Java - NIO基础

1. 概述

现在使用NIO的场景越来越多，很多技术框架都使用NIO技术，比如Tomcat，Jetty，Netty等。

传统IO基于字节流和字符流进行操作，而NIO基于Channel和Buffer进行操作，数据总是从Channel读取到Buffer中，或者从Buffer写入到Channel。Selector用于监听多个通道的事件。因此，单个线程可以监听多个数据通道。

Java NIO由以下几个核心部分组成：

• Channel（通道）
• Buffer（缓冲区）
• Selector（选择器）

Channel，Buffer和Selector构成了核心的API，其他组件，如Pipe和FileLock只不过是与3个核心组件使用的工具类。

下面提供一个IO与NIO的文件操作：

public static void io() {
        InputStream in = null;
        try {
            in = new BufferedInputStream(new FileInputStream("d:\\okhttp-3.9.0.jar"));
            byte[] buf = new byte[1024];
            int bytesRead = in.read(buf);
            while (bytesRead != -1) {
                for (int i = 0; i < bytesRead; i++) {
                    System.out.println((char) buf[i]);
                }
                bytesRead = in.read(buf);
            }

        } catch (IOException e) {

        } finally {
            try {
                if (in != null)
                    in.close();

            } catch (IOException e) {

            }
        }
    }

    public static void nio() {
        RandomAccessFile aFile = null;
        try {
            aFile = new RandomAccessFile("d:\\okhttp-3.9.0.jar", "rw");
            FileChannel fileChannel = aFile.getChannel();
            ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocate(1024);

            int bytesRead = fileChannel.read(buf);
            System.out.println(bytesRead);

            while (bytesRead != -1) {
                buf.flip();
                while (buf.hasRemaining())
                    System.out.println((char) buf.get());

                buf.compact();
                bytesRead = fileChannel.read(buf);
            }

        } catch (IOException e) {

        } finally {
            try {
                if (aFile != null)
                    aFile.close();

            } catch (IOException e) {

            }
        }
    }

　　

1.1 Channel和Buffer

基本上，所有的IO在NIO都从一个Channel开始，数据可以从Channel读到Buffer中，也可以从Buffer写到Channel中。

Channel和Buffer有很多实现，NIO中的一些主要Channel实现：

• FileChannel：从文件中读写数据；
• DatagramChannel：能通过UDP读写网络中的数据；
• SocketChannel：通过TCP读写网络中的数据；
• ServerSocketChannel：可以监听新的TCP连接，对新连接都会创建一个SocketChannel。

Buffer的关键实现：

• ByteBuffer
• CharBuffer
• DoubleBuffer
• FloatBuffer
• IntBuffer
• LongBuffer
• ShortBuffer

这些Buffer覆盖了IO发送的基本数据类型：byte，short，int，long，float，double和char。

NIO还有一个MappedByteBuffer，用于标示内存映射文件。

1.2 Selector

Selector允许单线程处理多个Channel。如果你额应用打开了多个连接（Channel），但每个连接的流量都很低，使用Selector就会很方便。

要使用Selector，得向Selector注册Channel，然后调用Selector的select()方法。这个方法会一直阻塞到某个注册的通道有事件就绪，一旦这个方法返回，线程就可以处理这些事件，事件的例子有如新连接，数据接收等。

2. Buffer

Buffer用于和Channel进行交互：数据从Channel读入Buffer，从Buffer写入到Channel中。

Buffer本质上是一块可以写入数据，然后可以从中读取数据的内存。这块内存被包装成NIO Buffer对象，并提供一组方法，用来方便的访问该块内存。

2.1 Buffer的基本用法

使用Buffer读写数据一般遵循以下4个步骤：

1. 写入数据到Buffer；
2. 调用flip方法；
3. 从Buffer中读取数据；
4. 调用clear或compact方法

当想Buffer写入数据时，Buffer会记录下谢了多少数据，一旦要读取数据，需要通过flip方法将Buffer从写模式切换到读模式。在读模式下，可以读取之前写入到Buffer的所有数据。

一旦读完了所有的数据，就需要清空缓冲区，让它可以再次被写入，有两种方法能清空缓冲区：调用clear和compact方法。clear方法会清空整个缓冲区。compact方法只会清除已经读过的数据。任何未读的数据都被移到缓冲区的起始处，新写入的数据将放到缓冲区未读数据的后面。

2.2 capacity，position和limit

为了理解Buffer的工作原理，需要熟悉它的三个属性：

• capacity：作为一块内存，Buffer有一个固定的大小值capacity，最多写入capacity个byte，long，char等类型。一旦Buffer满，需要将其清空（通过读数据或清除数据）才能继续写数据；
• position：当写数据到Buffer中，position表示当前的位置。初始的position值为0，当一个byte，long等数据写到Buffer后，position会向前移动到下一个可插入数据的Buffer单元。position最大可为capacity -1。当读取数据时，也是从某个特定位置读，当将Buffer从写模式切换到读模式，position会被重置为0。当从Buffer的position处读取数据时，position向前移动到下一个可读的位置；
• limit：在写模式下，Buffer的limit表示你最多能往Buffer里写多少数据，写模式下，limit等于Buffer的capacity；当切换Buffer到读模式时，limit表示你最多能读到多少数据。因此，当切换Buffer到读模式时，limit会被设置成写模式的position值。换句话说，你能读到之前写入的所有数据（limit被设置成已写数据的数量，这个值在写模式下就是position）。

position和limit的含义取决于Buffer处于读模式还是写模式。不管Buffer处在什么模式，capacity的含义总是一样的。

2.3 Buffer的分配和读写

2.3.1 分配

要想获得一个Buffer对象首先要进行分配，每一个Buffer类都有一个allocate方法：

ByteBuffer buff = ByteBuffer.allocate(48);

分配一个可存储1024字符的CharBuffer：

CharBuffer buf = CharBuffer.allocate(1024);

2.3.2 写

写数据到Buffer有两种方法：

• 从Channel写到Buffer：int byteRead = channel.read(buff)；
• 通过Buffer的put()方法写到Buffer里，其中put方法有很多版本，允许以不同方式把数据写入到Buffer中：buf.put(127)；

flip()方法

将Buffer从写模式切换到读模式，调用flip方法会将position设置为0，并将limit设置为之前position的值。

换句话说，position现在用于标记读的位置，limit标示之前写进了多少byte，char等。

2.3.3 读

从Buffer中读取数据有两种方式：

• 从Buffer读取数据到Channel：int byteWrite = channel.write(buf)；
• 使用get方法从Buffer中读取数据：byte abyte = buf.get()；

get方法有很多版本，允许以不同的方法从Buffer中读取数据。

2.4 API

2.4.1 flip

将Buffer从写模式切换到读模式，调用flip方法会将position设置为0，并将limit设置为之前position的值。

换句话说，position现在用于标记读的位置，limit标示之前写进了多少byte，char等。

2.4.2 rewind

将position设回0，所以可以重读Buffer里面的所有数据。limit保持不变，仍然标示能从Buffer里面读取多少个元素。

2.4.3 clear和compact

一旦读完Buffer中的数据，需要让Buffer准备好再次被写入，可以通过clear和compact方法来完成。

clear：如果调用的是clear方法，position将被设回0，limit被设置成capacity的值。换句话说，Buffer被清空了。Buffer中的数据并未清除，只是这些标记告诉我们可以从哪里开始往Buffer里写数据；如果Buffer中有一些未读的数据，调用clear方法，数据将被遗忘，意味着不再有任何标记告诉你哪些数据被读过，哪些还没有。

compact：如果Buffer中有一些未读的数据，且后续还需要这些数据，但是此时想要先写一些数据，那么使用compact；可以将所有未读的数据拷贝到Buffer起始处，然后将position设到最后一个未读元素正后面。limit属性依然像clear方法一样，设置成capacity。现在Buffer准备好写数据了，但是不会覆盖未读的数据。

2.4.4 mark和reset

通过调用Buffer.mark方法，可以标记Buffer中的一个特定position。之后可以通过调用Buffer.reset方法恢复到这个position。

2.4.5 equals和compareTo

可以使使用equals和compareTo比较两个Buffer。

equals

当满足下列条件时，标示两个Buffer相等，equals只是比较Buffer的一部分，不是每一个在它里面的元素都比较，实际上，它只比较Buffer中的剩余元素。

（1）有相同的类型（byte，char，int等）；

（2）Buffer中剩余的byte，char等个个数相等；

（3）Buffer中所有剩余的byte，char等都相同。

注意：剩余元素是从position到limit之间的元素。

comparTo

比较两个Buffer剩余元素（byte，char等），如果满足下列条件，则认为一个Buffer“小于”另一Buffer：

（1）第一个不相等的元素小于另一个Buffer中对应的元素；

（2）所有元素都相等，但第一个Buffer的元素个数比另一个少；

3. Channel

JavaNIO通道类似流，但有些不同：

• 既可以从通道中读取数据，又可以写数据到通道，但流的读写通常是单向的；
• 通道可以异步的读写；
• 通道中的数据总是要先读到一个Buffer，或者总是要从一个Buffer中写入；

实例：通过FileChannel读取文件

import java.io.IOException;
import java.io.RandomAccessFile;
import java.nio.ByteBuffer;
import java.nio.channels.FileChannel;

public class TestFileChannel {

    public static void main(String[] args) throws IOException {
        RandomAccessFile aaf = new RandomAccessFile("D:\\App.java", "rw");
        FileChannel fChannel = aaf.getChannel(); // 创建FileChannel
        ByteBuffer buff = ByteBuffer.allocate(48); // 创建Buffer对象

        int readBytes = fChannel.read(buff); // 读取文件
        while (readBytes != -1) { // 如果读到文件末尾，则返回-1
            System.out.println(readBytes);
            buff.flip(); // 将Buffer从写模式切换到读模式
            while (buff.hasRemaining()) {
                System.out.println((char)buff.get());
            }
            buff.clear();
            readBytes = fChannel.read(buff); // 循环读取文件
        }
        aaf.close();
    }

}

3.1 FileChannel

FileChannel是一个连接到文件的通道，可以通过文件通道读写文件。FileChannel无法设置为非阻塞模式，它总是运行在阻塞模式下。

3.1.1 文件操作

（1）打开FileChannel

在使用FileChannel之前，必须先打开它，但是我们无法直接打开一个FileChannel，需要通过使用一个InputStream，OutputStream或RandomAccessFile打开FileChannel来获取一个FileChannel实例。

RandomAccessFile aFile = new RandomAccessFile("data/nio-data.txt", "rw");
FileChannel inChannel = aFile.getChannel();

（2）读取数据

调用read方法从FileChannel中读取数据：

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

首先，分配一个Buffer，从FileChannel中读取的数据将被读到Buffer中。

然后，调用read方法，该方法将数据从FileChannel读取到Buffer中，read方法返回的int值标示有多少字节被读到了Buffer中。如果返回-1，标示到了文件末尾。

（3）写入数据

使用write方法向FileChannel写数据，该方法的参数是一个Buffer：

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：write是在while循环中调用的，因为无法保证write方法一次能向FileChannel写入多少字节，因此需要重复调用write方法，直到Buffer中已经没有尚未写入通道的字节。

（4）关闭

用完FileChannel必须关闭：

FileChannel.close　　

3.1.2 其他API

（1）position方法

有时候可能需要在FileChannel的某个特定位置进行数据的读写操作，可以通过调用position方法获取FileChannel的当前位置。也可以通过调用position(long pos)方法设置FileChannel的当前位置。

long pos = channel.position();
channel.position(pos +123);　　

• 如果将位置设置在文件结束符之后，然后试图从文件通道中读取数据，读方法将返回-1（文件结束标志）
• 如果将位置设置在文件结束符之后，然后向通道中写数据，文件将撑大到当前位置并写入数据。这可能导致“文件空洞”，磁盘上物理文件中写入的数据间有空隙。

（2）size方法

将返回所关联文件的大小。

（3）truncate方法

截取一个文件，截取文件时，文件将指定长度后面的部分删除。

FileChannel.truncate(1024);

（4）force方法

将通道里尚未写入磁盘的数据轻质写到磁盘上，出于性能方面的考虑，操作系统会将数据缓存在内存中，所以无法保证写入到FileChannel里的数据一定会即时写到磁盘上。要保证这一点，需要调用force方法。

force方法有一个boolean类型的参数：指明是否同时将文件元数据（权限信息等）写到磁盘上。

（5）transferFrom/transferTo

在JavaNIO中，如果两个通道中有一个是FileChannel，那你可以直接将数据从一个channel传输到另一个channel。

FileChannel的transferForm方法可以将数据从源通道传输到FileChannel中。

RandomAccessFile fromFile = new RandomAccessFile("fromFile.txt", "rw");
FileChannel      fromChannel = fromFile.getChannel();

RandomAccessFile toFile = new RandomAccessFile("toFile.txt", "rw");
FileChannel      toChannel = toFile.getChannel();

long position = 0;
long count = fromChannel.size();

toChannel.transferFrom(position, count, fromChannel);　　

注意：在SocketChannel的实现中，SocketChannel只会传输此刻准备好的数据。因此，SocketChannel可能不会将请求的所有数据全部传输到FileChannel中。

transferTo方法将数据从FileChannel传输到其他的Channel中。

RandomAccessFile fromFile = new RandomAccessFile("fromFile.txt", "rw");
FileChannel      fromChannel = fromFile.getChannel();

RandomAccessFile toFile = new RandomAccessFile("toFile.txt", "rw");
FileChannel      toChannel = toFile.getChannel();

long position = 0;
long count = fromChannel.size();

fromChannel.transferTo(position, count, toChannel);

3.2 SocketChannel

JavaNIO的SocketChannel是一个连接到TCP网络套接字的通道，可以通过以下2种方式创建SocketChannel：

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

3.2.1 打开SocketChannel

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

3.2.2 关闭SocketChannel　　

当用完SocketChannel之后调用close关闭：

socketChannel.close();

3.2.3 从SocketChannel读取数据

要从SocketChannel中读取数据，调用read方法

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里面。如果返回-1，表示已经读到了流的末尾（连接关闭了）。

3.2.4 写入SocketChannel　　

写数据到SocketChannel用的是write方法，该方法以一个Buffer为参数。

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，write方法无法保证能写多少字节到SocketChannel。所以，重复调用write直到Buffer没有要写的字节为止。

3.2.5 非阻塞模式

可以设置SocketChannel为非阻塞模式（non-blocking mode），设置周，就可以在异步模式下调用connect，read和write。

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方法。

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。

read：非阻塞模式下，read方法在尚未读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Selector：非阻塞模式与选择器搭配会工作的更好，通过将一个或多个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。

3.3 ServerSocketChannel

JavaNIO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的ServerSocket。

ServerSocketChannel serverSocketChannel = ServerSocketChannel.open();

serverSocketChannel.socket().bind(new InetSocketAddress(9999));

while(true){
    SocketChannel socketChannel =
            serverSocketChannel.accept();

    //do something with socketChannel...
}

3.3.1 打开ServerSocketChannel

通过调用ServerSocketChannel.open方法来打开。

ServerSocketChannel serverSocketChannel = ServerSocketChannel.open();　　

3.3.2 关闭ServerSocketChannel

serverSocketChannel.close();　　

3.3.3 监听连接

通过ServerSocketChannel.accept方法监听新的连接，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方法会一直阻塞到新连接到达。

通常不会仅仅监听一个连接，在while循环中调用accept方法，如下面：

while(true){
    SocketChannel socketChannel =
            serverSocketChannel.accept();

    //do something with socketChannel...
}　　

3.3.4 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。

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...
    }
}

3.4 DatagramChannel

JavaNIO中的DatagramChannel是一个收发UDP包的通道。

因为UDP是无连接的网络协议，所以不像其他通道那样读取和写入。它发送和接收的是数据包。

3.4.1 打开DatagramChannel

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

　　

3.4.2 接收数据

同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。

3.4.3 发送数据

通过send方法从DatagramChannel发送数据：

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串到jenkov.com服务器的UDP端口80。因为服务端并没有监控这个端口，所以什么也不会发送。也不会通知你发出的数据包师傅已收到，因为UDP在数据传送方面没有任何保证。

3.4.4 连接到特定的地址

可以将DatagramChannel连接到网络中的特定地址，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))；　　

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);

3.5 Pipe

JavaNIO管道是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。

pipe的原理：

3.5.1 创建管道

Pipe pipe = Pipe.open();

　　

3.5.2 写数据

要向管道写数据，需要访问sink通道：

Pipe.SinkChannel sinkChannel = pipe.sink();

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);
}　　

通过调用SinkChannel的write方法，将数据写入SinkChannel。

3.5.3 读数据

从读取管道的数据，需要访问source通道：

Pipe.SourceChannel sourceChannel = pipe.source();

ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocate(48);

int bytesRead = sourceChannel.read(buf);　　

调用souce通道的read方法来读取数据。

3.x Scatter、Gather

JavaNIO支持scather/gather，用于描述从Channel中读取或写入到Channel的操作。

scather（分散）从Channel中读取是指在读操作时将读取的数据写入多个Buffer中。因此，Channel将从Channel中读取的数据分散到多个Buffer中。

ByteBuffer header = ByteBuffer.allocate(128);
ByteBuffer body   = ByteBuffer.allocate(1024);

ByteBuffer[] bufferArray = { header, body };

channel.read(bufferArray);　　

注意Buffer首先被插入到数组，然后再讲数据作为channel.read的输入参数。read方法按照Buffer在数组中的顺序将从channel中读取的数据写入到Buffer，当一个Buffer写满后，Channel紧接着向另一个Buffer中写。

scatter在移动到下一个Buffer前，必须填满当前的Buffer，这意味着它不适用于动态消息。

gather（聚集）写入Channel是指在写操作时将多个Buffer的数据写入同一个Channel，因此，Channel将多个Buffer中的数据聚集后发送到Channel。

ByteBuffer header = ByteBuffer.allocate(128);
ByteBuffer body   = ByteBuffer.allocate(1024);

//write data into buffers

ByteBuffer[] bufferArray = { header, body };

channel.write(bufferArray);

buffers数组是write方法的入参，write方法会按照buffer在数组中的顺序，将数据写入到channel，注意只有position和limit之间的数据才会被写入。
与scatter相反，gather能较好的处理动态消息。
　　

4. Selector

Selector选择器是JavaNIO中能够检测一到多个NIO通道，并能够知晓通道是否为诸如读写事件做好准备的组件。这样，一个单独的线程可以管理多个channel，从而管理多个网络连接。

4.1 why 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。因此，使用的线程越少越好。

4.2 Selector操作

4.2.1 Selector的创建

通过调用Selector.open()方法创建一个Selector，如下：

Selector selector = Selector.open();　　

4.2.2 向Selector注册通道

为了将Channel和Selector配合使用，必须将Channel注册到Selector上，通过SelectableChannel.register()方法来实现，如下：

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。这意味着不能讲FileChannel与Selector一起使用，因为FileChannel不能切换到非阻塞模式，而套接字通道可以。

注意register()方法的第二个参数，这是一个interest集合，意思是在通多Selector监听Channel时对什么事件感兴趣，可以监听4中不同类型的事件。

1. Connect
2. Accept
3. Read
4. Write

通道触发一个事件的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ServerSocketChannel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4中事件可用SelectionKey的4个常量来表示：

1. SelectionKey.OP_CONNECT
2. SelectionKey.OP_ACCEPT
3. SelectionKey.OP_READ
4. SelectionKey.OP_WRITE

如果对不止一种事件感兴趣，可以用“位或”操作符将常量连接起来，比如：

int interestSet = SelectionKey.OP_READ | SelectionKey.OP_WRITE;　　

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：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。
• ready集合：ready集合是通道已经准备就绪的操作的集合，在一次选择之后，你会先访问这个ready set。
• Channel：SelectionKey.channel()
• Selector：SelectionKey.selector()
• 附加的对象（可选）：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。

• 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);

4.2.3 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。

下面是select方法：

int select() // 阻塞到至少一个通道在你注册的时间上就绪了

int select(long timeout) // 和select一样，除了最长会阻塞timeout毫秒

int selectNow() // 不会阻塞，不管什么通道就绪都立刻返回。如果自从前一次选择操作后，没有通道变成可选的，则此方法直接返回零　　

select方法返回的int值标示有多少通道已经就绪，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。

一旦调用了select方法，并且返回值表示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：

Set selectedKeys = selector.selectedKeys();　　

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key.remove调用。Selector不会字节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。下次改通道变成就绪时，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。

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。只要让其他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方法上的线程会立刻返回。

如果在其他线程调用了wakeup方法，但当前没有线程阻塞在select方法上，下个调用select方法的线程会立刻醒来。

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demo：

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();
  }
}

　　

5. 实例

服务器实例：

import java.io.IOException;
import java.net.InetSocketAddress;
import java.nio.ByteBuffer;
import java.nio.channels.SelectionKey;
import java.nio.channels.Selector;
import java.nio.channels.ServerSocketChannel;
import java.nio.channels.SocketChannel;
import java.util.Iterator;

public class NioServerChannel {
    private static final int BUF_SIZE = 1024;
    private static final int PORT = 8080;
    private static final int TIMEOUT = 3000;

    public static void handleAccept(SelectionKey key) throws IOException {
        System.out.println("accept");
        ServerSocketChannel ssc = (ServerSocketChannel) key.channel();
        // 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
        // 返回的将会是null，因此需要检查返回的SocketChannel是否是null。
        SocketChannel sc = ssc.accept();
        if (sc != null) {
            sc.configureBlocking(false);
            sc.register(key.selector(), SelectionKey.OP_READ, ByteBuffer.allocate(BUF_SIZE));
        }
    }

    public static void handleRead(SelectionKey key) throws IOException {
        System.out.println("read");
        SocketChannel sc = (SocketChannel) key.channel();
        ByteBuffer buf = (ByteBuffer) key.attachment();
        long byteRead = sc.read(buf);
        while (byteRead > 0) {
            buf.flip();
            while (buf.hasRemaining())
                System.out.print((char) buf.get());

            System.out.println();
            buf.clear();
            byteRead = sc.read(buf);
        }

        if (byteRead == -1) {
            sc.close();
        }

    }

    public static void handleWrite(SelectionKey key) throws IOException {
        System.out.println("write");
        ByteBuffer buf = (ByteBuffer) key.attachment();
        buf.flip();
        SocketChannel sc = (SocketChannel) key.channel();
        while (buf.hasRemaining())
            sc.write(buf);

        buf.compact();
    }

    public static void main(String[] args) {
        Selector selector = null;
        ServerSocketChannel ssc = null;
        try {
            selector = Selector.open();
            ssc = ServerSocketChannel.open();
            ssc.socket().bind(new InetSocketAddress(PORT));
            ssc.configureBlocking(false);
            // 为了将Channel和Selector配合使用，必须将Channel注册到Selector上
            // 通过SelectableChannel.register()方法来实现。
            // 与Selector一起使用时，Channel必须处于非阻塞模式下，这意味着不能讲FileChannel与Selector一起使用，因为FileChannel不能切换到非阻塞模式，而套接字通道可以
            ssc.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT);

            while (true) {
                if (selector.select(TIMEOUT) == 0) {
                    System.out.println("==");
                    continue;
                }

                Iterator<SelectionKey> it = selector.selectedKeys().iterator();
                while (it.hasNext()) {
                    SelectionKey key = it.next();

                    if (key.isAcceptable()) {
                        handleAccept(key);
                    }

                    if (key.isReadable()) {
                        handleRead(key);
                    }

                    if (key.isWritable() && key.isValid()) {
                        handleWrite(key);
                    }

                    if (key.isConnectable()) {
                        System.out.println("isConeectable = true");
                    }

                    it.remove();
                }

            }

        } catch (Exception e) {
            System.out.println(e);
        } finally {
            try {
                if (selector != null)
                    selector.close();

                if (ssc != null)
                    ssc.close();

            } catch (Exception e) {
                System.out.println(e);
            }
        }
    }

}　　

客户端实例：

import java.io.IOException;
import java.net.InetSocketAddress;
import java.nio.ByteBuffer;
import java.nio.channels.SocketChannel;
import java.util.concurrent.TimeUnit;

public class NioClientChannel {

    public static void main(String[] args) {
        ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024);
        SocketChannel socketChannel = null;
        try {
            socketChannel = SocketChannel.open();
            socketChannel.configureBlocking(false);
            socketChannel.connect(new InetSocketAddress("127.0.0.1", 8080));

            if (socketChannel.finishConnect()) {
                int i = 0;
                while (true) {
                    TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
                    String info = "I'm " + i++ + "-th information from client";
                    buffer.clear();
                    buffer.put(info.getBytes());
                    buffer.flip();
                    while (buffer.hasRemaining()) {
                        System.out.println(buffer);
                        socketChannel.write(buffer);
                    }
                }
            }

        } catch (IOException | InterruptedException e) {
            System.out.println(e);
        } finally {
            try {
                if (socketChannel != null)
                    socketChannel.close();
            } catch (Exception e) {
                System.out.println(e);
            }
        }

    }

}

6. 参考资料

http://www.importnew.com/19816.html

http://ifeve.com/overview/