• Netty源码分析：服务器启动跟踪，nioeventloop 剖析，accept、read 事件跟踪

    一、启动剖析

    Nio流程总览

    //1 netty 中使用 NioEventLoopGroup （简称 nio boss 线程）来封装线程和 selector
Selector selector = Selector.open(); 

//2 创建 NioServerSocketChannel，同时会初始化它关联的 handler，以及为原生 ssc 存储 config
NioServerSocketChannel attachment = new NioServerSocketChannel();

//3 创建 NioServerSocketChannel 时，创建了 java 原生的 ServerSocketChannel
ServerSocketChannel serverSocketChannel = ServerSocketChannel.open(); 
serverSocketChannel.configureBlocking(false);

//4 启动 nio boss 线程执行接下来的操作

//5 注册（仅关联 selector 和 NioServerSocketChannel），未关注事件
SelectionKey selectionKey = serverSocketChannel.register(selector, 0, attachment);

//6 head -> 初始化器 -> ServerBootstrapAcceptor -> tail，初始化器是一次性的，只为添加 acceptor

//7 绑定端口
serverSocketChannel.bind(new InetSocketAddress(8080));

//8 触发 channel active 事件，在 head 中关注 op_accept 事件
selectionKey.interestOps(SelectionKey.OP_ACCEPT);

    • 1
    • 2
    • 3
    • 4
    • 5
    • 6
    • 7
    • 8
    • 9
    • 10
    • 11
    • 12
    • 13
    • 14
    • 15
    • 16
    • 17
    • 18
    • 19
    • 20
    • 21
    • 22

    启动跟源码

    服务器入口 io.netty.bootstrap.ServerBootstrap#bind

    关键代码 io.netty.bootstrap.AbstractBootstrap#doBind

    private ChannelFuture doBind(final SocketAddress localAddress) {
	//1.执行 初始化
    //2.异步执行 注册
    final ChannelFuture regFuture = initAndRegister();
    final Channel channel = regFuture.channel();
    if (regFuture.cause() != null) {
        return regFuture;
    }
    
    //已经完成：
    if (regFuture.isDone()) {
        ChannelPromise promise = channel.newPromise();
        //3.立刻调用 doBind0
        doBind0(regFuture, channel, localAddress, promise);
        return promise;
    } 
    //没有完成：添加回调函数
    else {
        final PendingRegistrationPromise promise = new PendingRegistrationPromise(channel);
        regFuture.addListener(new ChannelFutureListener() {
            @Override
            public void operationComplete(ChannelFuture future) throws Exception {
                Throwable cause = future.cause();
                if (cause != null) {
                    promise.setFailure(cause);//处理异常...
                } else {
                    promise.registered();
					//3.由注册线程去执行 doBind0：绑定端口号、触发 active 事件、注册accept事件
                    doBind0(regFuture, channel, localAddress, promise);
                }
            }
        });
        return promise;
    }
}

    • 1
    • 2
    • 3
    • 4
    • 5
    • 6
    • 7
    • 8
    • 9
    • 10
    • 11
    • 12
    • 13
    • 14
    • 15
    • 16
    • 17
    • 18
    • 19
    • 20
    • 21
    • 22
    • 23
    • 24
    • 25
    • 26
    • 27
    • 28
    • 29
    • 30
    • 31
    • 32
    • 33
    • 34
    • 35

    关键代码 io.netty.bootstrap.AbstractBootstrap#initAndRegister

    //1.执行 初始化
//2.异步执行 注册
final ChannelFuture initAndRegister() {
    Channel channel = null;
    try {
        //1 初始化
        //1.1 创建 NioServerSocketChannel
        channel = channelFactory.newChannel();
        //1.2 给 NioServerSocketChannel 添加一个初始化器 ChannelInitializer
        init(channel);
    } catch (Throwable t) { // 处理异常...
        return new DefaultChannelPromise(new FailedChannel(), GlobalEventExecutor.INSTANCE).setFailure(t);
    }

    //2 注册：将原生 channel 注册到 selector 上
    ChannelFuture regFuture = config().group().register(channel);
    if (regFuture.cause() != null) { // 处理异常...
    }
    return regFuture;
}

    • 1
    • 2
    • 3
    • 4
    • 5
    • 6
    • 7
    • 8
    • 9
    • 10
    • 11
    • 12
    • 13
    • 14
    • 15
    • 16
    • 17
    • 18
    • 19
    • 20

    关键代码 io.netty.bootstrap.ServerBootstrap#init

    //1.2 给 NioServerSocketChannel 添加一个初始化器 ChannelInitializer
void init(Channel channel) throws Exception {
    final Map<ChannelOption<?>, Object> options = options0();
    synchronized (options) {
        setChannelOptions(channel, options, logger);
    }

    final Map<AttributeKey<?>, Object> attrs = attrs0();
    synchronized (attrs) {
        for (Entry<AttributeKey<?>, Object> e: attrs.entrySet()) {
            @SuppressWarnings("unchecked")
            AttributeKey<Object> key = (AttributeKey<Object>) e.getKey();
            channel.attr(key).set(e.getValue());
        }
    }

    ChannelPipeline p = channel.pipeline();

    final EventLoopGroup currentChildGroup = childGroup;
    final ChannelHandler currentChildHandler = childHandler;
    final Entry<ChannelOption<?>, Object>[] currentChildOptions;
    final Entry<AttributeKey<?>, Object>[] currentChildAttrs;
    synchronized (childOptions) {
        currentChildOptions = childOptions.entrySet().toArray(newOptionArray(0));
    }
    synchronized (childAttrs) {
        currentChildAttrs = childAttrs.entrySet().toArray(newAttrArray(0));
    }
	
    //1.2 为 NioServerSocketChannel 添加初始化器：初始化器什么时候执行？
    p.addLast(new ChannelInitializer<Channel>() {
        @Override
        public void initChannel(final Channel ch) throws Exception {
            final ChannelPipeline pipeline = ch.pipeline();
            ChannelHandler handler = config.handler();
            if (handler != null) {
                pipeline.addLast(handler);
            }

            //1.2.1 初始化器的职责：将 ServerBootstrapAcceptor 加入至 NioServerSocketChannel
            ch.eventLoop().execute(new Runnable() {
                @Override
                public void run() {
                    pipeline.addLast(new ServerBootstrapAcceptor(
                            ch, currentChildGroup, currentChildHandler, currentChildOptions, currentChildAttrs));
                }
            });
        }
    });
}

    • 1
    • 2
    • 3
    • 4
    • 5
    • 6
    • 7
    • 8
    • 9
    • 10
    • 11
    • 12
    • 13
    • 14
    • 15
    • 16
    • 17
    • 18
    • 19
    • 20
    • 21
    • 22
    • 23
    • 24
    • 25
    • 26
    • 27
    • 28
    • 29
    • 30
    • 31
    • 32
    • 33
    • 34
    • 35
    • 36
    • 37
    • 38
    • 39
    • 40
    • 41
    • 42
    • 43
    • 44
    • 45
    • 46
    • 47
    • 48
    • 49
    • 50

    关键代码 io.netty.channel.AbstractChannel.AbstractUnsafe#register：

    • ServerBootStrap—>eventLoopGroup—>eventLoop—>Channel
    //2 注册：切换线程，并将原生 channel 注册到 selector 上
public final void register(EventLoop eventLoop, final ChannelPromise promise) {
    // 一些检查...
    AbstractChannel.this.eventLoop = eventLoop;

    if (eventLoop.inEventLoop()) { //是否是EventLoop线程
        register0(promise);
    } else {
        try {
            //2.1 切换线程
            // 首次执行 execute 方法时：才启动 nio 线程，之后注册等操作在 nio 线程上执行
            // 因为只有一个 NioServerSocketChannel 因此，也只会有一个 boss nio 线程
            eventLoop.execute(new Runnable() {
                @Override
                public void run() {
                    //2.2 将原生 channel 注册到 selector 上
                    register0(promise);
                }
            });
        } catch (Throwable t) {
            // 日志记录...
            closeForcibly();
            closeFuture.setClosed();
            safeSetFailure(promise, t);
        }
    }
}

    • 1
    • 2
    • 3
    • 4
    • 5
    • 6
    • 7
    • 8
    • 9
    • 10
    • 11
    • 12
    • 13
    • 14
    • 15
    • 16
    • 17
    • 18
    • 19
    • 20
    • 21
    • 22
    • 23
    • 24
    • 25
    • 26
    • 27

    io.netty.channel.AbstractChannel.AbstractUnsafe#register0

    //2.2 将原生 channel 注册到 selector 上
private void register0(ChannelPromise promise) {
    try {
        if (!promise.setUncancellable() || !ensureOpen(promise)) {
            return;
        }
        boolean firstRegistration = neverRegistered;
        // 2.2.1 原生的 nio channel 绑定到 selector 上，注意此时没有注册 selector 关注事件，附件为 NioServerSocketChannel
        //this.selectionKey = this.javaChannel().register(this.eventLoop().unwrappedSelector(), 0, this);
        doRegister();
        neverRegistered = false;
        registered = true;

        // 2.2.2 执行 NioServerSocketChannel 初始化器的 initChannel，回到 1.2
        pipeline.invokeHandlerAddedIfNeeded();

        // 2.2.3 设置initAndRegister()执行结果，回到 3.绑定端口号、注册accept事件
        safeSetSuccess(promise);
        pipeline.fireChannelRegistered();
        
        if (isActive()) {// 对应 server socket channel 还未绑定，isActive 为 false
            if (firstRegistration) {
                pipeline.fireChannelActive();
            } else if (config().isAutoRead()) {
                beginRead();
            }
        }
    } catch (Throwable t) {
        closeForcibly();
        closeFuture.setClosed();
        safeSetFailure(promise, t);
    }
}

    • 1
    • 2
    • 3
    • 4
    • 5
    • 6
    • 7
    • 8
    • 9
    • 10
    • 11
    • 12
    • 13
    • 14
    • 15
    • 16
    • 17
    • 18
    • 19
    • 20
    • 21
    • 22
    • 23
    • 24
    • 25
    • 26
    • 27
    • 28
    • 29
    • 30
    • 31
    • 32
    • 33

    关键代码 io.netty.bootstrap.AbstractBootstrap#doBind0

    //3.绑定端口号、触发 active 事件、注册accept事件
private static void doBind0(
        final ChannelFuture regFuture, final Channel channel,
        final SocketAddress localAddress, final ChannelPromise promise) {

    channel.eventLoop().execute(new Runnable() {
        @Override
        public void run() {
            if (regFuture.isSuccess()) {
                channel.bind(localAddress, promise).addListener(ChannelFutureListener.CLOSE_ON_FAILURE);
            } else {
                promise.setFailure(regFuture.cause());
            }
        }
    });
}

    • 1
    • 2
    • 3
    • 4
    • 5
    • 6
    • 7
    • 8
    • 9
    • 10
    • 11
    • 12
    • 13
    • 14
    • 15
    • 16

    关键代码 io.netty.channel.AbstractChannel.AbstractUnsafe#bind

    //3.绑定端口号、触发 active 事件、注册accept事件
public final void bind(final SocketAddress localAddress, final ChannelPromise promise) {
    assertEventLoop();

    if (!promise.setUncancellable() || !ensureOpen(promise)) {
        return;
    }

    if (Boolean.TRUE.equals(config().getOption(ChannelOption.SO_BROADCAST)) &&
        localAddress instanceof InetSocketAddress &&
        !((InetSocketAddress) localAddress).getAddress().isAnyLocalAddress() &&
        !PlatformDependent.isWindows() && !PlatformDependent.maybeSuperUser()) {// 记录日志...
    }

    boolean wasActive = isActive();
    try {
        //3.1 ServerSocketChannel 绑定端口
        doBind(localAddress);
    } catch (Throwable t) {
        safeSetFailure(promise, t);
        closeIfClosed();
        return;
    }

    if (!wasActive && isActive()) {
        invokeLater(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                //3.2 触发 active 事件、注册accept事件
                pipeline.fireChannelActive();
            }
        });
    }

    safeSetSuccess(promise);
}

    • 1
    • 2
    • 3
    • 4
    • 5
    • 6
    • 7
    • 8
    • 9
    • 10
    • 11
    • 12
    • 13
    • 14
    • 15
    • 16
    • 17
    • 18
    • 19
    • 20
    • 21
    • 22
    • 23
    • 24
    • 25
    • 26
    • 27
    • 28
    • 29
    • 30
    • 31
    • 32
    • 33
    • 34
    • 35
    • 36

    关键代码 io.netty.channel.socket.nio.NioServerSocketChannel#doBind

    //3.1 ServerSocketChannel 绑定端口
protected void doBind(SocketAddress localAddress) throws Exception {
    if (PlatformDependent.javaVersion() >= 7) {
        javaChannel().bind(localAddress, config.getBacklog());
    } else {
        javaChannel().socket().bind(localAddress, config.getBacklog());
    }
}

    • 1
    • 2
    • 3
    • 4
    • 5
    • 6
    • 7
    • 8

    关键代码 io.netty.channel.DefaultChannelPipeline.HeadContext#channelActive

    //3.2 触发 active 事件、注册accept事件
public void channelActive(ChannelHandlerContext ctx) {
    //3.2.1 触发 active 事件
    ctx.fireChannelActive(); 
	//3.2.2 注册accept事件
    readIfIsAutoRead();
}

    • 1
    • 2
    • 3
    • 4
    • 5
    • 6
    • 7

    关键代码 io.netty.channel.nio.AbstractNioChannel#doBeginRead

    //3.2.2 注册accept事件
protected void doBeginRead() throws Exception {
    // Channel.read() or ChannelHandlerContext.read() was called
    final SelectionKey selectionKey = this.selectionKey;
    if (!selectionKey.isValid()) {
        return;
    }

    readPending = true;

    final int interestOps = selectionKey.interestOps();
    // readInterestOp 取值是 16，在 NioServerSocketChannel 创建时初始化好，代表关注 accept 事件
    if ((interestOps & readInterestOp) == 0) {
        selectionKey.interestOps(interestOps | readInterestOp);
    }
}

    • 1
    • 2
    • 3
    • 4
    • 5
    • 6
    • 7
    • 8
    • 9
    • 10
    • 11
    • 12
    • 13
    • 14
    • 15
    • 16

    二、NioEventLoop 剖析

    NioEventLoop 线程不仅要处理 IO 事件，还要处理 Task（包括普通任务和定时任务），

    • selector：unwrappedSelector（Selector）、selector（SelectedSelectionKeySetSelector）
    • 线程：thread（由executor中唯一的线程赋值）、executor（Executor）
    • 任务队列：taskQueue（Queue）、scheduledTaskQueue（PriorityQueue>）

    1）何时创建selector

    • 在构造方法调用时创建
    /**
 * io.netty.channel.nio.NioEventLoop#NioEventLoop
 */
NioEventLoop(NioEventLoopGroup parent, Executor executor, SelectorProvider selectorProvider, SelectStrategy strategy, RejectedExecutionHandler rejectedExecutionHandler, EventLoopTaskQueueFactory queueFactory) {
        super(parent, executor, false, newTaskQueue(queueFactory), newTaskQueue(queueFactory), rejectedExecutionHandler);
        if (selectorProvider == null) {
            throw new NullPointerException("selectorProvider");
        } else if (strategy == null) {
            throw new NullPointerException("selectStrategy");
        } else {
            this.provider = selectorProvider;
            //在构造方法调用时创建：赋值给unwrappedSelector
            NioEventLoop.SelectorTuple selectorTuple = this.openSelector();
            this.selector = selectorTuple.selector;
            this.unwrappedSelector = selectorTuple.unwrappedSelector;
            this.selectStrategy = strategy;
        }
    }

    • 1
    • 2
    • 3
    • 4
    • 5
    • 6
    • 7
    • 8
    • 9
    • 10
    • 11
    • 12
    • 13
    • 14
    • 15
    • 16
    • 17
    • 18

    2）为什么会有两个selector

    • unwrappedSelector：原始的Selector，将 selectedKeys属性 的Set实现改为了数组（SelectedSelectionKeySet ）的实现
    • selector：SelectedSelectionKeySetSelector 实例，内部包装了 unwrappedSelector 、SelectedSelectionKeySet 数组
    /**
 * io.netty.channel.nio.NioEventLoop#NioEventLoop
 */
NioEventLoop(NioEventLoopGroup parent, Executor executor, SelectorProvider selectorProvider, SelectStrategy strategy, RejectedExecutionHandler rejectedExecutionHandler, EventLoopTaskQueueFactory queueFactory) {
    //1.获取两个Selector
    NioEventLoop.SelectorTuple selectorTuple = this.openSelector();
    //2.赋值
    this.selector = selectorTuple.selector;
    this.unwrappedSelector = selectorTuple.unwrappedSelector;
}
	//1.获取两个Selector
	private NioEventLoop.SelectorTuple openSelector() {
        //引用 unwrappedSelector 中的 selectedKeySet
        this.selectedKeys = selectedKeySet;
	    //...改为了数组实现：数组实现可以提高遍历性能（原本为 HashSet）
	    return new NioEventLoop.SelectorTuple(
	        //原始的Selector
	        unwrappedSelector, 
	        //包装后的Selector
	        new SelectedSelectionKeySetSelector(unwrappedSelector, selectedKeySet)
	    );
	}

    • 1
    • 2
    • 3
    • 4
    • 5
    • 6
    • 7
    • 8
    • 9
    • 10
    • 11
    • 12
    • 13
    • 14
    • 15
    • 16
    • 17
    • 18
    • 19
    • 20
    • 21
    • 22

    3）thread何时启动

    • 首次调用 execute 方法时,将 executor 中唯一的线程赋值给 thread

    • 执行该线程任务，任务为死循环，不断查看是否有任务（调用selector.select(timeoutMills)）

      /**
 * io.netty.util.concurrent.SingleThreadEventExecutor#execute
 */
public void execute(Runnable task) 
    // 添加任务，其中队列使用了 jctools 提供的 mpsc 无锁队列
    this.addTask(task);
	//1.首次调用，启动线程
    this.startThread();
	//2.添加任务后执行wakeup
	if (!this.addTaskWakesUp && this.wakesUpForTask(task)) {
	    this.wakeup(inEventLoop);
	}
}
	//1.首次调用，启动线程
    private void startThread() {
        this.doStartThread();
    }
    	private void doStartThread() {
       		this.executor.execute(new Runnable() {
                //1.将 executor 中唯一的线程赋值给 thread
                SingleThreadEventExecutor.this.thread = Thread.currentThread();
                //2.执行该线程的 run 方法，进入死循环
                SingleThreadEventExecutor.this.run();
            }     
    	}
    				//2.执行thread任务：执行死循环，不断看有没有新任务、IO 事件 。循环+阻塞
    				protected void run() {
    				    while(true) {
    				        while(true) {
    				            while(true) {
    				                try {
    				                    try {
    				                        switch() {
    				                        case -3:
    				                        case -1:
    				                            //1.调用select
    				                            this.select(this.wakenUp.getAndSet(false));
    				                            if (this.wakenUp.get()) {
    				                                this.selector.wakeup();
    				                            }
    				                            break;
    				                        case -2:
    				                            continue;
    				                        }
    				                    }
                                        //...执行任务
    				                } 
    				            }
    				        }
    				    }
    				}
					    //1.调用select
					    private void select(boolean oldWakenUp) throws IOException {
					        try {
					            while(true) {
					                //2.阻塞
					                int selectedKeys = selector.select(timeoutMillis);
					            }
					        } catch (CancelledKeyException var13) {}
					    }

      • 1
      • 2
      • 3
      • 4
      • 5
      • 6
      • 7
      • 8
      • 9
      • 10
      • 11
      • 12
      • 13
      • 14
      • 15
      • 16
      • 17
      • 18
      • 19
      • 20
      • 21
      • 22
      • 23
      • 24
      • 25
      • 26
      • 27
      • 28
      • 29
      • 30
      • 31
      • 32
      • 33
      • 34
      • 35
      • 36
      • 37
      • 38
      • 39
      • 40
      • 41
      • 42
      • 43
      • 44
      • 45
      • 46
      • 47
      • 48
      • 49
      • 50
      • 51
      • 52
      • 53
      • 54
      • 55
      • 56
      • 57
      • 58
      • 59
      • 60

    4）普通任务会不会结束 select 阻塞

    • 会。非Nio线程每次调用 execute 方法后，会执行一次 wakeup

      /**
 * io.netty.util.concurrent.SingleThreadEventExecutor#execute
 */
public void execute(Runnable task) 
    this.addTask(task);
    this.startThread();
	//1.添加任务后执行wakeup
	if (!this.addTaskWakesUp && this.wakesUpForTask(task)) {
	    this.wakeup(inEventLoop);
	}
}
    protected void wakeup(boolean inEventLoop) {
        // 如果线程由于 IO select 阻塞了，添加的任务的线程需要负责唤醒 NioEventLoop 线程
        if (!inEventLoop && this.wakenUp.compareAndSet(false, true)) {
            this.selector.wakeup();
        }
    }

      • 1
      • 2
      • 3
      • 4
      • 5
      • 6
      • 7
      • 8
      • 9
      • 10
      • 11
      • 12
      • 13
      • 14
      • 15
      • 16
      • 17

    5）普通任务 wakeup 理解

    /**
 * io.netty.channel.nio.NioEventLoop#wakeup
 */
protected void wakeup(boolean inEventLoop) {
    //1.提交任务的线程不是Nio线程才会进入if块
    //2.保证多个非Nio线程同时提交任务后只唤醒一次
    if (!inEventLoop && this.wakenUp.compareAndSet(false, true)) {
        this.selector.wakeup();
    }
}

    • 1
    • 2
    • 3
    • 4
    • 5
    • 6
    • 7
    • 8
    • 9
    • 10

    6）thread什么时候 select

    • 没有任务时：返回-1，进入阻塞逻辑
    • 有任务时：调用 selectNow(返回0-…) 顺便拿到io 事件，执行任务
    /**
 * io.netty.channel.nio.NioEventLoop#run
 */
//执行死循环，不断看有没有新任务、IO 事件 。循环+阻塞
protected void run() {
    while(true) {
        while(true) {
            while(true) {
                try {
                    try {
                        //1.当返回-1时进入阻塞逻辑
                        switch(this.selectStrategy.calculateStrategy(this.selectNowSupplier, this.hasTasks())) {
                        case -3:
                        case -1:
                            //进入 select 逻辑
                            this.select(this.wakenUp.getAndSet(false));
                            if (this.wakenUp.get()) {
                                this.selector.wakeup();
                            }
                            break;
                        case -2:
                            continue;
                        }
                    }
                    //...执行任务
                } 
            }
        }
    }
}
	//1.没有任务时返回-1，进入阻塞逻辑
    public int calculateStrategy(IntSupplier selectSupplier, boolean hasTasks) throws Exception {
        return hasTasks ? selectSupplier.get() : -1;
    } 
		//2.有任务时调用 selectNow(返回0-...) 顺便拿到io 事件
    	private final IntSupplier selectNowSupplier = new IntSupplier() {
    	    public int get() throws Exception {
    	        return NioEventLoop.this.selectNow();
    	    }
    	};

    • 1
    • 2
    • 3
    • 4
    • 5
    • 6
    • 7
    • 8
    • 9
    • 10
    • 11
    • 12
    • 13
    • 14
    • 15
    • 16
    • 17
    • 18
    • 19
    • 20
    • 21
    • 22
    • 23
    • 24
    • 25
    • 26
    • 27
    • 28
    • 29
    • 30
    • 31
    • 32
    • 33
    • 34
    • 35
    • 36
    • 37
    • 38
    • 39
    • 40

    7）select 阻塞多久

    • 超时时间：（1s+0.5ms）/1ms = 1000ms
    • 退出阻塞：到达截至时间（1s）、存在普通任务、发生io事件、被唤醒、被打断
    /**
 *	io.netty.channel.nio.NioEventLoop#select
 */
//进入 select 逻辑
private void select(boolean oldWakenUp) throws IOException {
    //1.获取当前时间
    long currentTimeNanos = System.nanoTime();
    //2.没有定时任务，截至时间：当前时间 + 1s
    //2.存在定时任务，截至时间：下一个定时任务执行时间 - 当前时间
    long selectDeadLineNanos = currentTimeNanos + this.delayNanos(currentTimeNanos);
    //截至时间不变，当前时间改变
    while(true) {
        //3.超时时间：（1s+0.0005s）/1ms = 1000ms
        long timeoutMillis = (selectDeadLineNanos - currentTimeNanos + 500000L) / 1000000L;
        //到达截至时间：退出阻塞
        if (timeoutMillis <= 0L) {
            if (selectCnt == 0) {
                selector.selectNow();
                selectCnt = 1;
            }
            break;
        }
        //有普通任务：退出阻塞。如果没这个判断，那么任务就会等到下次 select 超时时才能被执行
        if (this.hasTasks() && this.wakenUp.compareAndSet(false, true)) {
            selector.selectNow();
            selectCnt = 1;
            break;
        }
        int selectedKeys = selector.select(timeoutMillis);
        //醒来后，有 IO 事件、非 EventLoop 线程唤醒、有任务：退出阻塞
        if (selectedKeys != 0 || oldWakenUp || this.wakenUp.get() || this.hasTasks() || this.hasScheduledTasks()) {
                    break;
        }
        
        long time = System.nanoTime();
        currentTimeNanos = time;
    }
}
	//2.获取截至时间
    protected long delayNanos(long currentTimeNanos) {
        ScheduledFutureTask<?> scheduledTask = this.peekScheduledTask(); //不考虑
        return scheduledTask == null ? SCHEDULE_PURGE_INTERVAL : scheduledTask.delayNanos(currentTimeNanos);
    }
		static {
        	SCHEDULE_PURGE_INTERVAL = TimeUnit.SECONDS.toNanos(1L);
    	}

    • 1
    • 2
    • 3
    • 4
    • 5
    • 6
    • 7
    • 8
    • 9
    • 10
    • 11
    • 12
    • 13
    • 14
    • 15
    • 16
    • 17
    • 18
    • 19
    • 20
    • 21
    • 22
    • 23
    • 24
    • 25
    • 26
    • 27
    • 28
    • 29
    • 30
    • 31
    • 32
    • 33
    • 34
    • 35
    • 36
    • 37
    • 38
    • 39
    • 40
    • 41
    • 42
    • 43
    • 44
    • 45
    • 46

    8）BUG解决：select空轮询

    • BUG解释：即 select 不阻塞（jdk 在linux中才会出现）
    • BUG解决：空轮询超过阈值（默认512），重建、替换旧的 selector，并退出阻塞
    /**
 *	io.netty.channel.nio.NioEventLoop#select
 */
private void select(boolean oldWakenUp) throws IOException {
    try {
        int selectCnt = 0;
        //1.循环+阻塞：如果出现bug没阻塞即空轮询，则 selectCnt++
        while(true) {
            int selectedKeys = selector.select(timeoutMillis);
            ++selectCnt;
            //2.selectCnt超出阈值：重建并替换旧的 selector，退出阻塞
            else if (SELECTOR_AUTO_REBUILD_THRESHOLD > 0 && selectCnt >= SELECTOR_AUTO_REBUILD_THRESHOLD) {
                selector = this.selectRebuildSelector(selectCnt);
                selectCnt = 1;
                break;
            }
        }
    } 
}
static {
    //3.阈值默认值：512
    int selectorAutoRebuildThreshold = SystemPropertyUtil.getInt("io.netty.selectorAutoRebuildThreshold", 512);
    if (selectorAutoRebuildThreshold < 3) {
        selectorAutoRebuildThreshold = 0;
    }
    SELECTOR_AUTO_REBUILD_THRESHOLD = selectorAutoRebuildThreshold;
}

    • 1
    • 2
    • 3
    • 4
    • 5
    • 6
    • 7
    • 8
    • 9
    • 10
    • 11
    • 12
    • 13
    • 14
    • 15
    • 16
    • 17
    • 18
    • 19
    • 20
    • 21
    • 22
    • 23
    • 24
    • 25
    • 26
    • 27

    9）thread 执行任务

    • 有多少任务执行多少任务
    • 按时间比例执行任务
      • 各占50%：io任务执行多久，普通任务就执行多久
    /**
 *	io.netty.channel.nio.NioEventLoop#run
 */
//设置执行io任务的时间比例50%
private volatile int ioRatio = 50;
//执行死循环，不断看有没有新任务、IO 事件 。循环+阻塞
protected void run() {
    while(true) {
        while(true) {
            while(true) {
                try {
                    int ioRatio = this.ioRatio;
                    //1.比例设置为 100：则时间分配无效，该次循环存在多少任务执行多少任务
                    if (ioRatio == 100) {
                        try {
                            this.processSelectedKeys();
                        } finally {
                            this.runAllTasks();
                        }
                    } 
                    //2.按时间比例执行任务
                    else {
                        long ioStartTime = System.nanoTime();
                        boolean var14 = false;
                        try {
                            var14 = true;
                            this.processSelectedKeys();
                            var14 = false;
                        } finally {
                            if (var14) {
                                long ioTime = System.nanoTime() - ioStartTime;、
                                this.runAllTasks(ioTime * (long)(100 - ioRatio) / (long)ioRatio);
                            }
                        }
                        //2.1 获取 io任务 执行所用时间
                        //2.2 执行普通任务：所用时间与 io任务 相同
                        long ioTime = System.nanoTime() - ioStartTime;
                        this.runAllTasks(ioTime * (long)(100 - ioRatio) / (long)ioRatio);
                    }
                }
            }
        }
    }
}

    • 1
    • 2
    • 3
    • 4
    • 5
    • 6
    • 7
    • 8
    • 9
    • 10
    • 11
    • 12
    • 13
    • 14
    • 15
    • 16
    • 17
    • 18
    • 19
    • 20
    • 21
    • 22
    • 23
    • 24
    • 25
    • 26
    • 27
    • 28
    • 29
    • 30
    • 31
    • 32
    • 33
    • 34
    • 35
    • 36
    • 37
    • 38
    • 39
    • 40
    • 41
    • 42
    • 43
    • 44

    10）区分不同事件

    /**
 *	io.netty.channel.nio.NioEventLoop#run
 */
//1.执行io任务
protected void run() {
    while(true) {
        while(true) {
            while(true) {
                try {
                    else {
                        try {
                            this.processSelectedKeys();
                        }
                    }
                }
            }
        }
    }
}
    private void processSelectedKeys() {
        //2.如果selectedKeySet已替换为数组实现
        //数组实现可以提高遍历性能（原本为 HashSet）
        if (this.selectedKeys != null) {
            this.processSelectedKeysOptimized();
        }
    }
    	private void processSelectedKeysOptimized() {
    	    for(int i = 0; i < this.selectedKeys.size; ++i) {
    	        SelectionKey k = this.selectedKeys.keys[i];
    	        this.selectedKeys.keys[i] = null;
    	        //3.获得事件相关的 Channel
    	        Object a = k.attachment();
    	        if (a instanceof AbstractNioChannel) {
    	            this.processSelectedKey(k, (AbstractNioChannel)a);
    	        } 
    	    }
    	}
			//4.根据事件类型执行任务
    		private void processSelectedKey(SelectionKey k, AbstractNioChannel ch) {
    		    NioUnsafe unsafe = ch.unsafe();
    		    if (!k.isValid()) {}
    		    //key有效
    		    else {
    		        try {
    		            int readyOps = k.readyOps();
                        //连接事件
    		            if ((readyOps & 8) != 0) {
    		                int ops = k.interestOps();
    		                ops &= -9;
    		                k.interestOps(ops);
    		                unsafe.finishConnect();
    		            }
                        //可写事件
    		            if ((readyOps & 4) != 0) {
    		                ch.unsafe().forceFlush();
    		            }
                        //可读、可接入事件
    		            if ((readyOps & 17) != 0 || readyOps == 0) {
                            // 如果是可接入 io.netty.channel.nio.AbstractNioMessageChannel.NioMessageUnsafe#read
            				// 如果是可读 io.netty.channel.nio.AbstractNioByteChannel.NioByteUnsafe#read
    		                unsafe.read();
    		            }
    		        }
    		    }
    		}

    • 1
    • 2
    • 3
    • 4
    • 5
    • 6
    • 7
    • 8
    • 9
    • 10
    • 11
    • 12
    • 13
    • 14
    • 15
    • 16
    • 17
    • 18
    • 19
    • 20
    • 21
    • 22
    • 23
    • 24
    • 25
    • 26
    • 27
    • 28
    • 29
    • 30
    • 31
    • 32
    • 33
    • 34
    • 35
    • 36
    • 37
    • 38
    • 39
    • 40
    • 41
    • 42
    • 43
    • 44
    • 45
    • 46
    • 47
    • 48
    • 49
    • 50
    • 51
    • 52
    • 53
    • 54
    • 55
    • 56
    • 57
    • 58
    • 59
    • 60
    • 61
    • 62
    • 63
    • 64
    • 65

    ⚠️ 注意

    这里有个费解的地方就是 wakeup，它既可以由提交任务的线程来调用（比较好理解），也可以由 EventLoop 线程来调用（比较费解），这里要知道 wakeup 方法的效果：

    • 由非 EventLoop 线程调用，会唤醒当前在执行 select 阻塞的 EventLoop 线程
    • 由 EventLoop 自己调用，本次的 wakeup 会取消下一次的 select 操作

    在这里插入图片描述

    三、accept 剖析

    nio 流程总览

    //1 阻塞直到事件发生
selector.select();

Iterator<SelectionKey> iter = selector.selectedKeys().iterator();
while (iter.hasNext()) {    
    //2 拿到一个事件
    SelectionKey key = iter.next();
    
    //3 如果是 accept 事件
    if (key.isAcceptable()) {
        
        //4 执行 accept
        SocketChannel channel = serverSocketChannel.accept();
        channel.configureBlocking(false);
        
        //5 关注 read 事件
        channel.register(selector, SelectionKey.OP_READ);
    }
    // ...
}

    • 1
    • 2
    • 3
    • 4
    • 5
    • 6
    • 7
    • 8
    • 9
    • 10
    • 11
    • 12
    • 13
    • 14
    • 15
    • 16
    • 17
    • 18
    • 19
    • 20

    启动跟源码

    服务器入口io.netty.channel.nio.NioEventLoop#processSelectedKey

    /**
 * io.netty.channel.nio.AbstractNioMessageChannel.NioMessageUnsafe#read
 */
public void read() {
    try {
        try {
            do {
                //1.ServerScoketChannel 执行 accept 创建 SocketChannel
				//2.将 SocketChannel 包装为 NioSocketChannel、设置非阻塞，然后将 SocketChannel 作为消息放入 readBuf
                int localRead = doReadMessages(readBuf);
                if (localRead == 0) {
                    break;
                }
                if (localRead < 0) {
                    closed = true;
                    break;
                }
				// localRead 为 1，就一条消息，即接收一个客户端连接
                allocHandle.incMessagesRead(localRead);
            } while (allocHandle.continueReading());
        } catch (Throwable t) {
            exception = t;
        }

        int size = readBuf.size();
        for (int i = 0; i < size; i ++) {
            readPending = false;
            //3.进入 NioServerSocketChannel 的流水线：
            // 触发 read 事件，让 pipeline 上的 handler 处理
            pipeline.fireChannelRead(readBuf.get(i));
        }
        readBuf.clear();
        allocHandle.readComplete();
        pipeline.fireChannelReadComplete();

        if (exception != null) {
            closed = closeOnReadError(exception);

            pipeline.fireExceptionCaught(exception);
        }

        if (closed) {
            inputShutdown = true;
            if (isOpen()) {
                close(voidPromise());
            }
        }
    } finally {
        if (!readPending && !config.isAutoRead()) {
            removeReadOp();
        }
    }
}
	//1.
	//2.
	protected int doReadMessages(List<Object> buf) throws Exception {
        //1.ServerScoketChannel 执行 accept 创建 SocketChannel
        SocketChannel ch = SocketUtils.accept(this.javaChannel());
        try {
            if (ch != null) {
                //2.将 SocketChannel 包装为 NioSocketChannel、设置非阻塞，然后将 SocketChannel 作为消息放入 readBuf
                buf.add(new NioSocketChannel(this, ch));
                return 1;
            }
        }
        return 0;
    }
		//1.ServerScoketChannel 执行 accept 创建 SocketChannel
    	public static SocketChannel accept(final ServerSocketChannel serverSocketChannel) throws IOException {
    	    try {
    	        return (SocketChannel)AccessController.doPrivileged(new PrivilegedExceptionAction<SocketChannel>() {
    	            public SocketChannel run() throws IOException {
    	                return serverSocketChannel.accept();
    	            }
    	        });
    	    }
    	}

    • 1
    • 2
    • 3
    • 4
    • 5
    • 6
    • 7
    • 8
    • 9
    • 10
    • 11
    • 12
    • 13
    • 14
    • 15
    • 16
    • 17
    • 18
    • 19
    • 20
    • 21
    • 22
    • 23
    • 24
    • 25
    • 26
    • 27
    • 28
    • 29
    • 30
    • 31
    • 32
    • 33
    • 34
    • 35
    • 36
    • 37
    • 38
    • 39
    • 40
    • 41
    • 42
    • 43
    • 44
    • 45
    • 46
    • 47
    • 48
    • 49
    • 50
    • 51
    • 52
    • 53
    • 54
    • 55
    • 56
    • 57
    • 58
    • 59
    • 60
    • 61
    • 62
    • 63
    • 64
    • 65
    • 66
    • 67
    • 68
    • 69
    • 70
    • 71
    • 72
    • 73
    • 74
    • 75
    • 76
    • 77

    关键代码 io.netty.bootstrap.ServerBootstrap.ServerBootstrapAcceptor#channelRead

    //3.进入 NioServerSocketChannel 的流水线
public void channelRead(ChannelHandlerContext ctx, Object msg) {
    
    final Channel child = (Channel) msg; // 这时的 msg 是 NioSocketChannel

    child.pipeline().addLast(childHandler); // NioSocketChannel 添加  childHandler 即初始化器

    setChannelOptions(child, childOptions, logger); // 设置选项

    for (Entry<AttributeKey<?>, Object> e: childAttrs) {
        child.attr((AttributeKey<Object>) e.getKey()).set(e.getValue());
    }

    try {
        //4.将 NioSocketChannel 注册到新的 NioEventLoop 线程中
        childGroup.register(child).addListener(new ChannelFutureListener() {
            @Override
            public void operationComplete(ChannelFuture future) throws Exception {
                if (!future.isSuccess()) {
                    forceClose(child, future.cause());
                }
            }
        });
    } catch (Throwable t) {
        forceClose(child, t);
    }
}

    • 1
    • 2
    • 3
    • 4
    • 5
    • 6
    • 7
    • 8
    • 9
    • 10
    • 11
    • 12
    • 13
    • 14
    • 15
    • 16
    • 17
    • 18
    • 19
    • 20
    • 21
    • 22
    • 23
    • 24
    • 25
    • 26
    • 27

    又回到启动剖析中熟悉的 io.netty.channel.AbstractChannel.AbstractUnsafe#register 方法

    //4.切换线程：异步将 NioSocketChannel 注册到新的 NioEventLoop 线程中
public final void register(EventLoop eventLoop, final ChannelPromise promise) {
    // 一些检查...
    AbstractChannel.this.eventLoop = eventLoop;

    if (eventLoop.inEventLoop()) { //是否是EventLoop线程
        register0(promise);
    } else {
        try {
            //4.1 切换线程：这行代码完成的事实是 nio boss -> nio worker 线程的切换
            // 首次执行 execute 方法时：才启动 nio 线程，之后注册等操作在 nio 线程上执行
            eventLoop.execute(new Runnable() {
                @Override
                public void run() {
                    //4.2 将 NioSocketChannel 注册到新的 NioEventLoop 线程中
                    register0(promise);
                }
            });
        }
        //...
    }
}

    • 1
    • 2
    • 3
    • 4
    • 5
    • 6
    • 7
    • 8
    • 9
    • 10
    • 11
    • 12
    • 13
    • 14
    • 15
    • 16
    • 17
    • 18
    • 19
    • 20
    • 21
    • 22

    io.netty.channel.AbstractChannel.AbstractUnsafe#register0

    //4.2 将 NioSocketChannel 注册到新的 NioEventLoop 线程中
private void register0(ChannelPromise promise) {
    try {
        if (!promise.setUncancellable() || !ensureOpen(promise)) {
            return;
        }
        boolean firstRegistration = neverRegistered;
        // 4.2.1 将 NioSocketChannel 注册到新的 selector 上
        // 注意此时没有注册 selector 关注事件，附件为当前的 NioSocketChannel
        // this.selectionKey = this.javaChannel().register(this.eventLoop().unwrappedSelector(), 0, this);
        doRegister();
        neverRegistered = false;
        registered = true;
		
        //4.2.2 执行初始化器：我们给NioSocketChannel写的 chileHandler—>initChannel
        //执行前 pipeline 中只有 head -> 初始化器 -> tail
        pipeline.invokeHandlerAddedIfNeeded();
        //执行后就是 head -> logging handler -> tail

        safeSetSuccess(promise);
        pipeline.fireChannelRegistered();
        
        if (isActive()) {
            if (firstRegistration) {
                //4.2.3 在新的 selector 上关注 read 事件
                // 触发 pipeline 上 active 事件
                pipeline.fireChannelActive();
            } else if (config().isAutoRead()) {
                beginRead();
            }
        }
    } catch (Throwable t) {
        closeForcibly();
        closeFuture.setClosed();
        safeSetFailure(promise, t);
    }
}
	//4.2.2 执行初始化器：我们给NioSocketChannel写的 chileHandler—>initChannel
    public static void main(String[] args) {
        NioEventLoopGroup group = new NioEventLoopGroup(2);
        try {
            Channel channel = new ServerBootstrap()
                    .childHandler(new ChannelInitializer<NioSocketChannel>() {
                        @Override
                        protected void initChannel(NioSocketChannel channel) throws Exception {
                            //添加日志处理器
                            channel.pipeline().addLast(new LoggingHandler());
                        }
                    })
                //...
        }
    }

    • 1
    • 2
    • 3
    • 4
    • 5
    • 6
    • 7
    • 8
    • 9
    • 10
    • 11
    • 12
    • 13
    • 14
    • 15
    • 16
    • 17
    • 18
    • 19
    • 20
    • 21
    • 22
    • 23
    • 24
    • 25
    • 26
    • 27
    • 28
    • 29
    • 30
    • 31
    • 32
    • 33
    • 34
    • 35
    • 36
    • 37
    • 38
    • 39
    • 40
    • 41
    • 42
    • 43
    • 44
    • 45
    • 46
    • 47
    • 48
    • 49
    • 50
    • 51
    • 52

    回到了熟悉的代码 io.netty.channel.DefaultChannelPipeline.HeadContext#channelActive

    //4.2.3 在新的 selector 上关注 read 事件
public void channelActive(ChannelHandlerContext ctx) {
    ctx.fireChannelActive();
    //关注 read 事件(NioSocketChannel 这里 read，只是为了触发 channel 的事件注册，还未涉及数据读取)
    this.readIfIsAutoRead();
}

    • 1
    • 2
    • 3
    • 4
    • 5
    • 6

    io.netty.channel.nio.AbstractNioChannel#doBeginRead

    //关注 read 事件
protected void doBeginRead() throws Exception {
    SelectionKey selectionKey = this.selectionKey;
    if (selectionKey.isValid()) {
        this.readPending = true;
        int interestOps = selectionKey.interestOps();//这时候 interestOps 是 0
        if ((interestOps & this.readInterestOp) == 0) {
            //关注 read 事件
            selectionKey.interestOps(interestOps | this.readInterestOp);
        }
    }
}

    • 1
    • 2
    • 3
    • 4
    • 5
    • 6
    • 7
    • 8
    • 9
    • 10
    • 11
    • 12

    四、read 剖析

    再来看可读事件 io.netty.channel.nio.AbstractNioByteChannel.NioByteUnsafe#read，注意发送的数据未必能够一次读完，因此会触发多次 nio read 事件，一次事件内会触发多次 pipeline read，一次事件会触发一次 pipeline read complete

    public final void read() {
    final ChannelConfig config = config();
    if (shouldBreakReadReady(config)) {
        clearReadPending();
        return;
    }
    final ChannelPipeline pipeline = pipeline();
    //1.获取 byteBuf 分配器：决定是池化还是非池化的
    // io.netty.allocator.type 决定 allocator 的实现
    final ByteBufAllocator allocator = config.getAllocator();
    //2.动态调整 byteBuf 的分配大小，并且强制使用直接内存
    final RecvByteBufAllocator.Handle allocHandle = recvBufAllocHandle();
    a llocHandle.reset(config);

    ByteBuf byteBuf = null;
    boolean close = false;
    try {
        do {
            byteBuf = allocHandle.allocate(allocator);
            //3.读取到 byteBuf
            allocHandle.lastBytesRead(doReadBytes(byteBuf));
            if (allocHandle.lastBytesRead() <= 0) {
                byteBuf.release();
                byteBuf = null;
                close = allocHandle.lastBytesRead() < 0;
                if (close) {
                    readPending = false;
                }
                break;
            }

            allocHandle.incMessagesRead(1);
            readPending = false;
            //4.触发 read 事件，把 ByteBuf 依次传给流水线中的handler 处理，这时是处理 NioSocketChannel 上的 handler
            pipeline.fireChannelRead(byteBuf);
            byteBuf = null;
        } 
        //5.是否要继续循环
        while (allocHandle.continueReading());

        allocHandle.readComplete();
        // 触发 read complete 事件
        pipeline.fireChannelReadComplete();

        if (close) {
            closeOnRead(pipeline);
        }
    } catch (Throwable t) {
        handleReadException(pipeline, byteBuf, t, close, allocHandle);
    } finally {
        if (!readPending && !config.isAutoRead()) {
            removeReadOp();
        }
    }
}

    • 1
    • 2
    • 3
    • 4
    • 5
    • 6
    • 7
    • 8
    • 9
    • 10
    • 11
    • 12
    • 13
    • 14
    • 15
    • 16
    • 17
    • 18
    • 19
    • 20
    • 21
    • 22
    • 23
    • 24
    • 25
    • 26
    • 27
    • 28
    • 29
    • 30
    • 31
    • 32
    • 33
    • 34
    • 35
    • 36
    • 37
    • 38
    • 39
    • 40
    • 41
    • 42
    • 43
    • 44
    • 45
    • 46
    • 47
    • 48
    • 49
    • 50
    • 51
    • 52
    • 53
    • 54
    • 55

    io.netty.channel.DefaultMaxMessagesRecvByteBufAllocator.MaxMessageHandle#continueReading(io.netty.util.UncheckedBooleanSupplier)

    //5.是否要继续循环
public boolean continueReading(UncheckedBooleanSupplier maybeMoreDataSupplier) {
    return 
           // 一般为 true
           config.isAutoRead() &&
           // respectMaybeMoreData 默认为 true
           // maybeMoreDataSupplier 的逻辑是如果预期读取字节与实际读取字节相等，返回 true
           (!respectMaybeMoreData || maybeMoreDataSupplier.get()) &&
           // 小于最大次数，maxMessagePerRead 默认 16
           totalMessages < maxMessagePerRead &&
           // 实际读到了数据
           totalBytesRead > 0;
}

    • 1
    • 2
    • 3
    • 4
    • 5
    • 6
    • 7
    • 8
    • 9
    • 10
    • 11
    • 12
    • 13
  • 相关阅读:
    java-net-php-python-ssm担保系统项目管理系统计算机毕业设计程序
    Linux Shell脚本的10个有用的“面试问题和解答”
    华为云云耀云服务器L实例评测｜使用宝塔10分钟部署一个围猫猫小游戏
    stable-diffusion-webui中stability的sdv1.5和sdxl模型结构config对比
    第五届太原理工大学程序设计竞赛新生赛（初赛）题解
    康耐视深度学习ViDi-Plugins菜单介绍
    flowable，199boge，进阶，06完成
    shell脚本学习笔记02（小滴课堂）
    1612A无线信道仿真器30MHz~6GHz
    【力扣 Hot100 | 第七天】4.22（找到字符串中所有字母异位词）
  • 原文地址：https://blog.csdn.net/weixin_43401592/article/details/127721543