NIO源码分析：SelectionKey

SelectionKey

SelectionKey，选择键，在每次通道注册到选择器上时都会创建一个SelectionKey储存在该选择器上，该SelectionKey保存了注册的通道、注册的选择器、通道事件类型操作符等信息。

SelectionKey是一个抽象类，它有俩个实现类了 AbstractSelectionKey(抽象类) 和 SelectionKeyImpl(最终实现类) 。SelectionKey有6个属性：

//读操作符，左移位后的整型值为1
public static final int OP_READ = 1 << 0;
//写操作符，左移位后的整型值为4
public static final int OP_WRITE = 1 << 2;
//连接操作符，左移位后的整型值为8
public static final int OP_CONNECT = 1 << 3;
//接收操作符，左移位后的整型值为16
public static final int OP_ACCEPT = 1 << 4;
//附件
private volatile Object attachment = null;
//附件更新者，当要更新附件时需调用该对象的方法
private static final AtomicReferenceFieldUpdater<SelectionKey,Object>
    attachmentUpdater = AtomicReferenceFieldUpdater.newUpdater(
    SelectionKey.class, Object.class, "attachment"
);

这些属性中较为重要的是4个操作符属性，需记住它们左移位后的整型值，在后面对选择通道的操作事件判断需使用到。

SelectionKey除开构造器方法，有13个方法：

public abstract SelectableChannel channel();//返回该SelectionKey对应通道
public abstract Selector selector();//返回该SelectionKey注册的选择器
public abstract boolean isValid();//判断该SelectionKey是否有效
public abstract void cancel();//撤销该SelectionKey
public abstract int interestOps();//返回SelectionKey的关注操作符
//设置该SelectionKey的关注键，返回更改后新的SelectionKey
public abstract SelectionKey interestOps(int ops);
public abstract int readyOps();//返回SelectionKey的预备操作符

//这里readyOps()方法返回的是该SelectionKey的预备操作符，至于什么是预备操作符在最终实现类SelectionKeyImpl中会讲解。
//判断该SelectionKey的预备操作符是否是OP_READ
public final boolean isReadable() {
    return (readyOps() & OP_READ) != 0;
}
//判断该SelectionKey的预备操作符是否是OP_WRITE
public final boolean isWritable() {
    return (readyOps() & OP_WRITE) != 0;
}
//判断该SelectionKey的预备操作符是否是OP_CONNECT
public final boolean isConnectable() {
    return (readyOps() & OP_CONNECT) != 0;
}
//判断该SelectionKey的预备操作符是否是OP_ACCEPT
public final boolean isAcceptable() {
    return (readyOps() & OP_ACCEPT) != 0;
}

//设置SelectionKey的附件
public final Object attach(Object ob) {
    return attachmentUpdater.getAndSet(this, ob);
}
//返回SelectionKey的附件
public final Object attachment() {
    return attachment;
}

AbstractSelectionKey

AbstractSelectionKey继承了SelectionKey类，它也是一个抽象类，相比其他俩个类，它的代码就简洁多了，它只有一个属性：

//用于判断该SelectionKey是否有效，true为有效，false为无效，默认有效
private volatile boolean valid = true;

AbstractSelectionKey除开构造器方法，只要三个实现方法：

//判断该SelectionKey是否有效
public final boolean isValid() {
    return valid;
}

//将该SelectionKey设为无效
void invalidate() {                                 
    valid = false;
}
//将该SelectionKey从选择器中删除
//注意，删除的SelectionKey并不会马上从选择器上删除，而是会加入一个需删除键的集合中，等到下一次调用选择方法才会将它从选择器中删除，至于具体实现会在选择器源码分析章节中讲
public final void cancel() {
    synchronized (this) {
        if (valid) {
            valid = false;
            ((AbstractSelector)selector()).cancel(this);
        }
    }
}

SelectionKeyImpl

SelectionKeyImpl是SelectionKey的最终实现类，它继承了AbstractSelectionKey类，在该类中不仅实现了SelectionKey和抽象类的方法，而且扩展了其他方法。

SelectionKeyImpl的属性

SelectionKeyImpl中有5个新的属性：

//该SelectionKey对应的通道
final SelChImpl channel;
//该SelectionKey注册的选择器
public final SelectorImpl selector;
//该SelectionKey在注册选择器中储存SelectionKey集合中的下标索引，当该SelectionKey被撤销时，index为-1
private int index;
//SelectionKey的关注操作符
private volatile int interestOps;
//SelectionKey的预备操作符
private int readyOps;

从上面属性中可以看到，SelectionKeyImpl有俩个操作符属性： 关注操作符interestOps 和 预备操作符readyOps 。

interestOps 是储存通道的注册方法register(Selector sel, int ops)输入的ops参数，可以在register方法的最终实现中看出，代表程序需选择器对通道关注的操作事件。

public final SelectionKey register(Selector sel, int ops, Object att) throws ClosedChannelException
{
    synchronized (regLock) {
        if (!isOpen())
            throw new ClosedChannelException();
        if ((ops & ~validOps()) != 0)
            throw new IllegalArgumentException();
        if (blocking)
            throw new IllegalBlockingModeException();
        SelectionKey k = findKey(sel);
        if (k != null) {
            //将输入的参数ops储存在SelectionKey的interestOps属性中
            k.interestOps(ops);
            k.attach(att);
        }
        if (k == null) {
            synchronized (keyLock) {
                if (!isOpen())
                    throw new ClosedChannelException();
                k = ((AbstractSelector)sel).register(this, ops, att);
                addKey(k);
            }
        }
        return k;
    }
}

readyOps 是通道实际发生的操作事件，当我们对选择器Selector.select()方法层层追溯，到达该方法的最终实现doSelect(long var1)方法，会发现doSelect方法调用了一个updateSelectedKeys()方法来更新选择器的SelectionKey集合，而updateSelectedKeys方法又调用了updateSelectedKeys(this.updateCount)方法来进行实际的更新操作，而updateSelectedKeys方法最终通过processFDSet方法来实现更新。在processFDSet方法里有两个方法调用实现了SelectionKey里readyOps属性的更新： translateAndSetReadyOps(用于设置readyOps) 、 translateAndUpdateReadyOps(用于更新readyOps)

public boolean translateAndUpdateReadyOps(int var1, SelectionKeyImpl var2) {
    return this.translateReadyOps(var1, var2.nioReadyOps(), var2);
}
public boolean translateAndSetReadyOps(int var1, SelectionKeyImpl var2) {
    return this.translateReadyOps(var1, 0, var2);
}

通过观察两个方法，可以发现它们都调用了translateReadyOps方法：

/**
* @param var1 该通道发生的事件类型，为Net中的POLL类型属性，这里需注意的有3个POLL类型属性：POLLIN、
* POLLOUT、POLLCONN，分别对应SelectionKey的OP_READ、OP_WRITE、OP_CONNECT
* @param var2 translateAndUpdateReadyOps中该参数为var3的readyOps，在translateAndSetReadyOps  * 中该参数为0
* @param var3 需修改的SelectionKey 
*/
public boolean translateReadyOps(int var1, int var2, SelectionKeyImpl var3) {
    int var4 = var3.nioInterestOps();
    int var5 = var3.nioReadyOps();
    int var6 = var2;
    if ((var1 & Net.POLLNVAL) != 0) {
        return false;
    } else if ((var1 & (Net.POLLERR | Net.POLLHUP)) != 0) {
        var3.nioReadyOps(var4);
        this.readyToConnect = true;
        return (var4 & ~var5) != 0;
    } else {
//var1 & var2 !=0 类似于 var1 == var2，或var1=0或var2=0
//判断发生的事件是否是Net.POLLIN，如果是则判断该通道对应的SelectionKey的readyOps是否等于1(OP_READ的值)
        if ((var1 & Net.POLLIN) != 0 && (var4 & 1) != 0 && this.state == 2) {
            var6 = var2 | 1;//等同于：var2 | OP_READ
        }
//判断发生的事件是否是Net.POLLCONN，如果是则判断该通道对应的SelectionKey的readyOps是否等于8(OP_CONNECT的值)
        if ((var1 & Net.POLLCONN) != 0 && (var4 & 8) != 0 && (this.state == 0 || this.state == 1)) {
            var6 |= 8;//等同于：var6 | OP_CONNECT
            this.readyToConnect = true;
        }
//判断发生的事件是否是Net.POLLOUT，如果是则这判断该通道对应的SelectionKey的readyOps是否等于4(OP_OP_WRITE的值)
        if ((var1 & Net.POLLOUT) != 0 && (var4 & 4) != 0 && this.state == 2) {
            var6 |= 4;//等同于：var6 | OP_READ
        }

        var3.nioReadyOps(var6);
        return (var6 & ~var5) != 0;
    }
}

看完上面源码可以发现，在判断通道实际发生事件的POLL类型时，还需判断该POLL类型对应的SelectionKey的ops类型是否与该SelectionKey的关注键interestOps相同，当所有条件满足时再将var6与其ops类型按位或，最后将该SelectionKey即var3的预备键readyOps设为var6。总结起来就是：

当通道实际发生的操作事件类型不等于该通道对应的SelectionKey的关注键interestOps时， 预备键readyOps不会被修改，且该发生事件的通道对应的SelectionKey也不会被加入Selector的selectedKeys集合中(从下面代码中可看出)，但readyOps不一定就等于interestOps，因为调用interestOps的修改或设置方法时并不会同时修改readyOps。为了防止在进行select操作时，有另一个线程修改了某一SelectionKey的interestOps属性，在interestOps前添加了volatile修饰符，保证其可见性。

//这里是processFDSet方法中的一段代码，var10为SelectionKey
/*可以看出在进行了translateAndSetReadyOps或translateAndUpdateReadyOps方法设置readyOps属性后，
* 为了防止这时有另一线程修改了interestOps或readyOps为0，还判断了SelectionKey的readyOps和interestOps是否相同,
*/相同才把该SelectionKey加入到选择器的selectedKeys属性中
if (var9.clearedCount != var1) {
    var10.channel.translateAndSetReadyOps(var4, var10);
    if ((var10.nioReadyOps() & var10.nioInterestOps()) != 0) {
        WindowsSelectorImpl.this.selectedKeys.add(var10);
        var9.updateCount = var1;
        ++var6;
    }
} else {
    var10.channel.translateAndUpdateReadyOps(var4, var10);
    if ((var10.nioReadyOps() & var10.nioInterestOps()) != 0) {
        WindowsSelectorImpl.this.selectedKeys.add(var10);
        var9.updateCount = var1;
        ++var6;
    }
}

SelectionKeyImpl的方法

在SelectionKeyImpl中除开实现了SelectionKey抽象方法的简单方法外，需要关注几个较为重要的方法：

//确保该SelectionKey是有效的，如无效则会之间抛出异常
//在几个关于SelectionKey的属性方法中都有调用，如interestOps() 、interestOps(int var1)、readyOps()
private void ensureValid() {
    if (!this.isValid()) {
        throw new CancelledKeyException();
    }
}

//设置readyOps的方法，不会确保该SelectionKey的有效性
public void nioReadyOps(int var1) {
    this.readyOps = var1;
}
//该方法是SelectionKeyImpl自定义的获取readyOps方法，不同于readyOps()，它不会确保SelectionKey的有效性
public int nioReadyOps() {
    return this.readyOps;
}
//获取interestOps的方法，interestOps()会通过调用该方法进行获取，是最终实现获取nterestOps的方法
public int nioInterestOps() {
    return this.interestOps;
}

在SelectionKeyImpl类里，设置interestOps相比设置readyOps较为复杂，因为他调用了两个通道的方法validOps()和translateAndSetInterestOps(int var1, SelectionKeyImpl var2)：

//interestOps(int var1)中调用了该方法来设置interestOps，是最终实现设置interestOps的方法
public SelectionKey nioInterestOps(int var1) {
    if ((var1 & ~this.channel().validOps()) != 0) {
        throw new IllegalArgumentException();
    } else {
        this.channel.translateAndSetInterestOps(var1, this);
        this.interestOps = var1;
        return this;
    }
}

首先先来看看nioInterestOps方法中判断语句内的代码块：

(var1 & ~this.channel().validOps()) != 0

这里的this.channel有5个可能的实现类：SeverSocketChannel、SocketChannel、SinkChannel、SourceChannel、DatagramChannel，因为不同的通道可能只会发生对应的操作事件，如SeverSocketChannel只会发生OP_ACCEPT操作，SocketChannel会发生OP_READ、OP_WRITE和OP_CONNECT，而validOps()就是返回通道对应可能发生的操作事件（有效操作事件）：

//SeverSocketChannel
public final int validOps() {
    return SelectionKey.OP_ACCEPT;
}

//SocketChannel
public final int validOps() {
    return (SelectionKey.OP_READ
            | SelectionKey.OP_WRITE
            | SelectionKey.OP_CONNECT);
}

所以nioInterestOps方法的判断语句可以改为：

(var1 & ~有效的操作事件) != 0

而后又对有效的操作事件进行了取非，变成了：

(var1 & 无效的操作事件) != 0

在之前说过 var1 & var2 !=0 类似于 var1 == var2，所以当判断语句内的条件成立时，即说明设置的输入的参数不在该SelectionKey对应的通道的有效操作事件里，所以抛出 IllegalArgumentException() 异常。

当参数var1为该SelectionKey对应的通道的有效操作事件时，在调用通道的translateAndSetInterestOps方法将该关注类型对应的POLL类型写入到选择器的pollWrapper属性中：

//SocketChannel
public void translateAndSet InterestOps(int var1, SelectionKeyImpl var2) {
    int var3 = 0;
    //OP_READ
    if ((var1 & 1) != 0) {
        var3 |= Net.POLLIN;
    }
    //OP_WRITE
    if ((var1 & 4) != 0) {
        var3 |= Net.POLLOUT;
    }
    //OP_CONNECT
    if ((var1 & 8) != 0) {
        var3 |= Net.POLLCONN;
    }
    var2.selector.putEventOps(var2, var3);
}

最后再将该SelectionKey的interestOps设为参数值var1，并返回新的SelectionKey。

(以上为本人对源码的个人理解，如果有错误，欢迎各位前辈指出)