一篇學會NioEventLoopGroup源碼解析
本文轉載自微信公眾號「源碼學徒」，作者皇甫嗷嗷叫 。轉載本文請聯系源碼學徒公眾號。
NioEventLoopGroup的初始化源碼
一、尋找源碼的過程
我們前面說到過，NioEventLoopGroup我們可以近乎把它看作是一個線程池，該線程池會執行一個一個的任務，我們常用的NioEventLoopGroup大概有兩種，NioEventLoopGroup(int nThreads),NioEventLoopGroup()，即一個是指定線程數量的，一個是默認指定線程數量的!這里我們以無參構造為入口進行分析!
- EventLoopGroup work = new NioEventLoopGroup();
- public NioEventLoopGroup() {
- this(0);
- }
當我們使用默認的數量的時候，他會傳遞一個0，我們繼續往下跟!
- public NioEventLoopGroup(int nThreads) {
- this(nThreads, (Executor) null);
- }
注意這里傳遞的參數是:0,null
- public NioEventLoopGroup(int nThreads, Executor executor) {
- //每個 group維護一個 SelectorProvider 主要用它獲取selector選擇器
- this(nThreads, executor, SelectorProvider.provider());
- }
這里面多傳遞了一個 SelectorProvider.provider()，該方法是JDK NIO提供的API主要可以獲取NIO選擇器或者Channel,如下圖：
我們回歸主線繼續跟：
- public NioEventLoopGroup(
- int nThreads, Executor executor, final SelectorProvider selectorProvider) {
- this(nThreads, executor, selectorProvider, DefaultSelectStrategyFactory.INSTANCE);
- }
這里多傳遞了一個 DefaultSelectStrategy選擇策略，這在后面講解NioEventLoop會具體講解，不做闡述!
- public NioEventLoopGroup(int nThreads, Executor executor, final SelectorProvider selectorProvider,
- final SelectStrategyFactory selectStrategyFactory) {
- super(nThreads, executor, selectorProvider, selectStrategyFactory, RejectedExecutionHandlers.reject());
- }
我們會發現這里還會默認傳遞一個拒絕策略RejectedExecutionHandlers.reject()，這個拒絕策略是干嘛的呢?
- @Override
- public void rejected(Runnable task, SingleThreadEventExecutor executor) {
- throw new RejectedExecutionException();
- }
我們得到一個結論，當某些條件觸發這個拒絕策略，那么他會拋出一個RejectedExecutionException異常，具體什么時候觸發，后續也會詳細說明，這里只需要記住就OK了!
我們繼續回到主線, 這里我們開始調用父類，還記得上一節課我們分析的NioEventLoopGroup的父類是誰嗎?沒錯是：MultithreadEventLoopGroup, 我們會進入到MultithreadEventLoopGroup里面：
- protected MultithreadEventLoopGroup(int nThreads, Executor executor, Object... args) {
- //線程數量為0時 使用默認的cpu * 2
- super(nThreads == 0 ? DEFAULT_EVENT_LOOP_THREADS : nThreads, executor, args);
- }
nThreads還記得是幾嗎?是0對不對，這里有個判斷，當你的線程數量為0的時候，會使用DEFAULT_EVENT_LOOP_THREADS當作線程池的數量，DEFAULT_EVENT_LOOP_THREADS是多少呢?
- DEFAULT_EVENT_LOOP_THREADS = Math.max(1, SystemPropertyUtil.getInt("io.netty.eventLoopThreads", NettyRuntime.availableProcessors() * 2));
默認是CPU的兩倍，所以我們現在得到一個結論，當我們使用默認的NioEventLoopGroup的時候，系統會默認使用系統CPU核數*2當作線程池的數量!
我們上一步傳遞過來的selectorProvider、拒絕策略、selectStrategyFactory被封裝為數組，并放在args[0]，args[1], args[2]的位置!
我們繼續回到主線，這里又再次調用到父類，MultithreadEventExecutorGroup:
- protected MultithreadEventExecutorGroup(int nThreads, Executor executor, Object... args) {
- this(nThreads, executor, DefaultEventExecutorChooserFactory.INSTANCE, args);
- }
注意，這里又再次多傳遞了一個參數：DefaultEventExecutorChooserFactory一個選擇器工廠，這里會返回一個選擇器，他是DefaultEventExecutorChooserFactory類型的，具體分析后面會分析!我們繼續回到主線：
- protected MultithreadEventExecutorGroup(int nThreads, Executor executor, EventExecutorChooserFactory chooserFactory, Object... args) {
- ..........后續源碼補充..........
- }
到這里我們終于看到了一大段代碼，這里是EventLoopGroup的主要邏輯，我們逐行分析：
二、構建線程執行器
1. 源碼解析
- //newDefaultThreadFactory 構建線程工廠
- if (executor == null) {
- //創建并保存線程執行器 執行器 執行任務的 默認是 DefaultThreadFactory 線程池
- executor = new ThreadPerTaskExecutor(newDefaultThreadFactory());
- }
這里會判斷我們傳入的執行器是否為空，否則就新建一個，我們還記得executor是什么值嗎?是null，對不對，所以它會進入到這里的邏輯我們進入到newDefaultThreadFactory源碼里面看一下：
newDefaultThreadFactory()主要邏輯
- protected ThreadFactory newDefaultThreadFactory() {
- return new DefaultThreadFactory(getClass());
- }
可以看到，這里向執行器里面傳入了一個 DefaultThreadFactory一個默認的線程工廠!
ThreadPerTaskExecutor主要邏輯：
- /**
- * io.netty.util.concurrent.DefaultThreadFactory#newThread(java.lang.Runnable)
- *
- * 執行任務 每次執行任務都會創建一個線程實體對象
- * @param command 線程
- */
- @Override
- public void execute(Runnable command) {
- //執行任務
- threadFactory.newThread(command).start();
- }
我們發現，這里調用了一個我們傳入的線程工廠，創建了一個新的線程并調用start方法啟動了起來，那么他是如何創建的呢? 我們進入到newThread源碼里面查看，由于我們默認使用的線程工廠是 DefaultThreadFactory, 所以，我們會進入到 DefaultThreadFactory#newThread
- @Override
- public Thread newThread(Runnable r) {
- //創建一個線程 每次執行任務的時候都會創建一個線程實體
- 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;
- }
這里沒有太多的操作，只是會將一個 Runnable封裝為一個 Thread進行返回，我們重點關注一下這個Thread，它和我們傳統使用的Thread是一樣的嗎? 我們跟進到 newThread方法看一下：
- protected Thread newThread(Runnable r, String name) {
- //Netty自己封裝的線程
- return new FastThreadLocalThread(threadGroup, r, name);
- }
邏輯很簡單，就是將一個Thread包裝為Netty自定義的 FastThreadLocalThread，至于為什么，我們暫時不往下多做解釋，后續章節會很詳細的解釋它!
2. 線程執行器總結
這里我們會創建一個線程執行器 ThreadPerTaskExecutor，使用默認的線程工廠DefaultThreadFactory，線程執行器會將一個任務包裝為一個 FastThreadLocalThread對象，然后調用start方法開啟一個新的線程執行任務!
三、創建對應數量的執行器
- //創建執行器數組 數量和預設線程數量一致
- children = new EventExecutor[nThreads];
- for (int i = 0; i < nThreads; i ++) {
- boolean success = false;
- try {
- //創建執行器 開始創建執行器 這里的執行機估計就會EventLoop 是NioEventLoop
- children[i] = newChild(executor, args);
- success = true;
- } catch (Exception e) {
- .....省略不必要代碼
- } finally {
- .....省略不必要代碼
- }
- }
1. 源碼解析
- children = new EventExecutor[nThreads];
首先他會創建一個空的EventExecutor執行器數組，然后遍歷填充!
還記得 nThreads是幾嗎? 默認是CPU*2的大小，所以這里會創建 CPU * 2數量的執行器! 我們發現，for循環中填充的主要邏輯是newChild，所以，我們進入到 newChild方法, 這里提示一點，我們創建的Group對象是一個什么對象? 是NioEventLoopGroup對象對不對，所以我們這里會進入到 NioEventLoopGroup#newChild方法：
- @Override
- protected EventLoop newChild(Executor executor, Object... args) throws Exception {
- EventLoopTaskQueueFactory queueFactory = args.length == 4 ? (EventLoopTaskQueueFactory) args[3] : null;
- return new NioEventLoop(this, executor, (SelectorProvider) args[0],
- ((SelectStrategyFactory) args[1]).newSelectStrategy(), (RejectedExecutionHandler) args[2], queueFactory);
- }
我們傳遞過來 的args長度為3,前面做過解析 ：
args[0]為 selectorProvider、args[1]為拒絕策略、args[2]為selectStrategyFactory
所以 queueFactory為null， 然后我們再重點關注 NioEventLoop對象，可以看出，newChild方法返回的是 NioEventLoop，那么我們初步就可以確定，EventExecutor數組里面存在的是NioEventLoop對象!至此，我們就不深究了，NioEventLoop的初始化源碼分析我會放到下一節課分析，這里我們可以確定一件事， EventExecutor數組里面存在的是NioEventLoop對象!我們繼續回到主線：
2. 執行器數組總結
for循環完畢之后，此時的EventExecutor[nThreads];數組就被填充滿了，里面的每一個元素都是NioEventLoop對象，每一個NioEventLoop對象都包含一個 ThreadPerTaskExecutor線程執行器對象!
四、創建一個執行器選擇器
1. 源碼解析
- chooser = chooserFactory.newChooser(children);
還記得 chooserFactory是什么類型的嗎? 是DefaultEventExecutorChooserFactory類型的，忘了的可以往上翻一下尋找源碼的過程中的代碼或者調試一下!
我們進入到 DefaultEventExecutorChooserFactory#newChooser 源碼邏輯中，并傳入剛剛我們循環填充好的數組：
- @Override
- public EventExecutorChooser newChooser(EventExecutor[] executors) {
- //判斷2的冪 isPowerOfTwo
- if (isPowerOfTwo(executors.length)) {
- return new PowerOfTwoEventExecutorChooser(executors);
- } else {
- //簡單的
- return new GenericEventExecutorChooser(executors);
- }
- }
可以看到，這里似乎有兩種情況，返回的是不同的策略對象，當你的數組長度是2的冪等次方的時候，返回的是 PowerOfTwoEventExecutorChooser對象，否則返回 GenericEventExecutorChooser對象，我們就兩種情況全部分析一下：
I、PowerOfTwoEventExecutorChooser
- PowerOfTwoEventExecutorChooser(EventExecutor[] executors) {
- this.executors = executors;
- }
- @Override
- public EventExecutor next() {
- //2的冪等性 實現這個 也能實現循環取數的
- //executors 就是NioEventLoop數組 按照2次冪求本次獲取的EventLoop是個啥
- return executors[idx.getAndIncrement() & executors.length - 1];
- }
這段代碼的主要邏輯是，取一個自增的CAS類，與數組長度做&運算，最終會出現循環取數的結果：
從上面的圖片可以基本看出來, 該功能可以實現一個循環取數的功能，每次達到數組的尾部部都會重新回到頭部重新獲取!
代碼案例：
- public static void main(String[] args) {
- String[] strings = {"第一個", "第二個", "第三個", "第四個"};
- AtomicInteger idx = new AtomicInteger();
- for (int i = 0; i < 9; i++) {
- System.out.println(strings[idx.getAndIncrement() & strings.length -1]);
- }
- }
結果集
- 第一個
- 第二個
- 第三個
- 第四個
- 第一個
- 第二個
- 第三個
- 第四個
- 第一個
II、GenericEventExecutorChooser
當你的線程數量不是2的冪次方的時候，會走一個通用的選擇器，具體實現源碼如下：
- GenericEventExecutorChooser(EventExecutor[] executors) {
- this.executors = executors;
- }
- @Override
- public EventExecutor next() {
- //自增 取模 以達到循環的目的
- //假設executors 長度為5 那么 不斷的循環就會不斷的得到 0 1 2 3 4 0 1 2 3 4。。。
- return executors[Math.abs(idx.getAndIncrement() % executors.length)];
- }
這個代碼就不用了我做演示了吧，他的功能和上面那個功能是一樣的能 能夠達到一個循環取數的功能
思考
為什么Netty要分為兩個策略類來實現呢，直接用第二種不行嗎?
Netty官方對性能的要求達到了極致，大家要知道位運算速度要高于直接取模運算的，所以Netty官方即使是這一點也做了一個優化!
2. 執行器選擇器總結
我們通過上述可以了解到，這里會通過一個選擇器工廠創建一個選擇器，并保存在NioEvenetLoopGroup中，調用該選擇器的next方法會返回一個NioEventLoop對象，其中的獲取方式是不斷的循環，依次獲取NioEventLoop對象，這也是一個NioEventLoop對SocketChannel為一對多的基礎!這都是后話!
NioEventLoopGroup源碼總結
- 創建一個線程執行器，當調用該線程執行器的execute方法的時候，會講一個Runable對象包裝為Thread對象，再將Thread對象包裝為FastThreadLocalThread對象，然后啟動起來! 簡單來說，每調用一次execute方法，都去創建并啟動一條新線程執行任務!
- 創建一個執行器數組，數組長度與我們傳遞的數量有關，默認為CPU*2個數量，然后再循環填充這個空數組，數組里面的元素是一個NioEventLoop對象，每一個NioEventLoop對會持有一個線程執行器的引用!
- 創建一個執行器選擇器，調用該執行器選擇器的next方法可以返回一個NioEventLoop對象，內部是進行循環取數的，每一個NioEventLoop都可能會被多次獲取!
