，而Selector提供了一种可以通过一个线程处理多个连接的方式。 在使用NIO编程时，Selector负责监控被注册进它里面的Channel，当Channel中有可以进行IO操作的状态时，Selector将会得到通知，进行相应的处理，而不需要线程一直轮询。因此，NIO Selector解决了Java BIO的瓶颈问题，保证了处理高并发连接时系统性能和可靠性的平衡。

二、NIO Selector的基本使用方法

下面给出一个简单的例子来说明如何使用NIO Selector实现服务端与客户端的简单通信：

Selector selector = Selector.open();
ServerSocketChannel serverSocket = ServerSocketChannel.open();
serverSocket.bind(new InetSocketAddress(8080));
serverSocket.configureBlocking(false);
SelectionKey selectionKey = serverSocket.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT);
while (true) {
    selector.select();
    Set<SelectionKey> selectionKeys = selector.selectedKeys();
    Iterator<SelectionKey> iterator = selectionKeys.iterator();
    while (iterator.hasNext()) {
        SelectionKey key = iterator.next();
        if (key.isAcceptable()) {
            ServerSocketChannel serverSocketChannel = (ServerSocketChannel) key.channel();
            SocketChannel socketChannel = serverSocketChannel.accept();
            socketChannel.configureBlocking(false);
            socketChannel.register(selector, SelectionKey.OP_READ);
            System.out.println("建立链接");
        } else if (key.isReadable()) {
            SocketChannel socketChannel = (SocketChannel) key.channel();
            ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024);
            socketChannel.read(buffer);
            String receive = new String(buffer.array());
            System.out.println("接收到客户端的信息：" + receive);
        }
        iterator.remove();
    }
}

上述代码中，我们首先创建一个Selector实例并打开一个ServerSocketChannel，然后将ServerSocketChannel注册到Selector上，并且声明该Selector对客户端连接请求（OP_ACCEPT）感兴趣。 最后通过不断地轮询select()方法，来检查是否有连接已经准备好进行I/O操作。在select()方法返回之后，我们通过迭代器获取可操作的SelectionKey集合，然后进行相应操作，例如建立连接或者从通道中读取数据。

三、NIO Selector的优缺点

NIO Selector有以下几个优点：

  1. 单线程可以处理多个连接，降低了系统开销，提高了系统的伸缩性；
  2. 为非阻塞I/O提供了一个优良的基础，Selector监听多个Channel的I/O事件的能力使得单个线程可以处理多个并发通道，从而提高了系统的并发处理能力；
  3. 提供了更高效的事件通知机制。当向Selector注册Channel时，可以指定我们感兴趣的操作类型（Connect、Accept、Read、Write），只有在这些事件发生时，Selector才会返回，否则就一直阻塞。这样，我们就可以用一个线程去管理多个channel，也就是NIO实现高效的处理方式的基础； 但同时，NIO Selector也有以下几个缺点：
  4. 对于连接的管理较为复杂，且处理细节需要高度注意；
  5. 编程较为繁琐，需要一定的经验和能力；
  6. 自己编写网络框架时，使用NIO Selector需要考虑到众多细节问题，涉及到多线程、使用ByteBuffer等方面；
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