netty补充NIO的SelectableChannel和Sel

2019-01-11 本文已影响15人勃列日涅夫

SelectableChannel作为nio选择器和通道的关键

先看官方描述

/**
 * A channel that can be multiplexed via a {@link Selector}.
 * <p> In order to be used with a selector, an instance of this class must
 * first be <i>registered</i> via the {@link #register(Selector,int,Object)
 * register} method.  This method returns a new {@link SelectionKey} object
 * that represents the channel's registration with the selector.
 *其他略。。。
 */

简单总结：

它通道的注册使用大致过程如下：

新建通道 open方法
SelectionKey key = channel.register(selector, SelectionKey.OP_READ);
将通道已经通道感兴趣的事件注册到选择器Selector上
通过SelectKey获得需要处理的通道，然后对通道进行处理
关闭一个已经注册的SelectableChannel需要两个步骤：
*上面channel的父类就是SelectableChannel了
它通道的取消大致过程如下：
取消注册的key，这个可以通过SelectionKey.cancel方法，也可以通过SelectableChannel.close方法，或者中断阻塞在该channel上的IO操作的线程来做到。
后续的Selector.selectXXX方法的调用才真正地关闭本地Socket。
因而，如果，如果在取消SelectionKey后没有调用到selector的select方法（因为Client一般在取消key后，我们都会终止调用select的循环，当然，server关闭一个注册的channel我们是不会终止select循环的），那么本地socket将进入CLOSE-WAIT 状态（等待本地Socket关闭）。简单的解决办法是在 SelectableChannel.close方法之后调用Selector.selectNow方法，类似:
Selector sel;
SocketChannel sch;
// …
sch.close();
sel.selectNow();
实现类

有关UDP协议的：DatagramChannel
有关SCTP协议的：SctpChannel、SctpMultiChannel、SctpServerChannel
[有关TCP协议的：ServerSocketChannel、SocketChannel
有关管道的：SinkChannel、SourceChannel这两个抽象类定义在java.nio.channels.Pipe类中
仅以SocketChannel和ServerSocketChannel分析提供如下类图：
SocketChannel和ServerSocketChannel，两者的父类是SelectableChannel，类图结构如下:
ServerSocketChannel的类图

图片.png

SocketChannel的类图

图片.png

SelectorProvider作为选择器的核心部分

顾名思义作为选择器的生产类，那么他是如何做到呢

通常我们使用Selector 创建一个新的选择器

Selector selector = Selector.open();
跟踪selector的源码如下:

    public static Selector open() throws IOException {
        return SelectorProvider.provider().openSelector();
    }

继续往下跟踪就是我们要介绍的关键了SelectorProvider.provider()

 public static SelectorProvider provider() {
        synchronized (lock) {
            if (provider != null)
                return provider;
//AccessController.doPrivileged属于特权操作，下面详说
            return AccessController.doPrivileged(
                new PrivilegedAction<SelectorProvider>() {
                    public SelectorProvider run() {
 //loadProviderFromProperty方法是通过JDK的参数//-Djava.nio.channels.spi.SelectorProvider=class设置的class来反射构造SelectorProvider
                            if (loadProviderFromProperty())
                                return provider;
//loadProviderAsService从jar中的目录META-INF/services配置文件中找参数//java.nio.channels.spi.SelectorProvider=class设置的第一个class来反射构造SelectorProvider
                            if (loadProviderAsService())
                                return provider;
//最后都没有则调用不同操作系统版本的JDK里自带的sun.nio.ch.DefaultSelectorProvider来创建SelectorProvider
                            provider = sun.nio.ch.DefaultSelectorProvider.create();
                            return provider;
                        }
                    });
        }
    }

先解释下AccessController访问控制类的三个功能

1、根据当前有效的安全策略，决定是允许还是拒绝对关键系统资源的访问，
2、将代码标记为“特权”，从而影响后续访问确定
3、获取当前调用上下文的“快照”，因此可以针对保存的上下文进行来自不同上下文的访问控制决策。

上面的特权操作主要使用了功能2，部分javadoc中伪代码如下：

//类注释
/**
 * somemethod() {
 *     ...normal code here...
 *     String user = AccessController.doPrivileged(
 *         new PrivilegedAction<String>() {
 *         public String run() {
 *             return System.getProperty("user.name");
 *             }
 *         });
 *     ...normal code here...
 * }}
* 其他略。。
**/
public final class AccessController {
//方法注释
 /**
     * Performs the specified {@code PrivilegedAction} with privileges
     * enabled. The action is performed with <i>all</i> of the permissions
     * possessed by the caller's protection domain.
     * 其他略。。
     */
//简言之就是让调用者有权执行方法代码中的action
    @CallerSensitive
    public static native <T> T doPrivileged(PrivilegedAction<T> action);
//其他略。。
}

总结SelectorProvider的创建分三步进行:
（1）由JDK的参数-Djava.nio.channels.spi.SelectorProvider=class设置的class来反射构造SelectorProvider，找不到就跳转到步骤（2）
（2）从jar中的目录META-INF/services配置文件中找参数java.nio.channels.spi.SelectorProvider=class设置的第一个class来反射构造SelectorProvider,找不到就跳转到步骤（3）
（3）调用不同操作系统版本的JDK里自带的sun.nio.ch.DefaultSelectorProvider来创建SelectorProvider
一般都会走到最后的步骤（3），而这个步骤里创建的SelectorProvider在各个操作系统对应的JDK里各不相同。sun.nio.ch.DefaultSelectorProvider这个类最终编译后放置在JDK的安装根目录下的jre/lib/rt.jar里。

该方法返回系统范围默认选择器提供程序，那么系统默认的选择器和系统有关吗，答案是肯定的

不通系统的DefaultSelectorProvider实现

Windows

public class DefaultSelectorProvider {
//
    public static SelectorProvider create() {
        return new WindowsSelectorProvider();
    }
}

public class DefaultSelectorProvider {
 public static SelectorProvider create()
  {
    return new KQueueSelectorProvider();
  }
}

Linux

public class DefaultSelectorProvider {
public static SelectorProvider create()
  {
    String str1 = (String)AccessController.doPrivileged(new GetPropertyAction("os.name"));
 
    if ("SunOS".equals(str1)) {
      return new DevPollSelectorProvider();
    }
 
    if ("Linux".equals(str1)) {
      String str2 = (String)AccessController.doPrivileged(new GetPropertyAction("os.version"));
      String[] arrayOfString = str2.split("\\.", 0);
      if (arrayOfString.length >= 2) {
        try {
          int i = Integer.parseInt(arrayOfString[0]);
          int j = Integer.parseInt(arrayOfString[1]);
          if ((i > 2) || ((i == 2) && (j >= 6))) {
            return new EPollSelectorProvider();
          }
        }
        catch (NumberFormatException localNumberFormatException)
        {
        }
      }
    }
    return new PollSelectorProvider();
  }
}

那么为什么会出现几种不同的实现方式呢?原因在于
不同操作系统的I/O多路复用选择器各自内核实现不同，目前有select、poll、epoll、kqueue四种实现

操作系统下JDK	JDK里SelectorProvider实现
windows JDK	sun.nio.cn.WindowsSelectorProvider
MAC JDK	sun.nio.ch.KQueueSelectorProvider
Linux JDK	1)os.name=SunOS时，sun.nio.ch.DevPollSelectorProvider 2)os.name=Linux并且os.version版本号中第一个版本大于2或者第一个版本号等于2且第二个版本大于6时， sun.nio.chEPollSelectorProvider Linux kernels 2.6内核版本及以后使用epoll进行支持； Linux kernels 2.6内核版本之前使用poll进行支持；比如Linux version 3.10.0-327.el7.x86_64就是用的

注操作系统的I/O多路复用可参考https://www.jianshu.com/p/db5da880154a

netty补充NIO的SelectableChannel和Sel

SelectableChannel作为nio选择器和通道的关键

SelectorProvider作为选择器的核心部分

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