Netty之线程唤醒wakeup

原创
04/10 23:45
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首先回顾下, Netty中的IO线程主要完成三件事

1.轮询IO事件
2.处理IO事件
3.执行任务

在轮询IO事件的过程中,在Linux系统下, 使用epoll实现.
涉及的Netty代码如下

private void select() {

    // ...
    int selectedKeys = selector.select(timeoutMillis);
    // ...

}

具体源码位置:
io.netty.channel.nio.NioEventLoop#select

当IO线程执行以上代码的时候, 如果超时时间timeoutMillis还没有到达的情况下, IO线程就会处于阻塞状态. 这个时候如果非IO线程需要向对端写数据, 由于Netty是异步的框架, 它的实现是非IO线程将写数据封装成一个任务提交到IO线程的任务队列里.

当任务提交到任务队列后, 那么就会面临一个问题.此时的IO线程处于阻塞状态, 是否需要唤醒它呢?
答案是需要唤醒, 之所以要把它唤醒, 是需要让IO线程可以及时的处理刚刚非IO线程提交的任务.

@Override
protected void wakeup(boolean inEventLoop) {
    if (!inEventLoop && wakenUp.compareAndSet(false, true)) {
        // 唤醒IO线程
        selector.wakeup();
    }
}

源码位置: io.netty.channel.nio.NioEventLoop#wakeup


以上代码, 就是唤醒的代码, 主要调用的方法就是wakeup.

接下来通过查看它的系统调用, 弄清楚它到底是如何实现的.

代码如下

// WakeUp.java
import java.net.InetSocketAddress;
import java.nio.channels.SelectionKey;
import java.nio.channels.Selector;
import java.nio.channels.ServerSocketChannel;

public class WakeUp {

    public static void main(String[] args) throws Exception {

        ServerSocketChannel serverSocketChannel;

        Selector selector = Selector.open();
        serverSocketChannel = ServerSocketChannel.open();

        serverSocketChannel.socket().bind(new InetSocketAddress("127.0.0.1", 8080), 64);
        serverSocketChannel.configureBlocking(false);
        serverSocketChannel.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT);

        new Thread() {
            @Override
            public void run() {
                try {
                    System.out.print("Thread[" + Thread.currentThread().getName() + "]invoke select\r\n");
                    // 底层调用epoll_wait而阻塞
                    int readyChannels = selector.select();
                } catch (Exception x) {
                    x.printStackTrace();
                }
                System.out.print("Success...\r\n");
            }
        }.start();

        // 之所以设置的时间比较久, 是为了让程序暂时不结束
        Thread.sleep(5_60_000);
        System.out.print("Thread[" + Thread.currentThread().getName() + "]invoke wakeup\r\n");
        // 唤醒阻塞线程
        selector.wakeup();

    }
}

以上代码的逻辑比较简单, 一个线程调用select()方法阻塞, 另一个线程唤醒它.
首先javac编译以上代码, 然后使用一个查看系统调用的命令strace.
strace -ff -o strace java WakeUp

具体如何使用strace请童鞋自行Google

执行以后, 通过以下步骤进行分析

使用jps查看进程ID号

获得PID=1141

进入 /proc/1141/fd目录下, 就可以查看到当前进程(PID=1141)打开的文件描述符

0,1,2这三个文件描述符是标准输入,标准输出和错误输出.
4号文件描述符是在使用epoll实现的多路复用IO创建的一个文件描述符.
5,6这两个文件描述符是一对管道.
7,8这两个文件描述符是一对套接字.

在上面执行strace命令的时候, 在它的同目录下会生成如下文件

通过搜索strace命令打印的文件内容, 查看具体的系统调用方法.

使用grep命令搜索关键字pipe

程序调用pipe这个系统调用创建管道.
其中的5和6是两个文件描述符,也就是在/proc/1141/fd目录下的那两个5和6文件描述符.
5这个描述符用来读取数据, 6这个描述符用来写入数据, 这样就实现了两个进程之间的通信.

使用grep命令搜索关键字socketpair

程序调用socketpair这个系统调用创建套接字.
其中的8和9是两个文件描述符,也就是在/proc/1141/fd目录下的那两个8和9文件描述符. 8这个描述符用来读取数据, 9这个描述符用来写入数据, 这样就实现了两个进程之间的通信.

epoll三个关键的方法: epoll_create,epoll_ctl,epoll_wait. epoll_create用于创建epoll文件描述符 epoll_ctl用于管理其他文件描述符 epoll_wait用于阻塞等待其他文件描述符就绪.

使用grep命令搜索关键字epoll

通过epoll_create创建4号文件描述符.
5和7这两个文件描述符添加到epoll上(底层是添加到内核的红黑树).

 

在上面的Java代码中, 当调用int readyChannels = selector.select()方法的时候, 底层就会调用epoll_wait方法, 那么线程就会阻塞在此.
当另一个线程调用selector.wakeup()的时候, 它就会向6号文件描述符写入数据, 通过pipe通信的方式, 唤醒另一个阻塞的线程.
可以通过grep搜索关键字write验证结论.

通过write系统调用向6号文件描述符写入数据, 具体数据没有任何含义, 它就是想唤醒阻塞的线程. 与6号文件描述符对应的是5号文件描述符. 由于epoll管理着5号文件描述符, 这样epoll发现有文件描述符就绪(5号文件描述符就绪), 被阻塞的线程也就会被操作系统重新调度.

 

以上简单介绍了Netty中IO线程如何阻塞和被唤醒的底层系统调用.

 

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