NIO 注意点集锦

最新推荐文章于 2022-05-21 20:09:41 发布

原创最新推荐文章于 2022-05-21 20:09:41 发布 · 795 阅读

0 ·

CC 4.0 BY-SA版权

JAVA 专栏收录该内容

2 篇文章

订阅专栏

本文探讨了NIO在处理网络通信时的各种注意事项和技术细节，包括如何正确处理读取不完整、写入失败的情况，如何合理注册Channel及更新Interest，以及如何避免因OP_WRITE处理不当而导致的CPU占用过高问题。

摘要生成于 C知道，由 DeepSeek-R1 满血版支持，前往体验 >

一直很奇怪，为啥没有close事件，终于在一次实验的时候发现：

1.启动一个客户端和服务端

2.关闭客户端，服务端会发生一个read事件，并且在read的时候抛出异常，来表示关闭

另外，这个事件会不断发生，就算从已准备好的集合移除也没有，必须将该channel关闭或者调用哪个该key的cancel方法，因为SelectionKey代表的是Selector和Channel之间的联系，所以在Channel关闭了之后，对于Selector来说，这个Channel永远都会发出关闭这个事件，表明自己关闭了，直到从该Selector移除去

3.服务端关闭，client端在write的时候会抛出异常

java.io.IOException: 远程主机强迫关闭了一个现有的连接。
    at sun.nio.ch.SocketDispatcher.write0(Native Method)
    at sun.nio.ch.SocketDispatcher.write(Unknown Source)

NIO的SelectableChannel关闭的一个问题

如果在取消SelectionKey（这时候只是加入取消的键集合，下一次select才会执行）后没有调用到selector的select方法（因为Client一般在取消key后，我们都会终止调用select的循环，当然，server关闭一个注册的channel我们是不会终止select循环的），那么本地socket将进入CLOSE-WAIT状态（等待本地Socket关闭）。

简单的解决办法是在 SelectableChannel.close方法之后调用Selector.selectNow方法

Netty在超过256连接关闭的时候主动调用一次selectNow

NIO就绪处理之OP_WRITE

一开始很多人以为write事件，表示在调用channel的write方法之后，就会发生这个事件，然后channel再会把数据真正写出，但是实际上，写操作的就绪条件为底层缓冲区有空闲空间，而写缓冲区绝大部分时间都是有空闲空间的，所以当你注册写事件后，写操作一直是就绪的，选择处理线程全占用整个CPU资源。所以，只有当你确实有数据要写时再注册写操作，并在写完以后马上取消注册，一般的，Client端需要注册OP_CONNECT,OP_READ;Server端需要注册OP_ACCEPT并且连接之后注册OP_READ

当有数据在写时，将数据写到缓冲区中，并注册写事件。

 publicvoid write(byte[] data) throws IOException { 

         writeBuffer.put(data); 

         key.interestOps(SelectionKey.OP_WRITE); 

 }

注册写事件后，写操作就绪，这时将之前写入缓冲区的数据写入通道，并取消注册。

 channel.write(writeBuffer); 

key.interestOps(key.interestOps() & ~SelectionKey.OP_WRITE);

大部分情况下，其实直接用write方法写就好了，没必要用写事件。

读不满

因为我们的数据都是偏业务性的，比如使用开头一个字节来表示后面数据的长度，接着就会等待读取到那么多数据，但是TCP是流式的协议，100字节的数据可能是一段段发送过来的，所以在没有读到完整的数据前需要等待。

这时候可以将buffer attach到key上，下次read发生的时候再继续读取

写不出去

在发送缓冲区空间不够的情况下，write方法可能会返回能够写出去的字节数，比如只剩50字节，你写入100字节，这时候write会返回50，即往缓冲区写入了50字节

在网络较好的情况下，这应该是不太可能发生的，一般都是网络有问题，重传率很高

详细的情况可以参考：java nio对OP_WRITE的处理解决网速慢的连接

while (bb.hasRemaining()) {
    int len = socketChannel.write(bb);
    if (len < 0) {
        throw new EOFException();
    }
}

由于缓冲区一直蛮，下面的代码会一直执行，占用CPU100%，因此推荐的方式如下
while (bb.hasRemaining()) {
    int len = socketChannel.write(bb);
    if (len < 0){
        throw new EOFException();
    }
    if (len == 0) {
        selectionKey.interestOps(selectionKey.interestOps() | SelectionKey.OP_WRITE);
        mainSelector.wakeup();
        break;
    }
}

如果返回0，表示缓冲区满，那么注册WRITE事件，缓冲区不满的情况下，就会触发WRITE事件，在那时候再写入，可以避免不要的消耗。

Selector返回的key集合非线程安全

Selector.selectedKeys/keys 返回的集合都是非线程安全的
Selector.selectedKeys返回的可移除
Selector.keys 不可变
对selected keys的处理必须单线程处理或者适当同步

正确注册Channel和更新interest
直接注册不可吗？
channel.register(selector, ops, attachment);
不是不可以,效率问题
至少加两次锁，锁竞争激烈
Channel本身的regLock，竞争几乎没有
Selector内部的key集合，竞争激烈
更好的方式:加入缓冲队列，等待注册，reactor单线程处理

If(isReactorThread()){
    channel.register(selector,ops,attachment);
}
else{
    register.offer(newEvent(channel,ops,attachment));
    selector.wakeup();
}

同样，SelectionKey.interest(ops)
在linux上会阻塞，需要获取selector内部锁做同步
在win32上不会阻塞
屏蔽平台差异，避免锁的激烈竞争，采用类似注册channel的方式：

if (this.isReactorThread()) {
    key.interestOps(key.interestOps() | SelectionKey.OP_READ);
} 
else {
    this.register.offer(new Event(key,SelectionKey.OP_READ));
    selector.wakeup();
}

正确处理OP_WRITE
OP_WRITE处理不当很容易导致CPU 100%
OP_WRITE触发条件：
前提:interest了OP_WRITE
触发条件:
socket发送缓冲区可写
远端关闭
有错误发生
正确的处理方式：
仅在已经连接的channel上注册
仅在有数据可写的时候才注册
触发之后立即取消注册，否则会继续触发导致循环
处理完成后视情况决定是否继续注册
没有完全写入，继续注册
全部写入，无需注册

正确取消注册channel
SelectableChannel一旦注册将一直有效直到明确取消
怎么取消注册？
channel.close()，内部会调用key.cancel()
key.cancel();
中断channel的读写所在线程引起的channel关闭
但是这样还不够！
key.cancel()仅仅是将key加入cancelledKeys
直到下一次select才真正处理
并且channel的socketfd只有在真正取消注册后才会close(fd)

后果是什么？
服务端，问题不大，select调用频繁
客户端，通常只有一个连接，关闭channel之后，没有调用select就关闭了selector
sockfd没有关闭，停留在CLOSE_WAIT状态
正确的处理方式，取消注册也应当作为事件交给reactor处理,及时wakeup做select
适当的时候调用selector.selectNow()
Netty在超过256连接关闭的时候主动调用一次selectNow

static final int CLEANUP_INTERVAL=256;
private boolean cleanUpCancelledKeys()throws IOException{
    if(cancelledKeys>=CLEANUP_INTERVAL){
        cancelledKeys=0;
        selector.selectNow();
        returntrue;
    }
    returnfalse;
}
//channel关闭的时候
channel.socket.close();
cancelledKeys++;