Java NIO类库Selector机制解析（下）

Java NIO类库Selector机制解析（下）

 

 

 

赵锟　　 陈皓

 

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五、 迷惑不解 : 为什么要自己消耗资源？

 

 

令人不解的是为什么我们的Java的New I/O要设计成这个样子？如果说老的I/O不能多路复用，如下图所示，要开N多的线程去挨个侦听每一个Channel (文件描述符) ，如果这样做很费资源，且效率不高的话。那为什么在新的I/O机制依然需要自己连接自己，而且，还是重复连接，消耗双倍的资源？

 

 

通过WEB搜索引擎没有找到为什么。只看到N多的人在报BUG，但SUN却没有任何解释。

 

 

下面一个图展示了，老的IO和新IO的在网络编程方面的差别。看起来NIO的确很好很强大。但似乎比起C/C++来说，Java的这种实现会有一些不必要的开销。

 

 

<shapetype id="_x0000_t75" stroked="f" filled="f" path="m@4@5l@4@11@9@11@9@5xe" o:preferrelative="t" o:spt="75" coordsize="21600,21600"><stroke joinstyle="miter"></stroke><formulas><f eqn="if lineDrawn pixelLineWidth 0"></f><f eqn="sum @0 1 0"></f><f eqn="sum 0 0 @1"></f><f eqn="prod @2 1 2"></f><f eqn="prod @3 21600 pixelWidth"></f><f eqn="prod @3 21600 pixelHeight"></f><f eqn="sum @0 0 1"></f><f eqn="prod @6 1 2"></f><f eqn="prod @7 21600 pixelWidth"></f><f eqn="sum @8 21600 0"></f><f eqn="prod @7 21600 pixelHeight"></f><f eqn="sum @10 21600 0"></f></formulas><path o:connecttype="rect" gradientshapeok="t" o:extrusionok="f"></path><lock aspectratio="t" v:ext="edit"></lock></shapetype><shape id="_x0000_i1025" style="WIDTH: 341.25pt; HEIGHT: 411.75pt" type="#_x0000_t75"><imagedata o:title="" src="file:///C:%5CDOCUME~1%5CHAO~1.CHE%5CLOCALS~1%5CTemp%5Cmsohtml1%5C03%5Cclip_image001.png"></imagedata></shape>

 

 

 

六、 它山之石 : 从Apache的Mina框架了解Selector

 

 

上面的调查没过多长时间，正好同学赵锟的一个同事也在开发网络程序，这位仁兄使用了Apache的Mina框架。当我们把Mina框架的源码研读了一下后。发现在Mina中有这么一个机制：

 

 

1）Mina框架会创建一个Work对象的线程。

2）Work对象的线程的run()方法会从一个队列中拿出一堆Channel，然后使用Selector.select()方法来侦听是否有数据可以读/写。

3）最关键的是，在select的时候，如果队列有新的Channel加入，那么，Selector.select()会被唤醒，然后重新select最新的Channel集合。

4）要唤醒select方法，只需要调用Selector的wakeup()方法。

 

 

对于熟悉于系统调用的C/C++程序员来说，一个阻塞在select上的线程有以下三种方式可以被唤醒：

1） 有数据可读/写，或出现异常。

2） 阻塞时间到，即time out。

3） 收到一个non-block的信号。可由kill或pthread_kill发出。

所以，Selector.wakeup()要唤醒阻塞的select，那么也只能通过这三种方法，其中：

 

 

1）第二种方法可以排除，因为select一旦阻塞，应无法修改其time out时间。

2）而第三种看来只能在Linux上实现，Windows上没有这种信号通知的机制。

 

 

所以，看来只有第一种方法了。再回想到为什么每个Selector.open()，在Windows会建立一对自己和自己的loopback的TCP连接；在Linux上会开一对pipe（pipe在Linux下一般都是成对打开），估计我们能够猜得出来——那就是如果想要唤醒select，只需要朝着自己的这个loopback连接发点数据过去，于是，就可以唤醒阻塞在select上的线程了。

 

 

七、 真相大白 : 可爱的Java你太不容易了

 

 

使用Linux下的strace命令，我们可以方便地证明这一点。参看下图。图中，请注意下面几点：

1） 26654是主线程，之前我输出notify the select字符串是为了做一个标记，而不至于迷失在大量的strace log中。

2） 26662是侦听线程，也就是select阻塞的线程。

3） 图中选中的两行。26654的write正是wakeup()方法的系统调用，而紧接着的就是26662的epoll_wait的返回。

 

<shape id="_x0000_i1026" style="WIDTH: 6in; HEIGHT: 287.25pt" type="#_x0000_t75"><imagedata o:title="" src="file:///C:%5CDOCUME~1%5CHAO~1.CHE%5CLOCALS~1%5CTemp%5Cmsohtml1%5C03%5Cclip_image003.png"><font face="Times New Roman" size="3"></font></imagedata></shape>

 

 

从上图可见，这和我们之前的猜想正好一样。可见，JDK的Selector自己和自己建的那些TCP连接或是pipe，正是用来实现Selector的notify和wakeup的功能的。

 

 

这两个方法完全是来模仿Linux中的的kill和pthread_kill给阻塞在select上的线程发信号的。但因为发信号这个东西并不是一个跨平台的标准（pthread_kill这个系统调用也不是所有Unix/Linux都支持的），而pipe是所有的Unix/Linux所支持的，但Windows又不支持，所以，Windows用了TCP连接来实现这个事。

 

 

关于Windows，我一直在想，Windows的防火墙的设置是不是会让Java的类似的程序执行异常呢？呵呵。如果不知道Java的SDK有这样的机制，谁知道会有多少个程序为此引起的问题度过多少个不眠之夜，尤其是Java程序员。

 

 

八、 后记

 

 

文章到这里是可以结束了，但关于Java NIO的Selector引出来的其它话题还有许多，比如关于GNU 的Java编译器又是如何，它是否会像Sun的Java解释器如此做傻事？我在这里先卖一个关子，关于GNU的Java编译器，我会在另外一篇文章中讲述，近期发布，敬请期待。

 

 

关于本文中所使用的实验平台如下：

· Windows：Windows XP + SP2, Sun J2SE (build 1.7.0-ea-b23)

· Linux：Ubuntu 7.10 + Linux Kernel 2.6.22-14-generic, J2SE (build 1.6.0_03-b05)

 

 

本文主要的调查工作由我的大学同学赵锟完成，我帮其验证调查成果及猜想。在此也向大家介绍我的大学同学赵锟，他也是一个技术高手，在软件开发方面，特别是Unix/Linux C/C++方面有着相当的功底，相信自此以后，会有很多文章会由我和他一同发布。

 

 

本篇文章由我成文。但其全部著作权和版权归赵锟和我共同所有。我们欢迎大家转载，但希望保持整篇文章的完整性，并请勿用于任何商业用途。谢谢。

 

 

如果有任何问题，欢迎使用MSN和邮件和我联系：[e-mail]。

 

 

 

 

 

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