内容简介:netty最核心的就是reactor线程,对应项目中使用广泛的NioEventLoop,那么NioEventLoop里面到底在干些什么事?netty是如何保证事件循环的高效轮询和任务的及时执行?又是如何来优雅地fix掉jdk的nio bug?带着这些疑问,本篇文章将庖丁解牛,带你逐步了解netty reactor线程的真相[源码基于4.1.6.Final]NioEventLoop的run方法是reactor线程的主体,在第一次添加任务的时候被启动NioEventLoop 父类 SingleThreadEv
netty最核心的就是reactor线程,对应项目中使用广泛的NioEventLoop,那么NioEventLoop里面到底在干些什么事?netty是如何保证事件循环的高效轮询和任务的及时执行?又是如何来优雅地fix掉jdk的nio bug?带着这些疑问,本篇文章将庖丁解牛,带你逐步了解netty reactor线程的真相[源码基于4.1.6.Final]
reactor 线程的启动
NioEventLoop的run方法是reactor线程的主体,在第一次添加任务的时候被启动
NioEventLoop 父类 SingleThreadEventExecutor 的execute方法
@Override public void execute(Runnable task) { ... boolean inEventLoop = inEventLoop(); if (inEventLoop) { addTask(task); } else { startThread(); addTask(task); ... } ... } 复制代码
外部线程在往任务队列里面添加任务的时候执行 startThread()
,netty会判断reactor线程有没有被启动,如果没有被启动,那就启动线程再往任务队列里面添加任务
private void startThread() { if (STATE_UPDATER.get(this) == ST_NOT_STARTED) { if (STATE_UPDATER.compareAndSet(this, ST_NOT_STARTED, ST_STARTED)) { doStartThread(); } } } 复制代码
SingleThreadEventExecutor 在执行 doStartThread
的时候,会调用内部执行器 executor
的execute方法,将调用NioEventLoop的run方法的过程封装成一个runnable塞到一个线程中去执行
private void doStartThread() { ... executor.execute(new Runnable() { @Override public void run() { thread = Thread.currentThread(); ... SingleThreadEventExecutor.this.run(); ... } } } 复制代码
该线程就是 executor
创建,对应netty的reactor线程实体。 executor
默认是 ThreadPerTaskExecutor
默认情况下, ThreadPerTaskExecutor
在每次执行 execute
方法的时候都会通过 DefaultThreadFactory
创建一个 FastThreadLocalThread
线程,而这个线程就是netty中的reactor线程实体
ThreadPerTaskExecutor
public void execute(Runnable command) { threadFactory.newThread(command).start(); } 复制代码
关于为啥是 ThreadPerTaskExecutor
和 DefaultThreadFactory
的组合来new一个 FastThreadLocalThread
,这里就不再详细描述,通过下面几段代码来简单说明
标准的netty程序会调用到 NioEventLoopGroup
的父类 MultithreadEventExecutorGroup
的如下代码
protected MultithreadEventExecutorGroup(int nThreads, Executor executor, EventExecutorChooserFactory chooserFactory, Object... args) { if (executor == null) { executor = new ThreadPerTaskExecutor(newDefaultThreadFactory()); } } 复制代码
然后通过newChild的方式传递给 NioEventLoop
@Override protected EventLoop newChild(Executor executor, Object... args) throws Exception { return new NioEventLoop(this, executor, (SelectorProvider) args[0], ((SelectStrategyFactory) args[1]).newSelectStrategy(), (RejectedExecutionHandler) args[2]); } 复制代码
关于reactor线程的创建和启动就先讲这么多,我们总结一下:netty的reactor线程在添加一个任务的时候被创建,该线程实体为 FastThreadLocalThread
(这玩意以后会开篇文章重点讲讲),最后线程执行主体为 NioEventLoop
的 run
方法。
reactor 线程的执行
那么下面我们就重点剖析一下 NioEventLoop
的run方法
@Override protected void run() { for (;;) { try { switch (selectStrategy.calculateStrategy(selectNowSupplier, hasTasks())) { case SelectStrategy.CONTINUE: continue; case SelectStrategy.SELECT: select(wakenUp.getAndSet(false)); if (wakenUp.get()) { selector.wakeup(); } default: // fallthrough } processSelectedKeys(); runAllTasks(...); } } catch (Throwable t) { handleLoopException(t); } ... } 复制代码
我们抽取出主干,reactor线程做的事情其实很简单,用下面一幅图就可以说明
reactor线程大概做的事情分为对三个步骤不断循环
1.首先轮询注册到reactor线程对用的selector上的所有的channel的IO事件
select(wakenUp.getAndSet(false)); if (wakenUp.get()) { selector.wakeup(); } 复制代码
2.处理产生网络IO事件的channel
processSelectedKeys(); 复制代码
3.处理任务队列
runAllTasks(...); 复制代码
下面对每个步骤详细说明
select操作
select(wakenUp.getAndSet(false)); if (wakenUp.get()) { selector.wakeup(); } 复制代码
wakenUp
表示是否应该唤醒正在阻塞的select操作,可以看到netty在进行一次新的loop之前,都会将 wakeUp
被设置成false,标志新的一轮loop的开始,具体的select操作我们也拆分开来看
1.定时任务截止事时间快到了,中断本次轮询
int selectCnt = 0; long currentTimeNanos = System.nanoTime(); long selectDeadLineNanos = currentTimeNanos + delayNanos(currentTimeNanos); for (;;) { long timeoutMillis = (selectDeadLineNanos - currentTimeNanos + 500000L) / 1000000L; if (timeoutMillis <= 0) { if (selectCnt == 0) { selector.selectNow(); selectCnt = 1; } break; } .... } 复制代码
我们可以看到,NioEventLoop中reactor线程的select操作也是一个for循环,在for循环第一步中,如果发现当前的定时任务队列中有任务的截止事件快到了(<=0.5ms),就跳出循环。此外,跳出之前如果发现目前为止还没有进行过select操作( if (selectCnt == 0)
),那么就调用一次 selectNow()
,该方法会立即返回,不会阻塞
这里说明一点,netty里面定时任务队列是按照延迟时间从小到大进行排序, delayNanos(currentTimeNanos)
方法即取出第一个定时任务的延迟时间
protected long delayNanos(long currentTimeNanos) { ScheduledFutureTask<?> scheduledTask = peekScheduledTask(); if (scheduledTask == null) { return SCHEDULE_PURGE_INTERVAL; } return scheduledTask.delayNanos(currentTimeNanos); } 复制代码
关于netty的任务队列(包括普通任务,定时任务,tail task)相关的细节后面会另起一片文章,这里不过多展开
2.轮询过程中发现有任务加入,中断本次轮询
for (;;) { // 1.定时任务截至事时间快到了,中断本次轮询 ... // 2.轮询过程中发现有任务加入,中断本次轮询 if (hasTasks() && wakenUp.compareAndSet(false, true)) { selector.selectNow(); selectCnt = 1; break; } .... } 复制代码
netty为了保证任务队列能够及时执行,在进行阻塞select操作的时候会判断任务队列是否为空,如果不为空,就执行一次非阻塞select操作,跳出循环
3.阻塞式select操作
for (;;) { // 1.定时任务截至事时间快到了,中断本次轮询 ... // 2.轮询过程中发现有任务加入,中断本次轮询 ... // 3.阻塞式select操作 int selectedKeys = selector.select(timeoutMillis); selectCnt ++; if (selectedKeys != 0 || oldWakenUp || wakenUp.get() || hasTasks() || hasScheduledTasks()) { break; } .... } 复制代码
执行到这一步,说明netty任务队列里面队列为空,并且所有定时任务延迟时间还未到(大于0.5ms),于是,在这里进行一次阻塞select操作,截止到第一个定时任务的截止时间
这里,我们可以问自己一个问题,如果第一个定时任务的延迟非常长,比如一个小时,那么有没有可能线程一直阻塞在select操作,当然有可能!But,只要在这段时间内,有新任务加入,该阻塞就会被释放
外部线程调用execute方法添加任务
@Override public void execute(Runnable task) { ... wakeup(inEventLoop); // inEventLoop为false ... } 复制代码
调用wakeup方法唤醒selector阻塞
protected void wakeup(boolean inEventLoop) { if (!inEventLoop && wakenUp.compareAndSet(false, true)) { selector.wakeup(); } } 复制代码
可以看到,在外部线程添加任务的时候,会调用wakeup方法来唤醒 selector.select(timeoutMillis)
阻塞select操作结束之后,netty又做了一系列的状态判断来决定是否中断本次轮询,中断本次轮询的条件有
selectedKeys != 0 hasTasks hasScheduledTasks() wakenUp.get()
4.解决jdk的nio bug
关于该bug的描述见 bugs.java.com/bugdatabase…
该bug会导致Selector一直空轮询,最终导致cpu 100%,nio server不可用,严格意义上来说,netty没有解决jdk的bug,而是通过一种方式来巧妙地避开了这个bug,具体做法如下
long currentTimeNanos = System.nanoTime(); for (;;) { // 1.定时任务截止事时间快到了,中断本次轮询 ... // 2.轮询过程中发现有任务加入,中断本次轮询 ... // 3.阻塞式select操作 selector.select(timeoutMillis); // 4.解决jdk的nio bug long time = System.nanoTime(); if (time - TimeUnit.MILLISECONDS.toNanos(timeoutMillis) >= currentTimeNanos) { selectCnt = 1; } else if (SELECTOR_AUTO_REBUILD_THRESHOLD > 0 && selectCnt >= SELECTOR_AUTO_REBUILD_THRESHOLD) { rebuildSelector(); selector = this.selector; selector.selectNow(); selectCnt = 1; break; } currentTimeNanos = time; ... } 复制代码
netty 会在每次进行 selector.select(timeoutMillis)
之前记录一下开始时间 currentTimeNanos
,在select之后记录一下结束时间,判断select操作是否至少持续了 timeoutMillis
秒(这里将 time - TimeUnit.MILLISECONDS.toNanos(timeoutMillis) >= currentTimeNanos
改成 time - currentTimeNanos >= TimeUnit.MILLISECONDS.toNanos(timeoutMillis)
或许更好理解一些), 如果持续的时间大于等于timeoutMillis,说明就是一次有效的轮询,重置 selectCnt
标志,否则,表明该阻塞方法并没有阻塞这么长时间,可能触发了jdk的空轮询bug,当空轮询的次数超过一个阀值的时候,默认是512,就开始重建selector
空轮询阀值相关的设置代码如下
int selectorAutoRebuildThreshold = SystemPropertyUtil.getInt("io.netty.selectorAutoRebuildThreshold", 512); if (selectorAutoRebuildThreshold < MIN_PREMATURE_SELECTOR_RETURNS) { selectorAutoRebuildThreshold = 0; } SELECTOR_AUTO_REBUILD_THRESHOLD = selectorAutoRebuildThreshold; 复制代码
下面我们简单描述一下netty 通过 rebuildSelector
来fix空轮询bug的过程, rebuildSelector
的操作其实很简单:new一个新的selector,将之前注册到老的selector上的的channel重新转移到新的selector上。我们抽取完主要代码之后的骨架如下
public void rebuildSelector() { final Selector oldSelector = selector; final Selector newSelector; newSelector = openSelector(); int nChannels = 0; try { for (;;) { for (SelectionKey key: oldSelector.keys()) { Object a = key.attachment(); if (!key.isValid() || key.channel().keyFor(newSelector) != null) { continue; } int interestOps = key.interestOps(); key.cancel(); SelectionKey newKey = key.channel().register(newSelector, interestOps, a); if (a instanceof AbstractNioChannel) { ((AbstractNioChannel) a).selectionKey = newKey; } nChannels ++; } break; } } catch (ConcurrentModificationException e) { // Probably due to concurrent modification of the key set. continue; } selector = newSelector; oldSelector.close(); } 复制代码
首先,通过 openSelector()
方法创建一个新的selector,然后执行一个死循环,只要执行过程中出现过一次并发修改selectionKeys异常,就重新开始转移
具体的转移步骤为
- 拿到有效的key
- 取消该key在旧的selector上的事件注册
- 将该key对应的channel注册到新的selector上
- 重新绑定channel和新的key的关系
转移完成之后,就可以将原有的selector废弃,后面所有的轮询都是在新的selector进行
最后,我们总结reactor线程select步骤做的事情:不断地轮询是否有IO事件发生,并且在轮询的过程中不断检查是否有定时任务和普通任务,保证了netty的任务队列中的任务得到有效执行,轮询过程顺带用一个计数器避开了了jdk空轮询的bug,过程清晰明了
由于篇幅原因,下面两个过程将分别放到一篇文章中去讲述,尽请期待
以上就是本文的全部内容,希望本文的内容对大家的学习或者工作能带来一定的帮助,也希望大家多多支持 码农网
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