深入理解NIO（三）—— NIO原理及部分源码的解析
欢迎回到淦™的源码看爆系列
在看完前面两个系列之后，相信大家对NIO也有了一定的理解，接下来我们就来深入源码去解读它，我这里的是OpenJDK-8u60版本，建议大家也下一份放ide里和我一起看会比较好理解。（这里主要介绍Selector，Buffer第一篇有提到一点，Channel也不过是些Buffer的操作方法而已，这里就不提及了，大家感兴趣可以自己去看）
老哥行行好，转载和我说一声好吗，我不介意转载的，但是请把原文链接贴大点好吗
open()
// 1. 创建Selector
Selector selector = Selector.open();
首先我们来分析open方法:
// Selector
public static Selector open() throws IOException {
// 这里的静态方法provider会使用DefaultSelectorProvider.create();方法根据系统选择一个SelectorProvider
// windows平台的话是WindowsSelectorProvider，
// Linux平台是一个EPollSelectorProvider，这里主要分析Linux平台下的
// 之后openSelector方法(一会看下面)会返回一个EPollSelectorImpl作为Selector的实现，我们一般提及的Selector就是它了
return SelectorProvider.provider().openSelector();
} // EPollSelectorProvider
public AbstractSelector openSelector() throws IOException {
return new EPollSelectorImpl(this);
}
之后是EPollSelectorImpl的构造方法：
EPollSelectorImpl(SelectorProvider sp) throws IOException {
super(sp);
long pipeFds = IOUtil.makePipe(false);
fd0 = (int) (pipeFds >>> 32);
fd1 = (int) pipeFds;
// 其他的我也看不太懂，我们直接进去这个EPollArrayWrapper的构造方法
pollWrapper = new EPollArrayWrapper();
pollWrapper.initInterrupt(fd0, fd1);
fdToKey = new HashMap<>();
}
// EPollArrayWrapper
EPollArrayWrapper() throws IOException {
// 直接看这里，这里调用了一个封装出来的Linux的api：epoll_create，这个东西大概可以理解成一个selector，详细的我们下一章再讲解
epfd = epollCreate();
}
所以其实Selector方法大抵上就是封装了一个epoll_create() 方法，当然还调用了一下epoll_ctl()，把serverchannel给注册进去。
register()
// 5. 将channel注册到selector上，监听连接事件
serverSocketChannel.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT);
接下来我们分析把channel注册到Selector上的register方法
// SelectableChannel
public final SelectionKey register(Selector sel, int ops)
throws ClosedChannelException
{
return register(sel, ops, null);
} // AbstractSelectableChannel
public final SelectionKey register(Selector sel, int ops,
Object att)
throws ClosedChannelException
{
// 212行，剩下的删掉了
k = ((AbstractSelector)sel).register(this, ops, att); } // SelectorImpl
protected final SelectionKey register(AbstractSelectableChannel ch,
int ops,
Object attachment)
{
if (!(ch instanceof SelChImpl))
throw new IllegalSelectorException();
//生成SelectorKey来存储到hashmap中，一共之后获取
SelectionKeyImpl k = new SelectionKeyImpl((SelChImpl)ch, this);
//attach用户想要存储的对象
k.attach(attachment);
//调用子类的implRegister方法，接下来进去这里
synchronized (publicKeys) {
implRegister(k);
}
//设置关注的option
k.interestOps(ops);
return k;
}
protected void implRegister(SelectionKeyImpl ski) {
if (closed)
throw new ClosedSelectorException();
SelChImpl ch = ski.channel;
//获取Channel所对应的fd,因为在linux下socket会被当作一个文件，也会有fd
int fd = Integer.valueOf(ch.getFDVal());
fdToKey.put(fd, ski);
//调用pollWrapper的add方法,将channel的fd添加到监控列表中
pollWrapper.add(fd);
//保存到HashSet中，keys是SelectorImpl的成员变量
keys.add(ski);
}
调用register方法并没有涉及到EpollArrayWrapper中的native方法epollCtl的调用,这是因为他们将这个方法的调用推迟到Select方法中去了.
select()
// 获取可用channel数量
int readyChannels = selector.select();
接下来我们来分析select()方法
// SelectorImpl
public int select(long timeout)
throws IOException
{
. . . .
return lockAndDoSelect((timeout == 0) ? -1 : timeout);
} // SelectorImpl
private int lockAndDoSelect(long timeout) throws IOException {
. . . .
return doSelect(timeout);
}
// EPollSelectorImpl
protected int doSelect(long timeout) throws IOException {
.....
try {
....
//调用了poll方法,底层调用了native的epollCtl和epollWait方法
pollWrapper.poll(timeout);
} finally {
....
}
....
//更新selectedKeys,为之后的selectedKeys函数做准备
int numKeysUpdated = updateSelectedKeys();
....
return numKeysUpdated;
}
// EPollArrayWrapper
int poll(long timeout) throws IOException {
// 这里面的实现就是调用epoll_ctl()方法注册先前在register方法中保存的Channel的fd和感兴趣的事件类型
updateRegistrations();
// 这里是调用epollWait方法等待感兴趣事件的生成,导致线程阻塞
updated = epollWait(pollArrayAddress, NUM_EPOLLEVENTS, timeout, epfd);
. . . .
}
上面提到的epollCtl和epollWait方法在下一章我们会详细讲，这里先不讲。
总之我们可以知道Selector其实就是封装了Linux提供的api而已，也就是epollCreate、epollCtl和epollWait方法。
selectedKeys()
// 获取可用channel的集合
Set<SelectionKey> selectionKeys = selector.selectedKeys();
接下来我们来看看selectedKeys()方法：
// SelectorImpl
//是通过Util.ungrowableSet生成的,不能添加,只能减少
private Set<SelectionKey> publicSelectedKeys;
public Set<SelectionKey> selectedKeys() {
....
return publicSelectedKeys;
}
很奇怪啊,怎麽直接就返回publicSelectedKeys了,难道在select函数的执行过程中有修改过这个变量吗?publicSelectedKeys这个对象其实是selectedKeys变量的一份副本,你可以在SelectorImpl的构造函数中找到它们俩的关系,我们再回头看一下select中updateSelectedKeys方法：
private int updateSelectedKeys() {
//更新了的keys的个数,或在说是产生的事件的个数
int entries = pollWrapper.updated;
int numKeysUpdated = 0;
for (int i=0; i<entries; i++) {
//对应的channel的fd
int nextFD = pollWrapper.getDescriptor(i);
//通过fd找到对应的SelectionKey
SelectionKeyImpl ski = fdToKey.get(Integer.valueOf(nextFD));
if (ski != null) {
int rOps = pollWrapper.getEventOps(i);
//更新selectedKey变量,并通知响应的channel来做响应的处理
if (selectedKeys.contains(ski)) {
if (ski.channel.translateAndSetReadyOps(rOps, ski)) {
numKeysUpdated++;
}
} else {
ski.channel.translateAndSetReadyOps(rOps, ski);
if ((ski.nioReadyOps() & ski.nioInterestOps()) != 0) {
// 这里加进去
selectedKeys.add(ski);
numKeysUpdated++;
}
}
}
}
return numKeysUpdated;
}
不知道大家有没有留意到，如果我们不先调用select()，直接selectedKeys()是不会获得任何Channel的，因为里面没有更新publicSelectedKeys的方法
还有一点是，publicSelectedKeys是selectedKeys的引用，所以我们获得的是它的引用，而不是每次返回一个新对象，这个引用里面的Channel我们处理完后要记得remove掉，不然下次还是会返回给你的。
顺便一提这里publicSelectedKeys是采用 publicSelectedKeys = Util.ungrowableSet(selectedKeys); 的方式创建出来的，这个方法创建出来的set如方法名ungrowableSet，是不能调用add方法的，只能remove
为什么Netty自己又从新实现了一边native相关的NIO底层方法? 听听Netty的创始人是怎麽说的吧链接。
因为Java的版本使用的epoll的LT模式，而Netty则希望使用ET模式（详情看第四篇的两种触发模式），而且Java版本没有将epoll的部分配置项暴露出来，比如说TCP_CORK和SO_REUSEPORT。
下一篇：epoll的实现原理
参考资料：
https://segmentfault.com/a/1190000017798684?utm_source=tag-newest