Netty中的select和epoll

1.select

select的原理以下：

用戶程序發起讀操做後，將阻塞查詢讀數據是否可用，直到內核準備好數據後，用戶程序纔會真正的讀取數據。

poll與select的原理類似，用戶程序都要阻塞查詢事件是否就緒，但poll沒有最大文件描述符的限制。

2.epoll

epoll是select和poll的改進，原理圖以下：

epoll使用「事件」的方式通知用戶程序數據就緒，而且使用內存拷貝的方式使用戶程序直接讀取內核準備好的數據，不用再讀取數據
使用Netty構建服務器時，須要指定parent線程池和child線程池，parent線程負責監聽端口，一旦有鏈接接入，則註冊到child線程池中的一個線程上，該鏈接的IO操做/任務都由該線程完成。
換句話說，一個線程會負責多個鏈接的IO操做，也就是多路複用。Netty底層是使用系統提供的select或者epoll來實現多路複用的。

先來科普下select/poll/epoll。

3.select/poll

服務端創建每一個鏈接，至關於打開文件，會得到對應的文件描述符（fd），相同的源IP/源端口/目標IP/目標端口對應同一個fd。

select和poll是類似的，不同的地方是，select是使用數組，有鏈接數限制，而poll使用鏈表，無鏈接數限制。

監聽鏈接時，從用戶層的角度看，
（1）會構建3個fd數組，分別關注讀/寫/異常事件，設置超時時間，調用系統提供的select方法。
（2）調用select方法時，須要將fd數組傳到內核態，等待部分fd就緒後，把fd數組（包含就緒狀態）返回到用戶態
（3）用戶程序對fd數組進行遍歷，處理就緒的fd
（4）從新調用select方法。

能夠看出很差的地方是（1）每次都要傳入fd數組，返回整個fd數組，致使了大量在用戶空間和內核空間的相互拷貝。
（2）用戶程序仍須要遍歷fd數組才能找出就緒的fd

從系統層的角度看，調用select方法時
（1）遍歷fd數組，對於每一個fd，調用其對應的poll方法（由設備對應的驅動程序實現），將fd所在線程加入等待隊列，而且檢查就緒狀態，記錄感興趣的就緒狀態。
（2）若是存在感興趣的就緒狀態，直接返回
（3）若是不存在感興趣的就緒狀態，進入休眠，等待fd就緒後，會喚醒等待隊列中的線程
（4）被喚醒後，重複1-4的操做。

能夠看出很差的地方是每次都須要檢查全部fd。

epoll
epoll相對select改善了不少。
（1）在使用epoll時，首先會構建epoll對象。
（2）有鏈接接入時，會插入到epoll對象中，epoll對象裏實際是一個紅黑樹+雙向鏈表，fd插入到紅黑樹中，經過紅黑樹查找到是否重複
（3）一旦fd就緒，會觸發回調把fd的插入到就緒鏈表中，並喚醒等待隊列中的線程。
（4）調用epoll_wait方法時只須要檢查就緒鏈表，若有則返回給用戶程序，如沒有進入等待隊列。

因爲epoll把fd管理起來，不須要每次都重複傳入，並且只返回就緒的fd，所以減小了用戶空間和內核空間的相互拷貝，在fd數量龐大的時候更加高效。

Netty能夠選擇使用不一樣的多路複用技術。

NioEventLoop
NioEventLoop底層會根據系統選擇select或者epoll。若是是windows系統，則底層使用WindowsSelectorProvider（select）實現多路複用；若是是linux，則使用epoll

當爲select模式，在NioEventLoop對應的Selector中會維護着newKeys，updateKeys，cancelledKeys，分別是新增的fd，更新fd的感興趣狀態，取消fd監聽。每當鏈接接入，或者斷連，都會調用NioEventLoop的註冊/解除註冊方法，更新這幾個集合。（這裏是JDK11的實現，在JDK8中則直接更新PollArrayWrapper）

NioEventLoop在運行的時候，會不斷的監聽註冊的鏈接，核心邏輯在doSelect方法中，主要的幾個操做是
（1）processUpdateQueue，將newKeys，updateKeys，cancelledKeys中的key更新到PollArrayWrapper中
（2）subSelector.poll()，這裏實際是調用native方法，會將PollArrayWrapper的fd拷貝至readFds/writeFds/exceptFds，並監聽這些fd。

private native int poll0(long pollAddress, int numfds,

int[] readFds, int[] writeFds, int[] exceptFds, long timeout);

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（3）updateSelectedKeys，遍歷freadFds/writeFds/exceptFds，將就緒的fd存儲到selectedKey中

當存在fd就緒後，doSelect方法返回，應用程序能夠遍歷selectedKey進行處理。

EpollEventLoop
EpollEventLoop底層使用epoll實現多路複用。

EpollEventLoop中會初始化epollFd、eventFd、timerFd。

epollFd是調用系統方法生成的epoll對象，後續會使用其管理全部須要監聽的fd
eventFd是用於線程通信，程序會把eventFd添加到epollFd中，監聽eventFd，一旦eventFd有操做，則會喚醒調用epoll_wait的線程。
timerFd是用於計時，一樣的監聽timerFd，一旦時間到達，則會喚醒調用epoll_wait的線程。
每當鏈接接入或者斷連，都會調用epoll_ctl_add/epoll_ctl_del方法來操做epoll對象。

在EpollEventLoop的run方法中，會調用epoll_wait來監聽全部fd，一旦有fd就緒，會拷貝至EpollEventArray中，應用程序遍歷EpollEventArray處理全部就緒事件。
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