Netty中的select和epoll

1.select

select的原理以下：

用户程序发起读操做后，将阻塞查询读数据是否可用，直到内核准备好数据后，用户程序才会真正的读取数据。

poll与select的原理类似，用户程序都要阻塞查询事件是否就绪，但poll没有最大文件描述符的限制。

2.epoll

epoll是select和poll的改进，原理图以下：

epoll使用“事件”的方式通知用户程序数据就绪，而且使用内存拷贝的方式使用户程序直接读取内核准备好的数据，不用再读取数据
使用Netty构建服务器时，须要指定parent线程池和child线程池，parent线程负责监听端口，一旦有链接接入，则注册到child线程池中的一个线程上，该链接的IO操做/任务都由该线程完成。
换句话说，一个线程会负责多个链接的IO操做，也就是多路复用。Netty底层是使用系统提供的select或者epoll来实现多路复用的。

先来科普下select/poll/epoll。

3.select/poll

服务端创建每一个链接，至关于打开文件，会得到对应的文件描述符（fd），相同的源IP/源端口/目标IP/目标端口对应同一个fd。

select和poll是类似的，不同的地方是，select是使用数组，有链接数限制，而poll使用链表，无链接数限制。

监听链接时，从用户层的角度看，
（1）会构建3个fd数组，分别关注读/写/异常事件，设置超时时间，调用系统提供的select方法。
（2）调用select方法时，须要将fd数组传到内核态，等待部分fd就绪后，把fd数组（包含就绪状态）返回到用户态
（3）用户程序对fd数组进行遍历，处理就绪的fd
（4）从新调用select方法。

能够看出很差的地方是（1）每次都要传入fd数组，返回整个fd数组，致使了大量在用户空间和内核空间的相互拷贝。
（2）用户程序仍须要遍历fd数组才能找出就绪的fd

从系统层的角度看，调用select方法时
（1）遍历fd数组，对于每一个fd，调用其对应的poll方法（由设备对应的驱动程序实现），将fd所在线程加入等待队列，而且检查就绪状态，记录感兴趣的就绪状态。
（2）若是存在感兴趣的就绪状态，直接返回
（3）若是不存在感兴趣的就绪状态，进入休眠，等待fd就绪后，会唤醒等待队列中的线程
（4）被唤醒后，重复1-4的操做。

能够看出很差的地方是每次都须要检查全部fd。

epoll
epoll相对select改善了不少。
（1）在使用epoll时，首先会构建epoll对象。
（2）有链接接入时，会插入到epoll对象中，epoll对象里实际是一个红黑树+双向链表，fd插入到红黑树中，经过红黑树查找到是否重复
（3）一旦fd就绪，会触发回调把fd的插入到就绪链表中，并唤醒等待队列中的线程。
（4）调用epoll_wait方法时只须要检查就绪链表，若有则返回给用户程序，如没有进入等待队列。

因为epoll把fd管理起来，不须要每次都重复传入，并且只返回就绪的fd，所以减小了用户空间和内核空间的相互拷贝，在fd数量庞大的时候更加高效。

Netty能够选择使用不一样的多路复用技术。

NioEventLoop
NioEventLoop底层会根据系统选择select或者epoll。若是是windows系统，则底层使用WindowsSelectorProvider（select）实现多路复用；若是是linux，则使用epoll

当为select模式，在NioEventLoop对应的Selector中会维护着newKeys，updateKeys，cancelledKeys，分别是新增的fd，更新fd的感兴趣状态，取消fd监听。每当链接接入，或者断连，都会调用NioEventLoop的注册/解除注册方法，更新这几个集合。（这里是JDK11的实现，在JDK8中则直接更新PollArrayWrapper）

NioEventLoop在运行的时候，会不断的监听注册的链接，核心逻辑在doSelect方法中，主要的几个操做是
（1）processUpdateQueue，将newKeys，updateKeys，cancelledKeys中的key更新到PollArrayWrapper中
（2）subSelector.poll()，这里实际是调用native方法，会将PollArrayWrapper的fd拷贝至readFds/writeFds/exceptFds，并监听这些fd。

private native int poll0(long pollAddress, int numfds,

int[] readFds, int[] writeFds, int[] exceptFds, long timeout);

1
2
（3）updateSelectedKeys，遍历freadFds/writeFds/exceptFds，将就绪的fd存储到selectedKey中

当存在fd就绪后，doSelect方法返回，应用程序能够遍历selectedKey进行处理。

EpollEventLoop
EpollEventLoop底层使用epoll实现多路复用。

EpollEventLoop中会初始化epollFd、eventFd、timerFd。

epollFd是调用系统方法生成的epoll对象，后续会使用其管理全部须要监听的fd
eventFd是用于线程通信，程序会把eventFd添加到epollFd中，监听eventFd，一旦eventFd有操做，则会唤醒调用epoll_wait的线程。
timerFd是用于计时，一样的监听timerFd，一旦时间到达，则会唤醒调用epoll_wait的线程。
每当链接接入或者断连，都会调用epoll_ctl_add/epoll_ctl_del方法来操做epoll对象。

在EpollEventLoop的run方法中，会调用epoll_wait来监听全部fd，一旦有fd就绪，会拷贝至EpollEventArray中，应用程序遍历EpollEventArray处理全部就绪事件。
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