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NioEventLoop源碼解析

作者： 皇甫嗷嗷叫
開發(fā) 前端
NioEventLoopGroup在初始化過程中會構建一個執(zhí)行器數組，數組內部存儲的元素是NioEventLoop類型的，但是NioEventLoop是什么呢?為什么說他是Netty的精髓呢?

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本文轉載自微信公眾號「源碼學徒」，作者皇甫嗷嗷叫 。轉載本文請聯系源碼學徒公眾號。

 源碼分析

上一節(jié)課，我們就 new NioEventLoopGroup();的初始化過程做了一個深度的解析，后來我們發(fā)現，NioEventLoopGroup在初始化過程中會構建一個執(zhí)行器數組，數組內部存儲的元素是NioEventLoop類型的，但是NioEventLoop是什么呢?為什么說他是Netty的精髓呢?

我們直接進入到NioEventLoop看他的構造方法：

上一節(jié)課我們是在循環(huán)填充執(zhí)行器數組的過程中創(chuàng)建的，具體參見上一節(jié)課的for循環(huán)中的 newChild方法，這里直接分析源碼

  1. NioEventLoop(NioEventLoopGroup parent, Executor executor, SelectorProvider selectorProvider, 
  2.              SelectStrategy strategy, RejectedExecutionHandler rejectedExecutionHandler, 
  3.              EventLoopTaskQueueFactory queueFactory) { 
  4.     //保存外部線程任務newTaskQueue(queueFactory) 
  5.     super(parent, executor, false, newTaskQueue(queueFactory), newTaskQueue(queueFactory), 
  6.           rejectedExecutionHandler); 
  7.     this.provider = ObjectUtil.checkNotNull(selectorProvider, "selectorProvider"); 
  8.     this.selectStrategy = ObjectUtil.checkNotNull(strategy, "selectStrategy"); 
  9.     final SelectorTuple selectorTuple = openSelector(); 
  10.     this.selector = selectorTuple.selector; 
  11.     this.unwrappedSelector = selectorTuple.unwrappedSelector; 
  12. } 

關于super我們一會再往后追

一、保存選擇器生產者

  1. this.provider = ObjectUtil.checkNotNull(selectorProvider, "selectorProvider"); 

是綁定了一個類似于生產者的東西，使我們再初始化NioEventLoopGroup的時候初始化的，使用該生產者，后續(xù)可以獲取選擇器或者Socket通道等!

二、保存選擇器

  1. this.selectStrategy = ObjectUtil.checkNotNull(strategy, "selectStrategy"); 

保存一個默認的選擇策略到NioEventLoop對象里面

三、開啟一個選擇器

  1. final SelectorTuple selectorTuple = openSelector(); 

開啟一個選擇器包裝對象，內含一個選擇器!Netty官方為了Netty性能的進一步優(yōu)化，喪心病狂的對這個選擇器也進行了優(yōu)化，我們跟進一下openSelector方法，看看他是如何優(yōu)化的，內部代碼比較復雜，我們逐行分析：

1. 獲取原始的選擇器

  1. unwrappedSelector = provider.openSelector(); 

使用原始的生產者對象，獲取一個原始的選擇器，后續(xù)使用!

2. 判斷是否啟動用選擇器優(yōu)化

  1. //禁用優(yōu)化選項  默認false 
  2. if (DISABLE_KEY_SET_OPTIMIZATION) { 
  3.     //如果不優(yōu)化那么就直接包裝原始的選擇器 
  4.     return new SelectorTuple(unwrappedSelector); 
  5. } 

DISABLE_KEY_SET_OPTIMIZATION默認為false, 當禁用優(yōu)化的時候，會將selector選擇器直接進行包裝返回! 默認會進行優(yōu)化，所以一般不會進這個邏輯分支!

3. 獲取一個選擇器的類的對象

  1. //如果需要優(yōu)化  
  2. //反射獲取對應的類的對象 SelectorImpl 
  3. Object maybeSelectorImplClass = AccessController.doPrivileged(new PrivilegedAction<Object>() { 
  4.     @Override 
  5.     public Object run() { 
  6.         try { 
  7.             return Class.forName( 
  8.                 "sun.nio.ch.SelectorImpl", 
  9.                 false, 
  10.                 PlatformDependent.getSystemClassLoader()); 
  11.         } catch (Throwable cause) { 
  12.             return cause; 
  13.         } 
  14.     } 
  15. }); 

這個代碼是返回一個 SelectorImpl的Class對象，這里是返回SelectorImpl的Class對象！我們由上述代碼可以看出來，如果獲取失敗，會返回一個異常，異常的話肯定不行，所以就要對可能會發(fā)生的異常做出操作：

  1. //如果沒有獲取成功 
  2. f (!(maybeSelectorImplClass instanceof Class) || 
  3.    // 確保當前的選擇器實現是我們可以檢測到的。  判斷是 unwrappedSelector的子類或者同類 
  4.    !((Class<?>) maybeSelectorImplClass).isAssignableFrom(unwrappedSelector.getClass())) { 
  5.    //發(fā)生異常 
  6.    if (maybeSelectorImplClass instanceof Throwable) { 
  7.        Throwable t = (Throwable) maybeSelectorImplClass; 
  8.        logger.trace("failed to instrument a special java.util.Set into: {}", unwrappedSelector, t); 
  9.    } 
  10.    //還是包裝為未優(yōu)化的選擇器 
  11.    return new SelectorTuple(unwrappedSelector); 

如果發(fā)生了異常，或者獲取的和原始選擇器不是一個對象，就還使用原始選擇器包裝返回！

4. 創(chuàng)建一個優(yōu)化后的selectKeys

  1. final SelectedSelectionKeySet selectedKeySet = new SelectedSelectionKeySet(); 

使用過NIO的都應該知道，使用選擇器是能夠獲取一個事件的Set集合的，這里Netty官方自己實現了一個Set集合，內部使用數組來進行優(yōu)化！因為Hashset集合是使用HashMap方法來實現的，(this ->Object)  再添加元素的時候如果發(fā)生了hash碰撞的話會遍歷hash槽上的鏈表  算法復雜度為O(n)，但是數組不一樣  數組是O(1)  所以Netty官方使用數組來優(yōu)化選擇器事件集合  默認是1024  滿了之后2倍擴容!

大家可以簡單的把它看做一個Set集合，只不過他是使用數組的形式來實現的！內部重寫了add、size、iterator的方法，其余方法全部廢棄！

這個是Netty對選擇器優(yōu)化的一個重要對象，使得再追加事件的時候，算法復雜度由O(N)直接變?yōu)榱薕(1)!

5. 開始進行反射替換selectedKeys

  1. //開始進行反射替換 
  2. Object maybeException = AccessController.doPrivileged(new PrivilegedAction<Object>() { 
  3.     @Override 
  4.     public Object run() { 
  5.         try { 
  6.             //獲取選擇器事件中的 事件對象 selectedKeys的屬性對象 
  7.             Field selectedKeysField = selectorImplClass.getDeclaredField("selectedKeys"); 
  8.             //獲取公開選擇的密鑰 
  9.             Field publicSelectedKeysField = selectorImplClass.getDeclaredField("publicSelectedKeys"); 
  10.  
  11.             //java9且存在 Unsafe的情況下 直接替換內存空間的數據 
  12.             if (PlatformDependent.javaVersion() >= 9 && PlatformDependent.hasUnsafe()) { 
  13.                 // 讓我們嘗試使用sun.misc.Unsafe替換SelectionKeySet。 
  14.                 // 這使我們也可以在Java9 +中執(zhí)行此操作，而無需任何額外的標志。 
  15.                 long selectedKeysFieldOffset = PlatformDependent.objectFieldOffset(selectedKeysField); 
  16.                 long publicSelectedKeysFieldOffset = 
  17.                     PlatformDependent.objectFieldOffset(publicSelectedKeysField); 
  18.  
  19.                 if (selectedKeysFieldOffset != -1 && publicSelectedKeysFieldOffset != -1) { 
  20.                     PlatformDependent.putObject( 
  21.                         unwrappedSelector, selectedKeysFieldOffset, selectedKeySet); 
  22.                     PlatformDependent.putObject( 
  23.                         unwrappedSelector, publicSelectedKeysFieldOffset, selectedKeySet); 
  24.                     return null; 
  25.                 } 
  26.                 // 如果沒法直接替換內存空間的數據 就想辦法用反射 
  27.             } 
  28.             //java8或者java9+上述未操作完成的 使用反射來替換 
  29.             Throwable cause = ReflectionUtil.trySetAccessible(selectedKeysField, true); 
  30.             if (cause != null) { 
  31.                 return cause; 
  32.             } 
  33.             cause = ReflectionUtil.trySetAccessible(publicSelectedKeysField, true); 
  34.             if (cause != null) { 
  35.                 return cause; 
  36.             } 
  37.             //開始進行替換  將我們創(chuàng)建的優(yōu)化后的事件數組來反射的替換進選擇器中 
  38.             selectedKeysField.set(unwrappedSelector, selectedKeySet); 
  39.             publicSelectedKeysField.set(unwrappedSelector, selectedKeySet); 
  40.             return null; 
  41.         } catch (NoSuchFieldException e) { 
  42.             return e; 
  43.         } catch (IllegalAccessException e) { 
  44.             return e; 
  45.         } 
  46.     } 
  47. }); 

代碼雖然多，但是，邏輯比較簡單！

  1. 首先獲取SelectorImpl類對象的 selectedKeys屬性和publicSelectedKeys屬性！
  2. 判斷使用的JDK版本是不是9以上，如果使用的9的話，直接操作JAVA的Unsafe對象操作系統(tǒng)的內存空間！有關Unsafe的介紹，再零拷貝章節(jié)介紹的很詳細，可以復習零拷貝章節(jié)！ 我們這里使用的JDK8
  3. 如果使用的是JDK8，使用反射，將我們創(chuàng)建出來的SelectedKeys的優(yōu)化對象SelectedSelectionKeySet反射的替換進unwrappedSelector這個原始的選擇器！

6. 包裝選擇器

  1. return new SelectorTuple(unwrappedSelector, new SelectedSelectionKeySetSelector(unwrappedSelector, selectedKeySet)); 

首先把unwrappedSelector選擇器包裝為 SelectedSelectionKeySetSelector包裝類！

再把unwrappedSelector和SelectedSelectionKeySetSelector對應起來，包裝Wie元組返回！

四、保存優(yōu)化后的選擇器和原始選擇器

  1. this.selector = selectorTuple.selector; 
  2. this.unwrappedSelector = selectorTuple.unwrappedSelector; 

五、調用父類，創(chuàng)建隊列

  1. super(parent, executor, false, newTaskQueue(queueFactory),  
  2.       newTaskQueue(queueFactory),rejectedExecutionHandler); 

首先，他會通過newTaskQueue構建兩個隊列 ,這兩個隊列是什么類型的呢？

上一節(jié)課我們分析過，queueFactory == null，所以會走如圖分支代碼，DEFAULT_MAX_PENDING_TASKS如果沒有指定的話，默認是Integer.MAX，最小為16！我們進入到 該分支代碼看一下，他創(chuàng)建的是一個什么隊列：

  1. public static <T> Queue<T> newMpscQueue() { 
  2.     return Mpsc.newMpscQueue(); 
  3. } 

可以看出他創(chuàng)建的是一個Mpsc隊列，他是一個多生產者，單消費者隊列，是由jctools框架提供的，后續(xù)如果可以，我會具體對該隊列進行一個講解，我們到這里就知道，再創(chuàng)建NIOEventLoop的時候，向父類內部傳遞了兩個Mpsc隊列，我們繼續(xù)回到主線：

進入到super(xxx)的源碼中：

  1. protected SingleThreadEventLoop(EventLoopGroup parent, Executor executor, boolean addTaskWakesUp, Queue<Runnable> taskQueue, Queue<Runnable> tailTaskQueue, 
  2.                                     RejectedExecutionHandler rejectedExecutionHandler) { 
  3.     super(parent, executor, addTaskWakesUp, taskQueue, rejectedExecutionHandler); 
  4.     //保存一個 tailTasks  尾部隊列 
  5.     tailTasks = ObjectUtil.checkNotNull(tailTaskQueue, "tailTaskQueue"); 
  6. } 

這里會保存一個隊列，尾部隊列，這個尾部隊列，官方的意思是想對Netty 的運行狀態(tài)做一些統(tǒng)計數據，例如任務循環(huán)的耗時、占用物理內存的大小等等，但是實際上應用tailTasks的場景極少，這里不做太多講解！

我們繼續(xù)跟進到super方法源碼里面：

  1. //parent   線程執(zhí)行器   false   mpsc隊列    拒絕策略 
  2. protected SingleThreadEventExecutor(EventExecutorGroup parent, Executor executor, 
  3.                                         boolean addTaskWakesUp, Queue<Runnable> taskQueue, 
  4.                                           RejectedExecutionHandler rejectedHandler) { 
  5.     super(parent); 
  6.     this.addTaskWakesUp = addTaskWakesUp; 
  7.     this.maxPendingTasks = DEFAULT_MAX_PENDING_EXECUTOR_TASKS; 
  8.     //保存線程執(zhí)行器 
  9.     this.executor = ThreadExecutorMap.apply(executor, this); 
  10.     //創(chuàng)建一個隊列 Mpscq，外部線程執(zhí)行的時候使用這個隊列（不是在EventLoop的線程內執(zhí)行的時候）  newTaskQueue(queueFactory) 
  11.     this.taskQueue = ObjectUtil.checkNotNull(taskQueue, "taskQueue"); 
  12.     //保存拒絕策略 
  13.     this.rejectedExecutionHandler = ObjectUtil.checkNotNull(rejectedHandler, "rejectedHandler"); 
  14. } 

這里是進一步保存，將該NioEventLoop對應的線程執(zhí)行器  、MpscQuerey任務隊列、對應的拒絕策略保存起來！  大家再后續(xù)看到使用對應變量的代碼千萬不要覺得陌生哦！

總結

創(chuàng)建和保存了兩個多生產者單消費者隊列tailTasks和taskQueue

保存一個線程執(zhí)行器executor

保存一個拒絕策略，該拒絕策略主要用于隊列滿了之后如何處理！

保存一個選擇器生產者！

創(chuàng)建一個優(yōu)化后的選擇器，并進行保存！

將原始選擇器和優(yōu)化后的選擇器進行保存！

 

責任編輯：武曉燕 來源： 源碼學徒
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