java nio

1. 获取Selector

Selector selector = Selector.open();

 Selector.open()执行SelectorProvider.provider().openSelector();会先通过单例模式获取SelectorProvider。

如果provider不为空，则直接返回，如果为空，则通过java提供的访问安全控制获取SelectorProvider。

1. 查看系统配置是否有java.nio.channels.spi.SelectorProvider定义的配置，如果有，则通过反射实例话类并返回
2. 通过SPI查看是否有扩展的SelectorProvider。如果有返回
3. 通过DefaultSelectorProvider创建默认的SelectorProvider。

上图为linux的DefaultSelectorProvider，可以看到在linux内核在2.6以上的，使用的是EPollSelectorProvider。

在不同的系统DefaultSelectorProvider实现不一样。Windows返回WindowsSelectorProvider，linux返回的是EPollSelectorProvider。Mac返回的是KQueueSelectorProvider。

1. 然后调用相应SelectorProvider的openSelector()

以mac为例，实例化了一个KQueueSelectorImpl。KQueueSelectorImpl的继承关系如图

//构造函数

KQueueSelectorImpl(SelectorProvider var1) {

   //调用父类的构造函数，传入的是一个SelectorProvider，在Mac上是KQueueSelectorProvider

    super(var1);

   long var2 = IOUtil.makePipe(false);//native方法

   this.fd0 = (int)(var2 >>> 32);//高32位存放的是Pipe管道的读端的文件描述符

   this.fd1 = (int)var2;//低32位存放的是Pipe管道的写端的文件描述符

   this.kqueueWrapper = new KQueueArrayWrapper();

   this.kqueueWrapper.initInterrupt(this.fd0, this.fd1);

   this.fdMap = new HashMap();

   this.totalChannels = 1;

}

IOUtil.makePipe(false); 是一个static native方法，所以我们没办法查看源码。但是我们可以知道该函数返回了一个非堵塞的管道(pipe),底层是通过Linux的pipe系统调用实现的；创建了一个管道pipe并返回了一个64为的long型整数，该数的高32位存放了该管道读端的文件描述符，低32位存放了该pipe的写端的文件描述符。@link http://www.importnew.com/26258.htmlhttps://blog.youkuaiyun.com/u010853261/article/details/53464475

 

2.ServerSocketChannel serverSocketChannel = ServerSocketChannel.open();

ServerSocketChannel.open()执行了SelectorProvider.provider().openServerSocketChannel()，SelectorProvider.provider()和第一步一样，由于第一步已经获取了KQueueSelectorProvider，在直接执行KQueueSelectorProvider.openServerSocketChannel()。由于openServerSocketChannel()属于KQueueSelectorProvider的父类SelectorProviderImpl，返回的是ServerSocketChannelImpl。在各个系统一致。

ServerSocketChannelImpl(SelectorProvider var1) throws IOException {

       super(var1);

       this.fd = Net.serverSocket(true);////获取ServerSocket的文件描述符 

       this.fdVal = IOUtil.fdVal(this.fd);// //获取文件描述的id         

       this.state = 0;

    }

从上面来看，ServerSocketChannelImpl的初始化主要是初始化ServerSocket通道线程thread，地址绑定，接受连接同步锁，默认创建ServerSocketChannelImpl的状态为未初始化，文件描述和文件描述id，如果使用本地地址，则获取本地地址。

3.serverSocketChannel.configureBlocking(false);

此方法调用的是native方法，将通道设置为非阻塞模式

4. serverSocketChannel.socket().bind(new InetSocketAddress(2000));

调用socket()方法，返回ServerSocketAdaptor实例，调用ServerSocketAdaptor的bind(),然后调用ServerSocketChannelImpl的bind().进行端口绑定和监听。

1. serverSocketChannel.register(selector,SelectionKey.OP_ACCEPT);调用AbstractSelectableChannel.register()

首先判断该通道是否打开，以及SelectionKey是否合法是否为非阻塞模式。此方法也可以在通道上附带对象，方便后续使用。然后调用SelectorImpl.register()。调用KQueueSelectorImpl. implRegister()。将通道和selector进行绑定。

1. 循环调用KQueueSelectorImpl.select()查看是否有第五步注册的SelectionKey.OP_ACCEPT事件。Selector有三个方法进行select。一个是select()阻塞，直到有事件产生。select(timeout)超时阻塞，如果达到超时时间时没有事件则返回。selectNow()无论有没有事件立即返回。这三个方法都调用的SelectorImpl.lockAndDoSelect(),根据传入的超时事件进行区别。lockAndDoSelect是加锁的，线程安全的。如果有进行处理实际的C代码可以参考https://juejin.im/entry/5b51546df265da0f70070b93

 

byteBuffer

java提供了对通道的高速缓存byteBuffer。有三个关键字mark,position，limit，capacity

mark用于对当前position的标记

position表示当前可读写的指针，如果是向ByteBuffer对象中写入一个字节，那么就会向position所指向的地址写入这个字节，如果是从ByteBuffer读出一个字节，那么就会读出position所指向的地址读出这个字节，读写完成后，position加1

limit是可以读写的边界，当position到达limit时，就表示将ByteBuffer中的内容读完，或者将ByteBuffer写满了。

capacity是这个ByteBuffer的容量，上面的程序中调用ByteBuffer.allocate(128)就表示创建了一个容量为capacity字节的ByteBuffer对象。

每次读完后需要调用filp()进行反转后才能写，同样的每次写之前也需要调用filp()进行反转才能读。

 

总结

通过上面我们对源码的分析，javanio也是通过调用各个不同的系统实现不同的方式，然后绑定channel和selector，通过循环调用查询响应的事件，然后进行处理。Java nio在各个不同的系统使用的I/O模式都不相同，实际以系统为准，通过第一节对linux的I/O模型进行分析，linux下使用I/O复用模型，能够达到最好的效果。简述java nio的使用，第一步创建一个通道、一个selector，设置为非阻塞并且绑定到响应的端口，然后将通道注册到selector。通过selector的select()进行循环，查询出感兴趣的事件。