Java NIO的wakeup剖析
java NIO的實(shí)現(xiàn)中，有不少細(xì)節(jié)點(diǎn)非常有學(xué)習(xí)意義的，就好比下面的這個(gè)點(diǎn)：
Selector的 wakeup原理是什么？是如何實(shí)現(xiàn)的？
wakeup()
準(zhǔn)確來(lái)說(shuō)，應(yīng)該是Selector的wakeup()，即Selector的喚醒，為什么要有這個(gè)喚醒操作呢？那還得從Selector的選擇方式 來(lái)說(shuō)明，前文已經(jīng)總結(jié)過(guò)Selector的選擇方式有三種：select()、select(timeout)、selectNow()。
selectNow的選擇過(guò)程是非阻塞的，與wakeup沒(méi)有太大關(guān)系。
select(timeout)和select()的選擇過(guò)程是阻塞的，其他線程如果想終止這個(gè)過(guò)程，就可以調(diào)用wakeup來(lái)喚醒。
wakeup的原理
既然Selector阻塞式選擇因?yàn)檎业礁信d趣事件ready才會(huì)返回(排除超時(shí)、中斷)，就給它構(gòu)造一個(gè)感興趣事件ready的場(chǎng)景即可。下圖可以比較形象的形容wakeup原理：
Selector管轄的FD(文件描述符，linux即為fd，對(duì)應(yīng)一個(gè)文件，windows下對(duì)應(yīng)一個(gè)句柄；每個(gè)可選擇Channel在創(chuàng)建的時(shí) 候，就生成了與其對(duì)應(yīng)的FD，Channel與FD的聯(lián)系見(jiàn)另一篇)中包含某一個(gè)FD A， A對(duì)數(shù)據(jù)可讀事件感興趣，當(dāng)往圖中漏斗端放入(寫(xiě)入)數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)會(huì)流進(jìn)A，于是A有感興趣事件ready，最終，select得到結(jié)果而返回。
wakeup在Selector中的定義如下：
- public abstract Selector wakeup();
下面結(jié)合上圖來(lái)追尋wakeup的實(shí)現(xiàn)：
linux下Selector默認(rèn)實(shí)現(xiàn)為PollSelectorImpl，當(dāng)內(nèi)核版本大于2.6時(shí)，實(shí)現(xiàn)為EPollSelectorImpl，僅看這兩者的wakeup方法，代碼似乎完全一樣：
- public Selector wakeup() {
- synchronized (interruptLock) {
- if (!interruptTriggered) {
- pollWrapper.interrupt();
- interruptTriggered = true;
- }
- }
- return this;
- }
window下Selector的實(shí)現(xiàn)為WindowsSelectorImpl，其wakeup實(shí)現(xiàn)如下：
- public Selector wakeup() {
- synchronized (interruptLock) {
- if (!interruptTriggered) {
- setWakeupSocket();
- interruptTriggered = true;
- }
- }
- return this;
- }
其中interruptTriggered為中斷已觸發(fā)標(biāo)志，當(dāng)pollWrapper.interrupt()之后，該標(biāo)志即為true了；得益于這個(gè)標(biāo)志，連續(xù)兩次wakeup，只會(huì)有一次效果。
對(duì)比上圖及上述代碼，其實(shí)pollWrapper.interrupt()及setWakeupSocket()就是圖中的往漏斗中倒水的過(guò)程，不 管windows也好，linux也好，它們wakeup的思想是完全一致的，不同的地方就在于實(shí)現(xiàn)的細(xì)節(jié)了，例如上圖中漏斗與通道的鏈接部 分，linux下是采用管道pipe來(lái)實(shí)現(xiàn)的，而windows下是采用兩個(gè)socket之間的通訊來(lái)實(shí)現(xiàn)的，它們都有這樣的特性：
1）都有兩個(gè)端，一個(gè) 是read端，一個(gè)是write端，windows中兩個(gè)socket也是一個(gè)扮演read的角色，一個(gè)扮演write的角色；
2）當(dāng)往write端寫(xiě)入 數(shù)據(jù)，則read端即可以收到數(shù)據(jù);從它們的特性可以看出，它們是能夠勝任這份工作的。
如果只想理解wakeup的原理，看到這里應(yīng)該差不多了，不過(guò)，下面，想繼續(xù)深入一下，滿足更多人的好奇心。
先看看linux下PollSelector的具體wakeup實(shí)現(xiàn)，分階段來(lái)介紹：
1） 準(zhǔn)備階段
PollSelector在構(gòu)造的時(shí)候，就將管道pipe，及wakeup專(zhuān)用FD給準(zhǔn)備好，可以看一下它的實(shí)現(xiàn)：
- PollSelectorImpl(SelectorProvider sp) {
- super(sp, 1, 1);
- int[] fdes = new int[2];
- IOUtil.initPipe(fdes, false);
- fd0 = fdes[0];
- fd1 = fdes[1];
- pollWrapper = new PollArrayWrapper(INIT_CAP);
- pollWrapper.initInterrupt(fd0, fd1);
- channelArray = new SelectionKeyImpl[INIT_CAP];
- }
IOUtil.initPipe，采用系統(tǒng)調(diào)用pipe(int fd[2])來(lái)創(chuàng)建管道，fd[0]即為ready端，fd[1]即為write端。
另一個(gè)需要關(guān)注的點(diǎn)就是pollWrapper.initInterrupt(fd0, fd1)，先看一下它的實(shí)現(xiàn)：
- void initInterrupt(int fd0, int fd1) {
- interruptFD = fd1;
- putDescriptor(0, fd0);
- putEventOps(0, POLLIN);
- putReventOps(0, 0);
- }
以看到，initInterrupt在準(zhǔn)備wakeup專(zhuān)用FD，因?yàn)閒d0是read端fd，fd1是write端fd：
interruptFD被初始化為write端fd；
putDescriptor(0, fd0)初始化pollfd數(shù)組中的***個(gè)pollfd,即指PollSelector關(guān)注的***個(gè)fd，即為fd0；
putEventOps(0, POLLIN)初始化fd0對(duì)應(yīng)pollfd中的events為POLLIN,即指fd0對(duì)可讀事件感興趣；
putReventOps(0, 0)只是初始化一下fd0對(duì)應(yīng)的pollfd中的revents;
2） 執(zhí)行階段
有了前面的準(zhǔn)備工作，就看PollArrayWrapper中的interrupt()實(shí)現(xiàn)：
- public void interrupt() {
- interrupt(interruptFD);
- }
interrupt是native方法，它的入?yún)nterruptFD即為準(zhǔn)備階段管道的write端fd，對(duì)應(yīng)于上圖，其實(shí)就是漏斗端，因此，就是不看其實(shí)現(xiàn)，也知道它肯定扮演著倒水的這個(gè)動(dòng)作，看其實(shí)現(xiàn)：
- JNIEXPORT void JNICALL
- Java_sun_nio_ch_PollArrayWrapper_interrupt(JNIEnv *env, jobject this, jint fd)
- {
- int fakebuf[1];
- fakebuf[0] = 1;
- if (write(fd, fakebuf, 1) < 0) {
- JNU_ThrowIOExceptionWithLastError(env,
- "Write to interrupt fd failed");
- }
- }
可以看出，interrupt(interruptFD)是往管道的write端fd1中寫(xiě)入一個(gè)字節(jié)(write(fd, fakebuf, 1))。
是的，只需要往fd1中寫(xiě)入一個(gè)字節(jié)，fd0即滿足了可讀事件ready，則Selector自然會(huì)因?yàn)橛惺录eady而中止阻塞返回。
EPollSelector與PollSelector相比，其wakeup實(shí)現(xiàn)就只有initInterrupt不同，它的實(shí)現(xiàn)如下：
- void initInterrupt(int fd0, int fd1) {
- outgoingInterruptFD = fd1;
- incomingInterruptFD = fd0;
- epollCtl(epfd, EPOLL_CTL_ADD, fd0, EPOLLIN);
- }
epfd之前的篇章里已經(jīng)講過(guò)，它是通過(guò)epoll_create創(chuàng)建出來(lái)的epoll文件fd，epollCtl調(diào)用內(nèi)核epoll_ctl實(shí)現(xiàn)了往epfd上添加fd0，且其感興趣事件為可讀(EPOLLIN)。
因此可以斷定，EPollSelector與PollSelector的wakeup實(shí)現(xiàn)是一致的。
因?yàn)橹耙恢睂?zhuān)注與分析linux下的Java NIO實(shí)現(xiàn)，忽略了windows下的選擇過(guò)程等，這里突然講解其wakeup實(shí)現(xiàn)似乎很突兀，所以打算后面專(zhuān)門(mén)起一篇來(lái)介紹windows下的NIO實(shí) 現(xiàn)，這里我們只需要理解wakeup原理，甚至自己去看看其wakeup實(shí)現(xiàn)，應(yīng)該也沒(méi)什么難度。
關(guān)于wakeup，這里還有兩個(gè)疑問(wèn)：
為什么wakeup方法返回Selector？
windows下也是有pipe的，為什么使用socket而不是使用pipe來(lái)實(shí)現(xiàn)wakeup的？
也歡迎大家留下自己的想法，一起討論。
原文鏈接：http://goldendoc.iteye.com/blog/1152079
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