第二天：深入理解 Selector：单线程高效管理多个 Channel

在 Java 网络编程中，如果使用传统的 BIO（阻塞 I/O）模型，我们需要为每一个客户端连接创建一个线程。当并发量很大时，系统开销会变得难以承受。

Java NIO 引入了 Selector（选择器） ，这是实现 I/O 多路复用 的关键组件。它允许单线程管理多个 Channel，只有当 Channel 真正有事件（如读、写、连接）发生时，线程才进行处理。

接下来带你通过实操代码，一步步掌握 Selector 的核心用法。

核心概念：三剑客

在开始实操前，先明确三个核心角色的关系：

Channel (通道)：数据的传输管道（类似于 BIO 中的 Socket）。
Selector (选择器)：监控者，负责轮询和管理注册在它上面的 Channel。
SelectionKey (选择键) ：Channel 和 Selector 的关联凭证。当 Channel 注册到 Selector 上时，会返回一个 SelectionKey，它包含了该 Channel 要感知的的事件以及当前的就绪状态。

实操指南：手写一个 NIO Server

我们将按照你提供的思路，分步构建代码。

1. 初始化 Selector 和 ServerSocketChannel

首先，我们需要开启一个 Selector，并创建一个服务端通道。

2. 建立联系 (Register)

将 Channel 注册到 Selector 上。这一步会返回一个 SelectionKey，代表了这个特定的注册关系。

复制代码

    // 3. 建立 Selector 和 Channel 的联系
// register(Selector sel, int ops, Object att)
// 初始状态下，服务端只关注 "客户端连接请求" (OP_ACCEPT)
SelectionKey registerKey = serverSocketChannel.register(selector, 0, null);

// 声明关注的事件
registerKey.interestOps(SelectionKey.OP_ACCEPT);

// *注：通常可以直接写成 serverSocketChannel.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT);

Selector关联的事件非阻塞状态

3. 事件循环与处理

复制代码

    while (true) {
    // 4. select() 阻塞等待
    // 如果没有事件发生，线程会在此阻塞，不消耗 CPU
    // 一旦有关注的事件发生，方法返回
    int selectCount = selector.select();
    if (selectCount == 0) continue;

    // 5. 获取发生事件的 SelectionKey 集合
    Set<SelectionKey> selectedKeys = selector.selectedKeys();
    Iterator<SelectionKey> iterator = selectedKeys.iterator();

    while (iterator.hasNext()) {
        SelectionKey key = iterator.next();

        // 6. 处理事件
        if (key.isAcceptable()) {
            handleAccept(key);
        } else if (key.isReadable()) {
            handleRead(key);
        } else if (key.isWritable()) {
            // handleWrite(key);
        } else if (key.isConnectable()) {
            // handleConnect(key);
        }

        // 7. !至关重要!：手动从集合中删除已处理的 Key
        // Selector 不会自动从 selectedKeys 中移除已处理的 Key
        // 如果不删除，下次循环时它还在，会导致空指针异常或重复处理
        iterator.remove();
    }
}

SelectionKey和SelectedKeys的关系

重点解析

1. 为什么必须手动 iterator.remove()？

selector.select() 仅仅是把就绪的 key 放到 selectedKeys 集合中。
当你通过 key.channel().accept() 或 read() 处理了事件后，Selector 不会自动帮你清理这个集合。
如果你不移除，下一次 while 循环时，这个 key 还在集合里。此时你再调用 accept() 可能返回 null（因为连接已经处理过了），或者抛出异常。
总结：事件要么处理，要么取消 (key.cancel())，处理完必须从集合移除。

2. SelectionKey 的 4 种事件类型

SelectionKey 定义了 4 个常量来代表不同的事件：

|----------------|------|---------------------------------|
| 事件常量 | 说明 | 触发场景 |
| OP_ACCEPT | 接收连接 | ServerSocketChannel 准备好接收新连接时。 |
| OP_CONNECT | 连接建立 | 客户端 SocketChannel 完成与服务器的握手连接时。 |
| OP_READ | 可读 | Channel 中有数据到达，准备好被读取时。 |
| OP_WRITE | 可写 | Channel 的发送缓冲区有空闲空间，准备好写入数据时。 |

3. SelectionKey 的作用

SelectionKey 是 Selector 和 Channel 之间的桥梁。它不仅保存了关注的事件（Interest Set），还保存了已经发生的事件（Ready Set）。

通过 key.channel() 可以获取关联的 Channel。
通过 key.selector() 可以获取关联的 Selector。
通过 key.attach(Object obj) 还可以绑定额外的对象（如 Buffer），实现更复杂的逻辑。

总结

使用 Selector 管理多个 Channel 的核心流程归纳为：Open -> Register -> Select -> Handle -> Remove。