【Java】NIO中Selector的创建源码分析

最新推荐文章于 2025-07-05 20:17:46 发布

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本文详细解析了Java NIO中Selector的创建过程，包括通过SelectorProvider获取Selector，SelectorProvider的加载机制，以及Windows环境下Selector的具体实现。

摘要生成于 C知道，由 DeepSeek-R1 满血版支持，前往体验 >

在使用Selector时首先需要通过静态方法open创建Selector对象

public static Selector open() throws IOException {
        return SelectorProvider.provider().openSelector();
}

可以看到首先是调用SelectorProvider的静态方法provider，得到一个Selector的提供者

public static SelectorProvider provider() {
    synchronized (lock) {
        if (provider != null)
            return provider;
        return AccessController.doPrivileged(
            new PrivilegedAction<SelectorProvider>() {
                public SelectorProvider run() {
                        if (loadProviderFromProperty())
                            return provider;
                        if (loadProviderAsService())
                            return provider;
                        provider = sun.nio.ch.DefaultSelectorProvider.create();
                        return provider;
                    }
                });
    }
}

这段代码的逻辑也比较简单，首先判断provider是否已经产生，若已经产生，则直接返回现有的；若没有，则需要调用AccessController的静态方法doPrivileged，该方法是一个native方法，就不说了；可以看到在实现的PrivilegedAction接口中的run方法，做了三次判断：

第一次是根据是系统属性，使用ClassLoader类加载:

 private static boolean loadProviderFromProperty() {
    String cn = System.getProperty("java.nio.channels.spi.SelectorProvider");
    if (cn == null)
        return false;
    try {
        Class<?> c = Class.forName(cn, true,
                                   ClassLoader.getSystemClassLoader());
        provider = (SelectorProvider)c.newInstance();
        return true;
    } catch (ClassNotFoundException x) {
        throw new ServiceConfigurationError(null, x);
    } catch (IllegalAccessException x) {
        throw new ServiceConfigurationError(null, x);
    } catch (InstantiationException x) {
        throw new ServiceConfigurationError(null, x);
    } catch (SecurityException x) {
        throw new ServiceConfigurationError(null, x);
    }
}

先获取键值为"java.nio.channels.spi.SelectorProvider"的属性，若没有，则直接返回false；若设置了，则需要使用加载器直接加载系统属性设置的java.nio.channels.spi.SelectorProvider的实现类，再通过反射机制直接产生实例对象并赋值给静态成员provider，最后返回true。

第二次使用ServiceLoader加载：

private static boolean loadProviderAsService() {
	ServiceLoader<SelectorProvider> sl =
        ServiceLoader.load(SelectorProvider.class,
                           ClassLoader.getSystemClassLoader());
    Iterator<SelectorProvider> i = sl.iterator();
    for (;;) {
        try {
            if (!i.hasNext())
                return false;
            provider = i.next();
            return true;
        } catch (ServiceConfigurationError sce) {
            if (sce.getCause() instanceof SecurityException) {
                // Ignore the security exception, try the next provider
                continue;
            }
            throw sce;
        }
    }
}

有关ServiceLoader的加载过程可以看我的上一篇博客【Java】ServiceLoader源码分析，在这里我就不累赘了。
该方法调用ServiceLoader的load加载在"META-INF/services/"路径下指明的SelectorProvider.class的实现类（其实是懒加载，在迭代时才真正加载）得到ServiceLoader对象，通过该对象的带迭代器，遍历这个迭代器；可以看到若是迭代器不为空，则直接返回迭代器保存的第一个元素，即第一个被加载的类的对象，并赋值给provider，返回true；否则返回false；

第三次是使用的默认的SelectorProvider（windows环境为例）：

public class DefaultSelectorProvider {
    private DefaultSelectorProvider() {
    }

    public static SelectorProvider create() {
        return new WindowsSelectorProvider();
    }
}

可以看到直接返回了WindowsSelectorProvider赋值给provider ；

此时provider无论如何都已经有了，接下来就是调用provider的openSelector方法。

WindowsSelectorProvider的openSelector方法：

public class WindowsSelectorProvider extends SelectorProviderImpl {
    public WindowsSelectorProvider() {
    }

    public AbstractSelector openSelector() throws IOException {
        return new WindowsSelectorImpl(this);
    }
}

可以看到仅仅是产生了WindowsSelectorImpl：

WindowsSelectorImpl(SelectorProvider var1) throws IOException {
	super(var1);
	this.wakeupSourceFd = ((SelChImpl)this.wakeupPipe.source()).getFDVal();
	SinkChannelImpl var2 = (SinkChannelImpl)this.wakeupPipe.sink();
	var2.sc.socket().setTcpNoDelay(true);
	this.wakeupSinkFd = var2.getFDVal();
	this.pollWrapper.addWakeupSocket(this.wakeupSourceFd, 0);
}

WindowsSelectorImpl首先调用父类SelectorImpl的构造方法：

protected Set<SelectionKey> selectedKeys = new HashSet();
protected HashSet<SelectionKey> keys = new HashSet();
private Set<SelectionKey> publicKeys;
private Set<SelectionKey> publicSelectedKeys;

protected SelectorImpl(SelectorProvider var1) {
    super(var1);
    if (Util.atBugLevel("1.4")) {
        this.publicKeys = this.keys;
        this.publicSelectedKeys = this.selectedKeys;
    } else {
        this.publicKeys = Collections.unmodifiableSet(this.keys);
        this.publicSelectedKeys = Util.ungrowableSet(this.selectedKeys);
    }

}

SelectorImpl同样调用父类AbstractSelector的构造：

protected AbstractSelector(SelectorProvider provider) {
        this.provider = provider;
}

此时的provider就是刚才产生的WindowsSelectorProvider对象；
在SelectorImpl中还会对其成员有一系列的赋值操作；
上述都完成后才继续完成WindowsSelectorImpl的构造。

WindowsSelectorImpl在进行this.wakeupSourceFd = ((SelChImpl)this.wakeupPipe.source()).getFDVal()之前，其wakeupPipe成员如下：

private final Pipe wakeupPipe = Pipe.open();

wakeupPipe管道通过Pipe.open()赋值：

public static Pipe open() throws IOException {
	return SelectorProvider.provider().openPipe();
}

可以看到实际上 SelectorProvider.provider()的provider的openPipe方法，而这个provider就是WindowsSelectorProvider，而WindowsSelectorProvider继承自SelectorProviderImpl，openPipe方法是在SelectorProviderImpl里实现的：

public Pipe openPipe() throws IOException {
	return new PipeImpl(this);
}

该方法直接产生了PipeImpl对象，并将WindowsSelectorProvider对象传入进去：

PipeImpl(SelectorProvider var1) throws IOException {
	try {
		AccessController.doPrivileged(new PipeImpl.Initializer(var1));
	} catch (PrivilegedActionException var3) {
		throw (IOException)var3.getCause();
	}
}

可以看到这个构造方法实际上是以特权模式运行的PipeImpl的内部类Initializer的run方法（doPrivileged需要的参数是PrivilegedExceptionAction接口的实现类，该接口只有run方法）：
Initializer 的初始化：

private class Initializer implements PrivilegedExceptionAction<Void> {
	private final SelectorProvider sp;
	private IOException ioe;
	
	private Initializer(SelectorProvider var2) {
	    this.ioe = null;
	    this.sp = var2;
	}
	......
}

该构造方法给sp赋值为传入进来的WindowsSelectorProvider对象，令ioe=null；
其所实现的run方法如下：

public Void run() throws IOException {
    PipeImpl.Initializer.LoopbackConnector var1 = new PipeImpl.Initializer.LoopbackConnector();
    var1.run();
    if (this.ioe instanceof ClosedByInterruptException) {
        this.ioe = null;
        Thread var2 = new Thread(var1) {
            public void interrupt() {
            }
        };
        var2.start();

        while(true) {
            try {
                var2.join();
                break;
            } catch (InterruptedException var4) {
                ;
            }
        }

        Thread.currentThread().interrupt();
    }

    if (this.ioe != null) {
        throw new IOException("Unable to establish loopback connection", this.ioe);
    } else {
        return null;
    }
}

首先产生LoopbackConnector 对象，是Initializer的内部类，而且实现了Runnable接口：

private class LoopbackConnector implements Runnable {
	private LoopbackConnector() {
	}
}

其实现的run方法如下：

public void run() {
    ServerSocketChannel var1 = null;
    SocketChannel var2 = null;
    SocketChannel var3 = null;

    try {
        ByteBuffer var4 = ByteBuffer.allocate(16);
        ByteBuffer var5 = ByteBuffer.allocate(16);
        InetAddress var6 = InetAddress.getByName("127.0.0.1");

        assert var6.isLoopbackAddress();

        InetSocketAddress var7 = null;

        while(true) {
            if (var1 == null || !var1.isOpen()) {
                var1 = ServerSocketChannel.open();
                var1.socket().bind(new InetSocketAddress(var6, 0));
                var7 = new InetSocketAddress(var6, var1.socket().getLocalPort());
            }

            var2 = SocketChannel.open(var7);
            PipeImpl.RANDOM_NUMBER_GENERATOR.nextBytes(var4.array());

            do {
                var2.write(var4);
            } while(var4.hasRemaining());

            var4.rewind();
            var3 = var1.accept();

            do {
                var3.read(var5);
            } while(var5.hasRemaining());

            var5.rewind();
            if (var5.equals(var4)) {
                PipeImpl.this.source = new SourceChannelImpl(Initializer.this.sp, var2);
                PipeImpl.this.sink = new SinkChannelImpl(Initializer.this.sp, var3);
                break;
            }

            var3.close();
            var2.close();
        }
    } catch (IOException var18) {
        try {
            if (var2 != null) {
                var2.close();
            }

            if (var3 != null) {
                var3.close();
            }
        } catch (IOException var17) {
            ;
        }

        Initializer.this.ioe = var18;
    } finally {
        try {
            if (var1 != null) {
                var1.close();
            }
        } catch (IOException var16) {
            ;
        }

    }

}

在这个run方法中首先定义了三个Channel一个ServerSocketChannel和两个SocketChannel，然后申请了两个十六字节的ByteBuffer缓冲区，定义了一个回送地址var6；在while循环中先检查ServerSocketChannel是否开启了，若没有则需要调用open方法开启并赋值给var1，绑定地址为var6即回送地址，端口为0，令var7这个InetSocketAddress对象的地址是var6，端口是ServerSocketChannel的端口；ServerSocketChannel初始化完毕，初始化一个SocketChannel即var2，通过刚才的var7这个InetSocketAddress对象和ServerSocketChannel建立连接；

在PipeImpl里有一个静态成员：

private static final Random RANDOM_NUMBER_GENERATOR = new SecureRandom();

RANDOM_NUMBER_GENERATOR 听名字就知道它是用来生成随机数；
通过RANDOM_NUMBER_GENERATOR将从生成的随机数存放在其中一个缓冲区ByteBuffer（var4）中，然后通过刚才连接好的SocketChannel即var2的write方法写入缓冲区中的所有可用数据发送给ServerSocketChannel；令var4缓冲区标志置0；接着ServerSocketChannel调用accept方法侦听刚才的连接产生一个SocketChannel对象var3，从var3中读取数据存放在缓冲区var5中，令var5缓冲区标志置0；然后比较var4和var5中的内容是否一致，若是一致则给PipeImpl的成员source和sink分别初始化保存起来，若不一致就继续循环，不断地重复上述过程，直至Pipe通道成功建立；至此结束LoopbackConnector的run方法。
其在连接建立的过程中若是出现了异常会通过Initializer的ioe成员保存异常。

再回到Initializer的run方法，在完成LoopbackConnector的run方法后，再根据ioe判读是否在刚才的连接建立中出现了ClosedByInterruptException异常，若是出现还需要通过线程启动LoopbackConnector的run方法直至其结束；若不是ClosedByInterruptException异常则直接抛出IOException。

至此PipeImpl的构造结束，再回到WindowsSelectorImpl的构造，通过上述的操作产生的PipeImpl对象就赋值给了wakeupPipe成员；wakeupPipe的source就是刚才产生的SourceChannelImpl对象，wakeupPipe的sink就是刚才产生的SinkChannelImpl对象，再使用wakeupSourceFd保存source的fdVal值和wakeupSinkFd保存sink的fdVal值；并且禁用Nagle算法，最后使用pollWrpper成员保存source的fdVal值。

上述建立的这个连接通道的主要目的不是为了确保能建立连接，而是为了解决Selector的select方法的阻塞问题，调用select方法时只有注册在Selector上的channel有事件就绪时才会被唤醒，而Selector提供的wakeup方法就利用了上述建立好的通道，通过SinkChannel给SourceChannel发送信号量，使得select被唤醒，具体实现会在后续的博客给出。

Selector到此创建完毕。