3、Nio源码

一、Nio客户端实现

package com.zoo.nio;
 
import java.io.IOException;
import java.net.InetSocketAddress;
import java.nio.ByteBuffer;
import java.nio.channels.SelectionKey;
import java.nio.channels.Selector;
import java.nio.channels.ServerSocketChannel;
import java.nio.channels.SocketChannel;
import java.util.Date;
import java.util.Iterator;
 
 
public class ClientTest {
 
    public static void main(String[] args) throws Exception{
        //1.获取通道
        SocketChannel sChannel = SocketChannel.open(new InetSocketAddress("127.0.0.1",4201));
        //2.切换非阻塞模式
        sChannel.configureBlocking(false);
        //3.分配指定大小缓冲区
        ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocate(1024);
        //4.发送数据给服务端
        buf.put(new Date().toString().getBytes());
        buf.flip();
        sChannel.write(buf);
        buf.clear();
        //5.关闭通道
        sChannel.close();
    }
}

二、nio服务端实现

package com.zoo.nio;
 
import java.io.IOException;
import java.net.InetSocketAddress;
import java.nio.ByteBuffer;
import java.nio.channels.SelectionKey;
import java.nio.channels.Selector;
import java.nio.channels.ServerSocketChannel;
import java.nio.channels.SocketChannel;
import java.util.Date;
import java.util.Iterator;
 
 
public class ServiceTest {
    public static void main(String[] args) throws Exception{
        //1.获取通道
        ServerSocketChannel ssChannel = ServerSocketChannel.open();
        //2.切换非阻塞模式
        ssChannel.configureBlocking(false);
        //3.绑定连接
        ssChannel.bind(new InetSocketAddress(4201));
        //4.获取选择器
        Selector selector = Selector.open();
        //5.将通道注册到选择器上，并指定监听事件
        ssChannel.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT);
        //6.轮询式获取选择器的准备就绪事件
        while(selector.select() > 0){
            //7.获取当前选择器中所有注册的选择键（已就绪的监听事件）
            Iterator iterator = selector.selectedKeys().iterator();
            //8.获取准备就绪的事件
            while(iterator.hasNext()){
                SelectionKey sk = iterator.next();
                //9.判断什么事件准备就绪
                if (sk.isAcceptable()){
                    //10.获取客户端连接
                    SocketChannel sChannel = ssChannel.accept();
                    //11.切换非阻塞模式
                    sChannel.configureBlocking(false);
                    //12.将该通道注册到选择器上
                    sChannel.register(selector,SelectionKey.OP_READ);
                }else if(sk.isReadable()){//读就绪
                    //13.获取当前选择器上读就绪状态的通道
                    SocketChannel sChannel = (SocketChannel) sk.channel();
 
                    //14.读取数据
                    ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocate(1024);
                    int len = 0;
                    while ((len=sChannel.read(buf))>0){
                        buf.flip();
                        System.out.println(new String(buf.array(),0,len));
                        buf.clear();
                    }
                }
                //15.取消选择键
                iterator.remove();
            }
        }
    }
}

三、selector.select() 调用链分析

3.1、jdk纬度分析

3.1.1、nio核心代码

//KQueueSelectorImpl.java    
protected int doSelect(long var1) throws IOException {
        boolean var3 = false;
        if (this.closed) {
            throw new ClosedSelectorException();
        } else {
            //处理注销的selectionKey队列
            this.processDeregisterQueue();
 
            int var7;
            try {
                this.begin();
                // 调用了poll方法,底层调用了native的epollCtl和epollWait方法
                var7 = this.kqueueWrapper.poll(var1);
            } finally {
                this.end();
            }
 
            this.processDeregisterQueue();
            return this.updateSelectedKeys(var7);
        }
}
 
 
//KQueueArrayWrapper.java
// 这里抛出个问题，var1=timeout=-1 为什么超时是-1？
int poll(long var1) {
        this.updateRegistrations();
        //Mac系统基于UNIX，window可能不一样，阻塞调用等待事件返回结果 
        int var3 = this.kevent0(this.kq, this.keventArrayAddress, 128, var1);
        return var3;
}
 
//kqueue是在UNIX上比较高效IO复用技术。    
//所谓的IO复用，就是同时等待多个文件描述符就绪，以系统调用的形式提供。如果所有文件描述符都没有就绪的话，该系统调用阻塞，否则调用返回，允许用户进行后续的操作。
//常见的IO复用技术有select, poll, epoll以及kqueue等等。其中epoll为Linux独占，而kqueue则在许多UNIX系统上存在
//kevent() 是阻塞调用，等到有事件才返回。阻塞时线程处于sleep状态,有事件时系统激活kqueue,kevent()返回
private native int kevent0(int var1, long var2, int var4, long var5);
 
 
 
//从cancellledKeys集合中取出注销的SelectionKey，执行注销操作。
//将处理后的SelectionKey从cancelledKeys集合中移除。执行processDeregisterQueue()
//后cancelledKeys集合会为空
void processDeregisterQueue() throws IOException {
        // Precondition: Synchronized on this, keys, and selectedKeys
        Set cks = cancelledKeys();
        synchronized (cks) {
            if (!cks.isEmpty()) {
                Iterator i = cks.iterator();
                while (i.hasNext()) {
                    SelectionKeyImpl ski = (SelectionKeyImpl)i.next();
                    try {
                        implDereg(ski);
                    } catch (SocketException se) {
                        throw new IOException("Error deregistering key", se);
                    } finally {
                        i.remove();
                    }
                }
            }
        }
}
 
 
 
//执行完该方法后，注销的SelectionKey就不会出现在keys、selectedKeys以及cancelledKeys这三个集合中
protected void implDereg(SelectionKeyImpl ski) throws IOException {
        assert (ski.getIndex() >= 0);
        SelChImpl ch = ski.channel;
        int fd = ch.getFDVal();
 
        // 将已经注销的selectionKey从fdToKey（文件描述符与SelectionKeyImpl的映射表）中移除
        fdToKey.remove(Integer.valueOf(fd));
 
        // 将selectionKey所代表的channel的文件描述符从EPollArrayWrapper中移除
        pollWrapper.remove(fd);
        ski.setIndex(-1);
 
        //将selectionKey从keys集合中移除
        keys.remove(ski);
        selectedKeys.remove(ski);
        deregister((AbstractSelectionKey)ski);
        SelectableChannel selch = ski.channel();
 
        // 如果对应的频道已经关闭并且没有注册其他的选择了，则将该信道关闭
        if (!selch.isOpen() && !selch.isRegistered())
            ((SelChImpl)selch).kill();
}
 
 
 
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
        //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) {
                    selectedKeys.add(ski);
                    numKeysUpdated++;
                }
            }
        }
    }
    return numKeysUpdated;
}

四、通道Channel

Channel是一个通道，它就像自来水管一样，网络数据通过Channel读取和写入。通 道 与 流 的 不 同 之 处 在 于 通 道 是 双 向 的,流只是在一个方向上移 动（ 一 个 流 必 须 是 Inputstream或者OutpulStream的子类），而通道可以用于读、写或者一者同时进行。因为Channel是全双工的，所以它可以比流更好地映射底层操作系统的API。特别是在UNIX网络编程模型中，底层操作系统的通道都是全双工的，同时支持读写操作。

五、多路复用器Selector

我们将探索多路夏用器Selector,它是Java NIO编程的基础，熟练地掌握 Selector对于NIO编程至关重要。多路复用器提供选择已经就绪的任务的能力。简单来讲, Selector会不断地轮询注册在其上的Channel,如果某个Channel上面发生读或者写事件， 这个Channel就处于就绪状态，会被Selector轮询出来，然后通过SelectionKey可以获取就绪Channel的集合，进行后续的IO操作。 一个多路复用器Selector可以同时轮询多个Channel,由JDK使用了epoll。代替传 统的select实现，所以它并没有最大连接句柄1024/2048的限制。这也就意味着只需要一 个线程负责Selector的轮询，就可以接入成千上万的客户端，这确实是个非常巨大的进步。

六、nio读写流程

1、nio读写流程

1、selector.select()循环获取已经可读的SelectionKey
2、迭代SelectionKey获取SocketChannel通道
3、判断通道是否准备就绪
4、开始读写
5、抛出个问题，SelectionKey list如何和内核映射？我调试没有调试出结果

2、获取linux内核select状态

1、这篇文章有介绍kevent函数使用，其实就是linux的select模型
2、什么是linux文件描述符
3、kevent依赖文件描述符的就绪状态，这篇文章介绍文件描述符的就绪条件