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Netty 学习(六):创建 NioEventLoopGroup 的核心源码说明

开发技术 开发技术 2022-10-01 次浏览

Netty 学习(六):创建 NioEventLoopGroup 的核心源码说明

作者: Grey

原文地址:

博客园:Netty 学习(六):创建 NioEventLoopGroup 的核心源码说明

CSDN:Netty 学习(六):创建 NioEventLoopGroup 的核心源码说明

基于 JDK 的 API 自己实现 NIO 编程,需要一个线程池来不断监听端口。接收到新连接之后,这条连接上数据的读写会在另外一个线程池中进行。

在 Netty 实现的服务端中, 有如下经典代码

EventLoopGroup bossGroup = new NioEventLoopGroup();
EventLoopGroup workerGroup = new NioEventLoopGroup();
ServerBootstrap b = new ServerBootstrap();
// 设置服务端的线程模型。
// bossGroup 负责不断接收新的连接,将新的连接交给 workerGroup 来处理。 
b.group(bossGroup, workerGroup)

其中 bossGroup 对应的就是监听端口的线程池,在绑定一个端口的情况下,这个线程池里只有一个线程;workerGroup 对应的是连接的数据读写的线程。

通过 debug 并设置断点的方式,我们来查看下创建 NioEventLoopGroup 的核心过程,

在没有指定线程数的情况下new NioEventLoopGroup()会调用如下构造方法

    public NioEventLoopGroup() {
        this(0);
    }

即传入 0,然后一路跟下去,发现调用了MultithreadEventLoopGroup的如下逻辑

    protected MultithreadEventLoopGroup(int nThreads, Executor executor, Object... args) {
        super(nThreads == 0 ? DEFAULT_EVENT_LOOP_THREADS : nThreads, executor, args);
    }

由于我们传入的nThreads == 0,所以获取DEFAULT_EVENT_LOOP_THREADS的值,在MultithreadEventLoopGroup中,DEFAULT_EVENT_LOOP_THREADS的初始化逻辑如下

private static final int DEFAULT_EVENT_LOOP_THREADS;

static {
    DEFAULT_EVENT_LOOP_THREADS = Math.max(1, SystemPropertyUtil.getInt(
                "io.netty.eventLoopThreads", NettyRuntime.availableProcessors() * 2));

    if (logger.isDebugEnabled()) {
        logger.debug("-Dio.netty.eventLoopThreads: {}", DEFAULT_EVENT_LOOP_THREADS);
    }
}

nThreads == 0的情况下,那么 NioEventLoopGroup 的默认线程的个数为 CPU 的核数乘以 2,即:NettyRuntime.availableProcessors() * 2

继续跟下去,可以看到 NioEventLoopGroup 调用了如下的构造方法,其核心代码如下

protected MultithreadEventExecutorGroup(int nThreads, Executor executor,
                                            EventExecutorChooserFactory chooserFactory, Object... args) {
 ……
 // 创建ThreadPerTaskExecutor:ThreadPerTaskExecutor表示每次调用execute()方法的时候,都会创建一个线程。
        if (executor == null) {
            executor = new ThreadPerTaskExecutor(newDefaultThreadFactory());
        }
……
// 2.创建NioEventLoop:NioEventLoop对应线程池里线程的概念,这里其实就是用一个for循环创建的。
        children = new EventExecutor[nThreads];
……
        for (int i = 0; i < nThreads; i ++) {
            ……
            children[i] = newChild(executor, args);
            ……
        }

// 3.创建线程选择器:线程选择器的作用是确定每次如何从线程池中选择一个线程,也就是每次如何从NioEventLoopGroup中选择一个NioEventLoop。
        chooser = chooserFactory.newChooser(children);

……
    }

这个构造方法包括了三个内容

  1. 创建 ThreadPerTaskExecutor:ThreadPerTaskExecutor 主要是用来创建线程。

  2. 创建 NioEventLoop:NioEventLoop 对应线程池里线程的概念。

  3. 创建线程选择器:线程选择器的作用是确定每次如何从线程池中选择一个线程,也就是每次如何从 NioEventLoopGroup 中选择一个 NioEventLoop。

首先,我们看 ThreadPerTaskExecutor 如何创建线程,核心代码如下

public final class ThreadPerTaskExecutor implements Executor {
    private final ThreadFactory threadFactory;

    public ThreadPerTaskExecutor(ThreadFactory threadFactory) {
        this.threadFactory = ObjectUtil.checkNotNull(threadFactory, "threadFactory");
    }

    @Override
    public void execute(Runnable command) {
        threadFactory.newThread(command).start();
    }
}

这里的 threadFactory 就是前面传入的newDefaultThreadFactory(),这个方法定义了默认线程的一些基本信息,一路追踪到DefaultThreadFactory

    public DefaultThreadFactory(String poolName, boolean daemon, int priority, ThreadGroup threadGroup) {
        ObjectUtil.checkNotNull(poolName, "poolName");

        if (priority < Thread.MIN_PRIORITY || priority > Thread.MAX_PRIORITY) {
            throw new IllegalArgumentException(
                    "priority: " + priority + " (expected: Thread.MIN_PRIORITY <= priority <= Thread.MAX_PRIORITY)");
        }

        prefix = poolName + '-' + poolId.incrementAndGet() + '-';
        this.daemon = daemon;
        this.priority = priority;
        this.threadGroup = threadGroup;
    }

// 创建线程,将 JDK 的 Runnable 包装成 FastThreadLocalRunnable
        @Override
    public Thread newThread(Runnable r) {
        Thread t = newThread(FastThreadLocalRunnable.wrap(r), prefix + nextId.incrementAndGet());
        try {
            if (t.isDaemon() != daemon) {
                t.setDaemon(daemon);
            }

            if (t.getPriority() != priority) {
                t.setPriority(priority);
            }
        } catch (Exception ignored) {
            // Doesn't matter even if failed to set.
        }
        return t;
    }

可以看到 Netty 的线程实体是由 ThreadPerTaskExecutor 创建的,ThreadPerTaskExecutor 每次执行 execute 的时候都会创建一个 FastThreadLocalThread 的线程实体。

接下来是创建 NioEventLoop,Netty 使用 for 循环来创建 nThreads 个 NioEventLoop,通过前面的分析,我们可能已经猜到,一个NioEventLoop对应一个线程实体,即 Netty 自己封装的 FastThreadLocalThread。

来到 NioEventLoop 的构造方法

    NioEventLoop(NioEventLoopGroup parent, Executor executor, SelectorProvider selectorProvider,
                 SelectStrategy strategy, RejectedExecutionHandler rejectedExecutionHandler,
                 EventLoopTaskQueueFactory taskQueueFactory, EventLoopTaskQueueFactory tailTaskQueueFactory) {
        super(parent, executor, false, newTaskQueue(taskQueueFactory), newTaskQueue(tailTaskQueueFactory),
                rejectedExecutionHandler);
       ......
        final SelectorTuple selectorTuple = openSelector();
        ......
    }

即创建了一个 Selector,Selector 是 NIO 编程里最核心的概念,一个 Selector 可以将多个连接绑定在一起,负责监听这些连接的读写事件,即多路复用。

继续往上调用构造方法

    protected SingleThreadEventExecutor(EventExecutorGroup parent, Executor executor,
                                        boolean addTaskWakesUp, Queue<Runnable> taskQueue,
                                        RejectedExecutionHandler rejectedHandler) {
        ......
        this.taskQueue = ObjectUtil.checkNotNull(taskQueue, "taskQueue");
        ......
    }

    

NioEventLoop 重写了 taskQueue 的创建逻辑

    private static Queue<Runnable> newTaskQueue0(int maxPendingTasks) {
        // This event loop never calls takeTask()
        return maxPendingTasks == Integer.MAX_VALUE ? PlatformDependent.<Runnable>newMpscQueue()
                : PlatformDependent.<Runnable>newMpscQueue(maxPendingTasks);
    }

    private static Queue<Runnable> newTaskQueue(
            EventLoopTaskQueueFactory queueFactory) {
        if (queueFactory == null) {
            return newTaskQueue0(DEFAULT_MAX_PENDING_TASKS);
        }
        return queueFactory.newTaskQueue(DEFAULT_MAX_PENDING_TASKS);
    }

即创建一个 MPSC 队列,

MPSC 队列,Selector,NioEventLoop,这三者均为一对一关系。

接下来是创建线程选择器,

chooser = chooserFactory.newChooser(children);

这里的选择器是

    protected MultithreadEventExecutorGroup(int nThreads, Executor executor, Object... args) {
        this(nThreads, executor, DefaultEventExecutorChooserFactory.INSTANCE, args);
    }

中的DefaultEventExecutorChooserFactory.INSTANCE,进入

    private static boolean isPowerOfTwo(int val) {
        return (val & -val) == val;
    }
    @Override
    public EventExecutorChooser newChooser(EventExecutor[] executors) {
        if (isPowerOfTwo(executors.length)) {
            return new PowerOfTwoEventExecutorChooser(executors);
        } else {
            return new GenericEventExecutorChooser(executors);
        }
    }

Netty 通过判断 NioEventLoopGroup 中的 NioEventLoop 是否是2的幂来创建不同的线程选择器,不管是哪一种选择器,最终效果都是从第一个 NioEvenLoop 遍历到最后一个NioEventLoop,再从第一个开始,如此循环。GenericEventExecutorChooser 通过简单的累加取模来实现循环的逻辑,而 PowerOfTowEventExecutorChooser 是通过位运算实现的。

    private static final class PowerOfTwoEventExecutorChooser implements EventExecutorChooser {
    ......
        @Override
        public EventExecutor next() {
            return executors[idx.getAndIncrement() & executors.length - 1];
        }
    ......
    }

    private static final class GenericEventExecutorChooser implements EventExecutorChooser {
    ......
        @Override
        public EventExecutor next() {
            return executors[(int) Math.abs(idx.getAndIncrement() % executors.length)];
        }
    ......
    }

最后总结一下,NioEventLoopGroup 的创建核心就三步

  1. 创建ThreadPerTaskExecutor;

  2. 创建NioEventLoop;

  3. 创建线程选择器。

完整代码见:hello-netty

本文所有图例见:processon: Netty学习笔记

更多内容见:Netty专栏

参考资料

跟闪电侠学 Netty:Netty 即时聊天实战与底层原理

深度解析Netty源码

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