Netty-理解selector是什么

2022-05-25 本文已影响0人 pq217

BIO的弊端

BIO既是Blocking IO，也叫同步阻塞模型，BIO模型如下

BIO模型

如果所示，多个客户端连接一个服务端，每出现一个客户端就开一个handler(一般对应一个线程)处理

对应的服务端代码如下

public class BioServer {

    public static void main(String[] args) throws IOException {
        ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(9000);
        // 任务处理线程池
        ExecutorService pool = Executors.newFixedThreadPool(10);
        while (true) {
            System.out.println("server start");
            //阻塞方法等待客户端连接
            Socket clientSocket = serverSocket.accept();
            System.out.println("new client");
            pool.execute(()->{
                handler(clientSocket);
            });
        }
    }

    private static void handler(Socket clientSocket) {
        try {
            byte[] bytes = new byte[1024];
            System.out.println("reading");
            //接收客户端的数据，阻塞方法，没有数据可读时就阻塞
            int read = clientSocket.getInputStream().read(bytes);
            System.out.println("read over");
            if (read != -1) {
                System.out.println("received data：" + new String(bytes, 0, read));
            }
            clientSocket.getOutputStream().write("HelloClient".getBytes());
            clientSocket.getOutputStream().flush();
        } catch (Exception e) {

        }
    }
}

上面的代码使用了线程池来处理客户端业务，整个代码有两步阻塞

一步主线程阻塞等待客户端连接
一步线程池的线程阻塞等待客户端传输数据准备好

其实第一步阻塞到没什么，作为一个服务没有客户的情况下不阻塞也无事可做，主要是第二个阻塞，上面代码线程池size是10，假如当前有10个客户端连接都不发送数据，那么10个线程都阻塞，此时再来一个客户端发送完数据也无法及时处理

假设现在有个澡堂子，一共雇佣10个搓澡工，BIO就好比来一个客人就分配一个搓澡师傅，这个师傅就死死盯着客人洗澡，啥时候洗澡完了就开始安排搓澡，如果十个客户在池子里洗澡洗不完，这时有11号客户来了，没有空闲的搓澡师傅(都在等待客户洗完澡)，那这个客户只能傻傻的等着，实际上十个搓澡工都没有实际干活，但却处于傻傻的等待不可用状态

解决思路

通过上面的例子可以看出，BIO的模型明显是反人类的，合理的工作流程是这样

10个搓澡师傅都待着，什么时候有人洗完澡了才分配搓澡师傅进行搓澡，这样搓澡师傅的工作更加合理，充分的压榨了搓澡师傅

客户只会因为搓澡师傅都在搓澡而等待，而不是因为搓澡师傅都在傻等而等待

这样设计显然更加合理，也更加符合现实的工作流程，相当于事件驱动，当发生洗完澡(接收到数据)事件后，再安排搓澡工(线程)进行处理

回到代码怎么才能做到以事件驱动呐？更确切的说，作为java代码，如何得知数据传输的事件发生呐？

显然java本身肯定是做不到的，我们可以想一下数据的来源，一个网络数据的传输，一台机器通过网线或无线等形式发送二进制数据到一台电脑，硬件的驱动必然能感知到，那么操作系统也一定能感知到，所以一个链接是否有数据传输，操作系统最知道！

epoll

linux 提供了epoll系列函数

man epoll

上层代码可以通过调用该系列函数订阅感兴趣的事件，后续即可感知到注册事件的发生，主要方法如下

epoll_create: 创建一个epoll实例
epoll_ctl: 订阅事件
epoll_wait: 阻塞等待订阅事件的发生

有个这系列函数，java代码就可以:

调用epoll_create创建一个epoll实例
调用epoll_ctl订阅可读事件(相当于有数据传输事件)
调用epoll_wait阻塞并等待时间发生

当然不能直接调用，而是调用底层C++再调用linux函数

NIO

有了操作系统的支持，java就可以实现一个不阻塞的IO服务，这就是NIO模型(Non Blocking IO)

JDK1.4开始引入java.nio包，在linux系统中底层就是使用epoll实现的(windows中基于winsock2，不开源)

先看一下NIO实现服务的代码

public class NioServer {

    public static void main(String[] args) throws IOException, InterruptedException {

        // 创建NIO ServerSocketChannel
        ServerSocketChannel serverSocket = ServerSocketChannel.open();
        serverSocket.socket().bind(new InetSocketAddress(9000));
        serverSocket.configureBlocking(false);
        // 打开Selector处理Channel，底层调用epoll_create
        Selector selector = Selector.open();
        // 把ServerSocketChannel注册到selector上，并且selector对客户端accept连接操作感兴趣，底层调用epoll_ctl
        serverSocket.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT);
        System.out.println("服务启动成功");

        while (true) {
            // 阻塞等待需要处理的事件发生，即调用epoll_wait
            selector.select();

            // 获取selector中注册的全部事件的 SelectionKey 实例
            Set<SelectionKey> selectionKeys = selector.selectedKeys();
            Iterator<SelectionKey> iterator = selectionKeys.iterator();

            // 遍历SelectionKey对事件进行处理
            while (iterator.hasNext()) {
                SelectionKey key = iterator.next();
                // 如果是OP_ACCEPT事件，则进行连接获取和事件注册
                if (key.isAcceptable()) {
                    ServerSocketChannel server = (ServerSocketChannel) key.channel();
                    SocketChannel socketChannel = server.accept();
                    socketChannel.configureBlocking(false);
                    // 这里只注册了读事件，如果需要给客户端发送数据可以注册写事件，底层调用epoll_ctl
                    socketChannel.register(selector, SelectionKey.OP_READ);
                    System.out.println("客户端连接成功");
                } else if (key.isReadable()) {  // 如果是OP_READ事件，则进行读取和打印
                    SocketChannel socketChannel = (SocketChannel) key.channel();
                    ByteBuffer byteBuffer = ByteBuffer.allocate(128);
                    int len = socketChannel.read(byteBuffer);
                    // 如果有数据，把数据打印出来
                    if (len > 0) {
                        System.out.println("接收到消息：" + new String(byteBuffer.array()));
                    } else if (len == -1) { // 如果客户端断开连接，关闭Socket
                        System.out.println("客户端断开连接");
                        socketChannel.close();
                    }
                }
                //从事件集合里删除本次处理的key，防止下次select重复处理
                iterator.remove();
            }
        }
    }
}

上面及是一个典型的NIO代码，其中(liunx中)：

Selector.open() 底层调用liunx的epoll_create
socketChannel.register(selector, SelectionKey.OP_READ)相当于调用liunx的epoll_ctl(实际上只是缓存起来，下一步再真正执行epoll_ctl)
selector.select() 底层调用epoll_wait，阻塞并等待订阅事件发生

总结

selector 是java.nio包中一个nio解决方案，主要可以实现

订阅IO事件，如连接事件和有数据传输事件
阻塞并等待任何订阅事件的发生

在linux内核中，selector就是对epoll函数的一种封装，或者说epoll是linux针对java selector的实现

Netty-理解selector是什么

BIO的弊端

解决思路

epoll

NIO

总结

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