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分布式Netty源碼分析EventLoopGroup及介紹

 更新時(shí)間:2022年03月24日 18:32:46   作者:乒乓狂魔  
這篇文章主要介紹了分布式Netty源碼分析EventLoopGroup及介紹,有需要的朋友可以借鑒參考下,希望能夠有所幫助,祝大家多多進(jìn)步,早日升職加薪

EventLoopGroup介紹

在前面一篇文章中提到了,EventLoopGroup主要負(fù)責(zé)2個(gè)事情,這里再重復(fù)下:

它主要包含2個(gè)方面的功能,注冊Channel和執(zhí)行一些Runnable任務(wù)。

功能1:先來看看注冊Channel

即將Channel注冊到Selector上,由Selector來調(diào)度Channel的相關(guān)事件,如讀、寫、Accept等事件。

而EventLoopGroup的設(shè)計(jì)是,它包含多個(gè)EventLoop(每一個(gè)EventLoop通常內(nèi)部包含一個(gè)線程),在執(zhí)行上述注冊過程中是需要選擇其中的一個(gè)EventLoop來執(zhí)行上述注冊行為,這里就出現(xiàn)了一個(gè)選擇策略的問題,該選擇策略接口是EventExecutorChooser,你也可以自定義一個(gè)實(shí)現(xiàn)。

從上面可以看到,EventLoopGroup做的工作大部分是一些總體性的工作如初始化上述多個(gè)EventLoop、EventExecutorChooser等,具體的注冊Channel還是交給它內(nèi)部的EventLoop來實(shí)現(xiàn)。

功能2:執(zhí)行一些Runnable任務(wù)

EventLoopGroup繼承了EventExecutorGroup,EventExecutorGroup也是EventExecutor的集合,EventExecutorGroup也是掌管著EventExecutor的初始化工作,EventExecutorGroup對于Runnable任務(wù)的執(zhí)行也是選擇內(nèi)部中的一個(gè)EventExecutor來做具體的執(zhí)行工作。

netty中很多任務(wù)都是異步執(zhí)行的,一旦當(dāng)前線程要對某個(gè)EventLoop執(zhí)行相關(guān)操作,如注冊Channel到某個(gè)EventLoop,如果當(dāng)前線程和所要操作的EventLoop內(nèi)部的線程不是同一個(gè),則當(dāng)前線程就僅僅向EventLoop提交一個(gè)注冊任務(wù),對外返回一個(gè)ChannelFuture。

總結(jié):EventLoopGroup含有上述2種功能,它更多的是一個(gè)集合,但是具體的功能實(shí)現(xiàn)還是選擇內(nèi)部的一個(gè)item元素來執(zhí)行相關(guān)任務(wù)。 這里的內(nèi)部item元素通常即實(shí)現(xiàn)了EventLoop,又實(shí)現(xiàn)了EventExecutor,如NioEventLoop等

繼續(xù)來看看EventLoopGroup的整體類圖

從圖中可以看到有2路分支:

  • 1 MultithreadEventLoopGroup:用于封裝多線程的初始化邏輯,指定線程數(shù)等,即初始化對應(yīng)數(shù)量的EventLoop,每個(gè)EventLoop分配到一個(gè)線程

上圖中的newChild方法,NioEventLoopGroup就采用NioEventLoop作為實(shí)現(xiàn),EpollEventLoopGroup就采用EpollEventLoop作為實(shí)現(xiàn)

如NioEventLoopGroup的實(shí)現(xiàn):

protected EventLoop newChild(Executor executor, Object... args) throws Exception {
    return new NioEventLoop(this, executor, (SelectorProvider) args[0],
        ((SelectStrategyFactory) args[1]).newSelectStrategy(), (RejectedExecutionHandler) args[2]);
}
  • 2 EventLoop接口實(shí)現(xiàn)了EventLoopGroup接口,主要因?yàn)镋ventLoopGroup中的功能接口還是要靠內(nèi)部的EventLoop來完成具體的操作

EventLoop介紹

EventLoop主要工作就是注冊Channel,并負(fù)責(zé)監(jiān)控管理Channel的讀寫等事件,這就涉及到不同的監(jiān)控方式,linux下有3種方式來進(jìn)行事件監(jiān)聽

select、poll、epoll

目前java的Selector接口的實(shí)現(xiàn)如下:

PollSelectorImpl:實(shí)現(xiàn)了poll方式

EPollSelectorImpl:實(shí)現(xiàn)了epoll方式

而Netty呢則使用如下:

NioEventLoop:采用的是jdk Selector接口(使用PollSelectorImpl的poll方式)來實(shí)現(xiàn)對Channel的事件檢測

EpollEventLoop:沒有采用jdk Selector的接口實(shí)現(xiàn)EPollSelectorImpl,而是Netty自己實(shí)現(xiàn)的epoll方式來實(shí)現(xiàn)對Channel的事件檢測,所以在EpollEventLoop中就不存在jdk的Selector。

NioEventLoop介紹

對于NioEventLoopGroup的功能,NioEventLoop都要做實(shí)際的實(shí)現(xiàn),NioEventLoop既要實(shí)現(xiàn)注冊功能,又要實(shí)現(xiàn)運(yùn)行Runnable任務(wù)

對于注冊Channel:NioEventLoop將Channel注冊到NioEventLoop內(nèi)部的PollSelectorImpl上,來監(jiān)聽該Channel的讀寫事件

對于運(yùn)行Runnable任務(wù):NioEventLoop的父類的父類SingleThreadEventExecutor實(shí)現(xiàn)了運(yùn)行Runnable任務(wù),在SingleThreadEventExecutor中,有一個(gè)任務(wù)隊(duì)列還有一個(gè)分配的線程

private final Queue<Runnable> taskQueue;
private volatile Thread thread;

NioEventLoop在該線程中不僅要執(zhí)行Selector帶來的IO事件,還要不斷的從上述taskQueue中取出任務(wù)來執(zhí)行這些非IO事件。下面我們來詳細(xì)看下這個(gè)過程

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
            }
            cancelledKeys = 0;
            needsToSelectAgain = false;
            final int ioRatio = this.ioRatio;
            if (ioRatio == 100) {
                processSelectedKeys();
                runAllTasks();
            } else {
                final long ioStartTime = System.nanoTime();

                processSelectedKeys();

                final long ioTime = System.nanoTime() - ioStartTime;
                runAllTasks(ioTime * (100 - ioRatio) / ioRatio);
            }

            if (isShuttingDown()) {
                closeAll();
                if (confirmShutdown()) {
                    break;
                }
            }
        } catch (Throwable t) {
            ...
        }
    }
}

來詳細(xì)說下這個(gè)過程:

  • 1 計(jì)算當(dāng)前是否需要執(zhí)行select過程

如果當(dāng)前沒有Runnable任務(wù),則執(zhí)行select(這個(gè)select過程稍后詳細(xì)來說)。

如果當(dāng)前有Runnable任務(wù),則要去執(zhí)行處理流程,此時(shí)順便執(zhí)行下selector.selectNow(),萬一有事件發(fā)生那就賺了,沒有白走這次處理流程

  • 2 根據(jù)IO任務(wù)的時(shí)間占比設(shè)置來執(zhí)行IO任務(wù)和非IO任務(wù),即上面提到的Runnable任務(wù)

如果ioRatio=100則每次都是執(zhí)行全部的IO任務(wù),執(zhí)行全部的非IO任務(wù) 默認(rèn)ioRatio=50,即一半時(shí)間用于處理IO任務(wù),另一半時(shí)間用于處理非IO任務(wù)。怎么去控制非IO任務(wù)所占用時(shí)間呢?

這里是每執(zhí)行64個(gè)非IO任務(wù)(這里可能是每個(gè)非IO任務(wù)比較短暫,減少一些判斷帶來的消耗)就判斷下占用時(shí)間是否超過了上述時(shí)間限制

接下來詳細(xì)看下上述select過程

Selector selector = this.selector;
try {
    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;
        }
        // If a task was submitted when wakenUp value was true, the task didn't get a chance to call
        // Selector#wakeup. So we need to check task queue again before executing select operation.
        // If we don't, the task might be pended until select operation was timed out.
        // It might be pended until idle timeout if IdleStateHandler existed in pipeline.
        if (hasTasks() && wakenUp.compareAndSet(false, true)) {
            selector.selectNow();
            selectCnt = 1;
            break;
        }
        int selectedKeys = selector.select(timeoutMillis);
        selectCnt ++;
        if (selectedKeys != 0 || oldWakenUp || wakenUp.get() || hasTasks() || hasScheduledTasks()) {
            // - Selected something,
            // - waken up by user, or
            // - the task queue has a pending task.
            // - a scheduled task is ready for processing
            break;
        }
        if (Thread.interrupted()) {
            // Thread was interrupted so reset selected keys and break so we not run into a busy loop.
            // As this is most likely a bug in the handler of the user or it's client library we will
            // also log it.
            //
            // See https://github.com/netty/netty/issues/2426
            if (logger.isDebugEnabled()) {
                logger.debug("Selector.select() returned prematurely because " +
                        "Thread.currentThread().interrupt() was called. Use " +
                        "NioEventLoop.shutdownGracefully() to shutdown the NioEventLoop.");
            }
            selectCnt = 1;
            break;
        }
        long time = System.nanoTime();
        if (time - TimeUnit.MILLISECONDS.toNanos(timeoutMillis) >= currentTimeNanos) {
            // timeoutMillis elapsed without anything selected.
            selectCnt = 1;
        } else if (SELECTOR_AUTO_REBUILD_THRESHOLD > 0 &&
                selectCnt >= SELECTOR_AUTO_REBUILD_THRESHOLD) {
            // The selector returned prematurely many times in a row.
            // Rebuild the selector to work around the problem.
            logger.warn(
                    "Selector.select() returned prematurely {} times in a row; rebuilding Selector {}.",
                    selectCnt, selector);
            rebuildSelector();
            selector = this.selector;
            // Select again to populate selectedKeys.
            selector.selectNow();
            selectCnt = 1;
            break;
        }
        currentTimeNanos = time;
    }
} catch (CancelledKeyException e) {
	...
}
  • 1 首先計(jì)算此次select過程的截止時(shí)間
    protected long delayNanos(long currentTimeNanos) {
        ScheduledFutureTask<?> scheduledTask = peekScheduledTask();
        if (scheduledTask == null) {
            return SCHEDULE_PURGE_INTERVAL;
        }
        return scheduledTask.delayNanos(currentTimeNanos);
    }

這里其實(shí)就是從一個(gè)定時(shí) 任務(wù)隊(duì)列中取出定時(shí)任務(wù),如果有則計(jì)算出離當(dāng)前定時(shí)任務(wù)的下一次執(zhí)行時(shí)間之差,如果沒有則按照固定的1s作為select過程的時(shí)間

  • 2 將當(dāng)前時(shí)間差轉(zhuǎn)化成ms

如果當(dāng)前時(shí)間差不足0.5ms的話,即timeoutMillis<=0,并且是第一次執(zhí)行,則認(rèn)為時(shí)間太短執(zhí)行執(zhí)行一次selectNow

  • 3 如果有任務(wù),則立即執(zhí)行一次selectNow,跳出for循環(huán)
  • 4 然后就是普通的selector.select(timeoutMillis)

在這段時(shí)間內(nèi)如果有事件則跳出for循環(huán),如果沒有事件則已經(jīng)花費(fèi)對應(yīng)的時(shí)間差了,再次執(zhí)行for循環(huán),計(jì)算的timeoutMillis就會(huì)小于0,也會(huì)跳出for循環(huán)

在上述邏輯中,基本selectCnt都是1,不會(huì)出現(xiàn)很多次,而這里針對selectCnt有很多次的處理是基于一個(gè)情況:

 selector.select(timeoutMillis)

Selector的正常邏輯是一旦有事件就返回,沒有事件則最多等待timeoutMillis時(shí)間。 然而底層操作系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)可能有bug,會(huì)出現(xiàn):即使沒有產(chǎn)生事件就直接返回了,并沒有按照要求等待timeoutMillis時(shí)間。

現(xiàn)在的解決辦法就是: 記錄上述出現(xiàn)的次數(shù),一旦超過512這個(gè)閾值(可設(shè)置),就重新建立新的Selector,并將之前的Channel也全部遷移到新的Selector上

至此,NioEventLoop的主邏輯流程就介紹完了,之后就該重點(diǎn)介紹其中對于IO事件的處理了。然后就會(huì)引出來ChannelPipeline的處理流程

EpollEventLoop介紹

EpollEventLoop和NioEventLoop的主流程邏輯基本上是差不多的,不同之處就在于EpollEventLoop用epoll方式替換NioEventLoop中的PollSelectorImpl的poll方式。

這里不再詳細(xì)說明了,之后會(huì)詳細(xì)的說明Netty的epoll方式和jdk中的epoll方式的區(qū)別。

后續(xù)

下一篇就要詳細(xì)描述下NioEventLoop對于IO事件的處理,即ChannelPipeline的處理流程。

以上就是分布式Netty源碼分析EventLoopGroup及介紹的詳細(xì)內(nèi)容,更多關(guān)于分布式Netty EventLoopGroup源碼分析的資料請關(guān)注腳本之家其它相關(guān)文章!

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