Netty源码分析-Select过程分析

前边一遍文章分析了NioEventLoop的实现原理,可以知道NioEventLoop主要跑两类任务:I/O任务和非I/O任务。其中I/O任务主要是进行Select选择出已注册的I/O事件并对这些I/O事件进行处理,执行的具体方法是processSelectedKeys()。下面我们就对这段代码进行具体分析,可参见其中的一个分支processSelectedKeysPlain(Set<SelectionKey> selectedKeys)
具体代码如下:
遍历唤醒的SelectionKey,并取出对应key注册的attachment。判断attachment的类型:
1)是AbstractNioChannel,对应确定的一个Netty对应的NioChannel,对应执行processSelectedKey(SelectionKey k, AbstractNioChannel ch)方法。
2)是NioTask<SelectableChannel>,一般不会是这种类型,多数为是用户自定义的一个task。

private void processSelectedKeysPlain(Set<SelectionKey> selectedKeys) {
        if (selectedKeys.isEmpty()) {
            return;
        }
        Iterator<SelectionKey> i = selectedKeys.iterator();
        for (;;) {
            final SelectionKey k = i.next();
            final Object a = k.attachment();
            i.remove();
            if (a instanceof AbstractNioChannel) {
                processSelectedKey(k, (AbstractNioChannel) a);
            } else {
                @SuppressWarnings("unchecked")
                NioTask<SelectableChannel> task = (NioTask<SelectableChannel>) a;
                processSelectedKey(k, task);
            }

            if (!i.hasNext()) {
                break;
            }

            if (needsToSelectAgain) {
                selectAgain();
                selectedKeys = selector.selectedKeys();

                // Create the iterator again to avoid ConcurrentModificationException
                if (selectedKeys.isEmpty()) {
                    break;
                } else {
                    i = selectedKeys.iterator();
                }
            }
        }
    }

我们可以着重来看下processSelectedKey(SelectionKey k, AbstractNioChannel ch)的实现,根据readyOps确定感兴趣的事件类型,执行不同的操作:
1)SelectionKey.OP_CONNECT 连接事件,此处是对于client端而言的,该事件标志着三次握手阶段,client端收到了server端的ack报文。
2)SelectionKey.OP_WRITE 写事件,说明有数据要写。
3)SelectionKey.OP_READ | SelectionKey.OP_ACCEPT 读事件或接收连接事件。SelectionKey.OP_ACCEPT是对于server端而言的,标志有新的连接请求到达。

private void processSelectedKey(SelectionKey k, AbstractNioChannel ch) {
        final AbstractNioChannel.NioUnsafe unsafe = ch.unsafe();
        if (!k.isValid()) {
            final EventLoop eventLoop;
            try {
                eventLoop = ch.eventLoop();
            } catch (Throwable ignored) {
                return;
            }
            if (eventLoop != this || eventLoop == null) {
                return;
            }
            // close the channel if the key is not valid anymore
            unsafe.close(unsafe.voidPromise());
            return;
        }

        try {
            int readyOps = k.readyOps();
            // We first need to call finishConnect() before try to trigger a read(...) or write(...) as otherwise
            // the NIO JDK channel implementation may throw a NotYetConnectedException.
            if ((readyOps & SelectionKey.OP_CONNECT) != 0) {
                // remove OP_CONNECT as otherwise Selector.select(..) will always return without blocking
                // See https://github.com/netty/netty/issues/924
                int ops = k.interestOps();
                ops &= ~SelectionKey.OP_CONNECT;
                k.interestOps(ops);

                unsafe.finishConnect();
            }

            // Process OP_WRITE first as we may be able to write some queued buffers and so free memory.
            if ((readyOps & SelectionKey.OP_WRITE) != 0) {
                // Call forceFlush which will also take care of clear the OP_WRITE once there is nothing left to write
                ch.unsafe().forceFlush();
            }

            // Also check for readOps of 0 to workaround possible JDK bug which may otherwise lead
            // to a spin loop
            if ((readyOps & (SelectionKey.OP_READ | SelectionKey.OP_ACCEPT)) != 0 || readyOps == 0) {
                unsafe.read();
            }
        } catch (CancelledKeyException ignored) {
            unsafe.close(unsafe.voidPromise());
        }
    }

1. OP_CONNECT事件分析

OP_CONNECT事件说明Server端已经回复了客户端建立连接的请求,下一步需要执行三次握手的第三步。具体执行的代码如下。首先将Selector上将OP_CONNECT从注册事件中去掉,然后会调用unsafe.finishConnect()

            if ((readyOps & SelectionKey.OP_CONNECT) != 0) {
                // remove OP_CONNECT as otherwise Selector.select(..) will always return without blocking
                // See https://github.com/netty/netty/issues/924
                int ops = k.interestOps();
                ops &= ~SelectionKey.OP_CONNECT;
                k.interestOps(ops);
                unsafe.finishConnect();
            }

重点看一下unsafe.finishConnect()方法。doFinishConnect()会直接调用对应javaChannel的finishConnect()方法,此处不再做复杂介绍。在fulfillConnectPromise方法中,会尝试去判断该channel是否是active状态,是否被人cancell掉。如果当期状态是active的,会调用pipeline的fireChannelActive()方法。

        public final void finishConnect() {
            assert eventLoop().inEventLoop();
            try {
                boolean wasActive = isActive();
                doFinishConnect();
                fulfillConnectPromise(connectPromise, wasActive);
            } catch (Throwable t) {
                fulfillConnectPromise(connectPromise, annotateConnectException(t, requestedRemoteAddress));
            } finally {
                // Check for null as the connectTimeoutFuture is only created if a connectTimeoutMillis > 0 is used
                // See https://github.com/netty/netty/issues/1770
                if (connectTimeoutFuture != null) {
                    connectTimeoutFuture.cancel(false);
                }
                connectPromise = null;
            }
        }
        private void fulfillConnectPromise(ChannelPromise promise, boolean wasActive) {
            if (promise == null) {
                // Closed via cancellation and the promise has been notified already.
                return;
            }

            // Get the state as trySuccess() may trigger an ChannelFutureListener that will close the Channel.
            // We still need to ensure we call fireChannelActive() in this case.
            boolean active = isActive();

            // trySuccess() will return false if a user cancelled the connection attempt.
            boolean promiseSet = promise.trySuccess();

            // Regardless if the connection attempt was cancelled, channelActive() event should be triggered,
            // because what happened is what happened.
            if (!wasActive && active) {
                pipeline().fireChannelActive();
            }

            // If a user cancelled the connection attempt, close the channel, which is followed by channelInactive().
            if (!promiseSet) {
                close(voidPromise());
            }
        }

2. OP_WRITE事件分析

OP_WRITE事件说明该端有数据需要写出。通过代码可以看到write事件会调用ch.unsafe().forceFlush()方法,接下来直接调用AbstractChannel类的flush0()方法。在这个方法中,最核心的就是调用doWrite(outboundBuffer),这是一个abstract方法,具体得由对应的Channel子类去实现。举例来说,对于NioSocketChannel类,outboundBuffer中的数据类型是byte,直接调用javaChannel的write方法即可;而对于AbstractNioMessageChannel类,outboundBuffer中的数据类型是Object,最终在调用javaChannel的write方法进行写操作之前需要进行转换将Object转化至byte类型。

        protected void flush0() {
            if (inFlush0) {
                // Avoid re-entrance
                return;
            }
            final ChannelOutboundBuffer outboundBuffer = this.outboundBuffer;
            if (outboundBuffer == null || outboundBuffer.isEmpty()) {
                return;
            }
            inFlush0 = true;

            // Mark all pending write requests as failure if the channel is inactive.
            if (!isActive()) {
               .......
            }

            try {
                doWrite(outboundBuffer);
            } catch (Throwable t) {
                if (t instanceof IOException && config().isAutoClose()) {
                  
                } else {
                    outboundBuffer.failFlushed(t, true);
                }
            } finally {
                inFlush0 = false;
            }
        }

3. SelectionKey.OP_READ | SelectionKey.OP_ACCEPT事件分析

Netty将Accept事件和READ事件进行了封装,统一调用unsafe.read()方法进行处理。我们以AbstractNioMessageChannel为例,看一下read()方法进行了哪些操作。
核心过程大致分为3步:
1)doReadMessages(readBuf)将数据读到readBuf。
2)遍历readBuf,对其中的每一个元素调用pipeline的fireChannelRead方法。
3)调用pipeline的fireChannelReadComplete方法。
4)removeReadOp()。
前边我们讨论过说Netty将Accept和Read进行了统一封装,而具体拆分的细节也是通过分别实现abstract方法进行不同的处理。比如,对于NioServerSocketChannel中,doReadMessages(readBuf)会调用SocketUtils.accept方法建立子连接并将该子连接放置到readBuf中,后续的pipeline在处理readBuf时也会有不同的处理,可以可到ServerBootstrapAcceptor中channelRead方法的实现;对于NioUdtMessageConnectorChannel,doReadMessages(readBuf)方法会从javaChannel中读取数据到readBuf

public void read() {
            assert eventLoop().inEventLoop();
            final ChannelConfig config = config();
            final ChannelPipeline pipeline = pipeline();
            final RecvByteBufAllocator.Handle allocHandle = unsafe().recvBufAllocHandle();
            allocHandle.reset(config);

            boolean closed = false;
            Throwable exception = null;
            try {
                try {
                    do {
                        int localRead = doReadMessages(readBuf);
                        if (localRead == 0) {
                            break;
                        }
                        if (localRead < 0) {
                            closed = true;
                            break;
                        }

                        allocHandle.incMessagesRead(localRead);
                    } while (allocHandle.continueReading());
                } catch (Throwable t) {
                    exception = t;
                }

                int size = readBuf.size();
                for (int i = 0; i < size; i ++) {
                    readPending = false;
                    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();
                }
            }
        }
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