netty之NioEventLoop源码分析

前言

1. 本篇分析之前，先对自己提几个问题
   1.1 默认情况下，Netty服务端起多少线程？何时启动？
   1.2 Netty是如何解决jdk空轮询bug的？
   1.3 Netty如何保证异步串行无锁化？
2. 本篇按照以下步骤进行解析
   2.1 NioEventLoop创建
   2.2 NioEventLoop启动
   2.3 NioEventLoop执行逻辑

NioEventLoop创建

1. 默认nThreads=0，所以默认线程数为CPU核数*2
   

线程执行器ThreadPerTaskExecutor

1. 创建线程执行器ThreadPerTaskExecutor（见下图红色标记部分1）
   1.1 ThreadPerTaskExecutor的execute方法会根据线程工厂创建线程并立马启动（见下方第二个截图）
   1.2 跟进threadFactory.newThread会创建FastThreadLocalThread线程
   1.3 线程命名规则： prefix = poolName + ‘-’ + poolId.incrementAndGet() + ‘-’ + nextId.incrementAndGet()
   –>nioEventLoopGroup + '- ’ + 2 + xx
   
   

创建并初始化children

1. 伪代码展示
   1.1 executor为上面解析的线程执行器

   EventExecutor[] children = = new EventExecutor[nThreads];
   for (int i = 0; i < nThreads; i ++) {
   	children[i] = newChild(executor, args);
   }
   

2. 由下图可知由newChild()方法创建NioEventLoop
   
3. NioEventLoop初始化
   3.1 保存线程执行器ThreadPerTaskExecutor
   3.2 创建一个MpscQueue
   3.3 创建一个selector
   
   (1) taskQueue：外部线程执行netty任务时，如果判断不是在NioEventLoop线程里执行，则塞到任务队列，然后由
   NioEventLoop线程去执行

创建新连接选择器chooser

1. 伪代码展示

   	EventExecutor[] children  //数组里元素为上面创建的NioEventLoop
   	EventExecutorChooserFactory.EventExecutorChooser chooser = chooserFactory.newChooser(children);
   

2. 上图展示了新连接循环获取NioEventLoop的过程
3. netty对上述实现做了优化
3.1 在计算机底层&操作（二进制运算）比取模操作（底层库实现）高效

NioEventLoop启动

1. 下图是启动入口
   
   
   1.1 在上图执行execute()方法之前，此时EventLoop中的thread属性为空

2. 下图NioEventLoop启动的详细逻辑
   2.1 将任务放入队列taskQueue
   2.2 如果当前线程不是eventLoop的线程，则启动线程：startThread
   (1) 将当前线程赋值给eventLoop的thread属性
   （2）最终触发线程执行器的execute()方法：ThreadPerTaskExecutor#execute
   

NioEventLoop执行

1. 下图是NioEventLoop执行的入口
   1.1 由红色标记部分进入NioEventLoop#run()方法
   
2. NioEventLoop#run()方法解析

   	for (;;) {
   		if (!hasTasks()) {//队列中没有任务
   	   			strategy = select(curDeadlineNanos); //轮询注册到select的IO事件
   	    }
   	    if (strategy > 0) {
   	    	final long ioStartTime = System.nanoTime();
   	    	try{
   	    		processSelectedKeys(); //处理IO相关的逻辑
   	    	}finally{
   	    			final long ioTime = System.nanoTime() - ioStartTime;
   	    			ranTasks = runAllTasks(ioTime * (100 - ioRatio) / ioRatio); //处理外部线程扔到taskQueue里的任务
   	    	}  	
   	    }
   	}
   

轮询注册到select的IO事件select()

1. deadlineNanos
   1.1 如果没有设置deadlineNanos，则selector会一直阻塞，除非轮询到一个事件
   1.2 如果设置deadlineNanos<=0,则立即返回
   1.3 如果设置deadlineNanos>0,则设置超时时间
   
2. 通过调用栈发现，轮询到key会添加到SelectedSelectionKeySet
   2.1 SelectedSelectionKeySet底层是由数组SelectionKey[]存放key (netty的优化部分)
   （1）有set变为数组，降低查询时间复杂度
3. 怎样将自定义的SelectedSelectionKeySet融入到Selector中
   3.1 入口在NioEventLoop#openSelector(),通过反射替换（见下图）
   

处理IO相关的逻辑 processSelectedKeys()

1. 遍历轮询到的key:selectedKeys
   1.1 取出key的attachment为NioChannel
   1.2 根据不同事件进行相应的处理（见下图）
   

处理异步任务队列 runAllTasks

1. 任务的聚合
   1.1 任务分为：普通任务和定时任务
2. 任务的执行

避免jdk空轮询的bug:unexpectedSelectorWakeup

1. 通过上图发现，当轮询次数超过阈值（默认512）后，重新构建Selector
2. 构建方式
   2.1 创建新的selector
   2.2 将旧的selector的key转移到新的selector上
   2.3 删掉旧的selector上的key

final Selector oldSelector = selector;
final SelectorTuple newSelectorTuple = openSelector();
for (SelectionKey key: oldSelector.keys()) {
	Object a = key.attachment();
	int interestOps = key.interestOps();
	key.cancel(); //删掉旧的
    SelectionKey newKey = key.channel().register(newSelectorTuple.unwrappedSelector, interestOps, a);
       if (a instanceof AbstractNioChannel) {
           // Update SelectionKey
           ((AbstractNioChannel) a).selectionKey = newKey; //构建新的
       }
}
selector = newSelectorTuple.selector;