从I/O多路复用到Netty,还要跨过Java NIO包(一)

简介: 从I/O多路复用到Netty,还要跨过Java NIO包(一)

1.先来看一个Java NIO服务端的例子


上一篇文章我们已经了解了I/O多路复用的实现形式。
就是多个的进程的IO可以注册到一个复用器(selector)上,然后用一个进程调用select,select会监听所有注册进来的IO。

NIO包做了对应的实现。如下图所示。

64.png


有一个统一的selector负责监听所有的Channel。这些channel中只要有一个有IO动作,就可以通过Selector.select()方法检测到,并且使用selectedKeys得到这些有IO的channel,然后对它们调用相应的IO操作。


我们来个简单的demo做一下演示。如何使用NIO中三个核心组件(Buffer缓冲区、Channel通道、Selector选择器)来编写一个服务端程序。


public class NioDemo {
    public static void main(String[] args) {
        try {
            //1.创建channel
            ServerSocketChannel socketChannel1 = ServerSocketChannel.open();
            //设置为非阻塞模式,默认是阻塞的
            socketChannel1.configureBlocking(false);
            socketChannel1.socket().bind(new InetSocketAddress("127.0.0.1", 8811));
            ServerSocketChannel socketChannel2 = ServerSocketChannel.open();
            socketChannel2.configureBlocking(false);
            socketChannel2.socket().bind(new InetSocketAddress("127.0.0.1", 8822));
            //2.创建selector,并将channel1和channel2进行注册。
            Selector selector = Selector.open();
            socketChannel1.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT);
            socketChannel2.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT);
            while (true) {
                //3.一直阻塞直到有至少有一个通道准备就绪
                int readChannelCount = selector.select();
                Set<SelectionKey> selectionKeys = selector.selectedKeys();
                Iterator<SelectionKey> iterator = selectionKeys.iterator();
                //4.轮训已经就绪的通道
                while (iterator.hasNext()) {
                    SelectionKey key = iterator.next();
                    iterator.remove();
                    //5.判断准备就绪的事件类型,并作相应处理
                    if (key.isAcceptable()) {
                        // 创建新的连接,并且把连接注册到selector上,并且声明这个channel只对读操作感兴趣。
                        ServerSocketChannel serverSocketChannel = (ServerSocketChannel)key.channel();
                        SocketChannel socketChannel = serverSocketChannel.accept();
                        socketChannel.configureBlocking(false);
                        socketChannel.register(selector, SelectionKey.OP_READ);
                    }
                    if (key.isReadable()) {
                        SocketChannel socketChannel = (SocketChannel) key.channel();
                        ByteBuffer readBuff = ByteBuffer.allocate(1024);
                        socketChannel.read(readBuff);
                        readBuff.flip();
                        System.out.println("received : " + new String(readBuff.array()));
                        socketChannel.close();
                    }
                }
            }
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}


通过这个代码示例,我们能清楚地了解如何用Java NIO包实现一个服务端:


  • 1)创建channel1和channel2,分别监听特定端口。
  • 2)创建selector,并将channel1和channel2进行注册。
  • 3)selector.select()一直阻塞,直到有至少有一个通道准备就绪。
  • 4)轮训已经就绪的通道
  • 5)并根据事件类型做出相应的响应动作。


程序启动后,会一直阻塞在selector.select()。
通过浏览器调用localhost:8811 或者 localhost:8822就能触发我们的服务端代码了。


2.Java NIO包如何实现I/O多路复用模型


上文演示的Java NIO服务端已经比较清楚地展示了使用NIO编写服务端程序的过程。


那这个过程中如何实现了I/O多路复用的呢?


我们得深入看下selector的实现。


//2.创建selector,并将channel1和channel2进行注册。
Selector selector = Selector.open();


从open这里开始吧。

65.png


这里用了一个SelectorProvider来创建selector。


进入SelectorProvider.provider(),看到具体的provider是由
sun.nio.ch.DefaultSelectorProvider创建的,对应的方法是:

66.png


咦?原来不同的操作系统会提供不同的provider对象。这里包括了PollSelectorProvider、EPollSelectorProvide等。


名字是不是有点眼熟?


没错,跟我们上一篇文章分析过的I/O多路复用的不同实现方式poll/epoll有关。


我们选择默认的


sun.nio.ch.PollSelectorProvider往下看看。

67.png


OK,找到了实现类PollSelectorImpl。


然后,通过以下调用:

68.png


找到最终的native方法poll0。

69.png


是不是仍然很眼熟?


没错!跟我们上一篇文章分析过的poll函数是一致的。


int poll (struct pollfd *fds, unsigned int nfds, int timeout);


绕了这么久,到最后,还是找到了我们聊过I/O多路复用的 poll 实现。


至此,我们终于把Java NIO和 I/O多路复用模型串联起来了。


Java NIO包使用selector,实现了I/O多路复用模型。


同时,在不同的操作系统中,会有不同的poll/epoll选择。



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