NIOChannel接口分析
NIO-Channel接口分析
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前言
本来是想学习Netty的,但是Netty是一个NIO框架,因此在学习netty之前,还是先梳理一下NIO的知识。通过剖析源码理解NIO的设计原理。
本系列文章针对的是JDK1.8.0.161的源码。
上一篇介绍了Channel的基本使用,下面对Channel的接口进行分析。
接口
SCTP协议
SCTP(Stream Control Transmission Protocol)是一种传输协议,在TCP/IP协议栈中所处的位置和TCP、UDP类似,兼有TCP/UDP两者特征。
对于SCTP协议这里不详细描述,想了解的同学可以看下这篇文章 SCTP协议平时用的不多,这里不做具体讨论。
UDP协议
NIO使用DatagrmChannel实现了UDP协议的网络通讯。
下面我们对各个接口进行分析。
AutoCloseable
和Closeable
分别是自动关闭和主动关闭接口。当资源(如句柄或文件等)需要释放时,则需要调用close方法释放资源。
public interface AutoCloseable { void close() throws Exception;
}
public interface Closeable extends AutoCloseable {
void close() throws IOException;
}
Channel
是通道接口,针对于I/O相关的操作,需要打开和关闭操作。
public interface Channel extends Closeable { boolean isOpen();
void close() throws IOException;
}
InterruptibleChannel
是支持异步关闭和中断的通道接口。为了支持Thead的interrupt模型,当线程中断时,可以执行中断处理对象的回调,从而关闭释放Channel。
public interface InterruptibleChannel extends Channel { void close() throws IOException;
}
关于InterruptibleChannel可中断I/O详细解析可以看一下《JDK源码阅读-InterruptibleChannel与可中断IO》
Interruptible
是线程中断接口,即上面提的Thead的interrupt模型。当线程中断时,则会调用中断操作。
public abstract interface Interruptible { public abstract void interrupt(java.lang.Thread t);
}
public class Thread implements Runnable {
...
public void interrupt() {
if (this != Thread.currentThread())
checkAccess();
synchronized (blockerLock) {
Interruptible b = blocker;
if (b != null) {
interrupt0(); // Just to set the interrupt flag
b.interrupt(this);
return;
}
}
interrupt0();
}
...
}
AbstractInterruptibleChannel
实现了Channel
和InterruptibleChannel
接口。
closeLock
是关闭时的锁open
表示channle是否打开interuptor
为Interruptible
中断回调interrupted
为I/O执行时的线程
public abstract class AbstractInterruptibleChannel implements Channel, InterruptibleChannel { ...
public final void close() throws IOException {
synchronized(this.closeLock) {
if (this.open) {
this.open = false;
this.implCloseChannel();
}
}
}
//具体的Channel实现关闭
protected abstract void implCloseChannel() throws IOException;
protected final void begin() {
if (this.interruptor == null) {
this.interruptor = new Interruptible() {
//线程中断时,则会调用该接口关闭Channel
public void interrupt(Thread target) {
synchronized(AbstractInterruptibleChannel.this.closeLock) {
if (AbstractInterruptibleChannel.this.open) {
AbstractInterruptibleChannel.this.open = false;
AbstractInterruptibleChannel.this.interrupted = target;
try {
AbstractInterruptibleChannel.this.implCloseChannel();
} catch (IOException x) {
}
}
}
}
};
}
//将线程的blockOn设置为当前interruptor,从而使得线程关闭时能关闭channel
blockedOn(this.interruptor);
Thread me = Thread.currentThread();
if (me.isInterrupted()) {
this.interruptor.interrupt(me);
}
}
protected final void end(boolean completed)
throws AsynchronousCloseException
{
//I/O结束,清除线程blocker
blockedOn(null);
Thread interrupted = this.interrupted;
if (interrupted != null && interrupted == Thread.currentThread()) {
interrupted = null;
throw new ClosedByInterruptException();
}
if (!completed && !open)
throw new AsynchronousCloseException();
}
static void blockedOn(Interruptible intr) {
SharedSecrets.getJavaLangAccess().blockedOn(Thread.currentThread(), intr);
}
}
AbstractInterruptibleChannel
添加了begin
和end
方法。 在I/O操作开始时会调用begin
,在I/O
操作结束时会调用end
。在begin方法内将中断操作加入到当前线程中。最终会调用到线程的blockOn方法,它会将该中断接口注入到线程中,使得线程中断时可以调用到Channel并释放相关资源。
public void blockedOn(Thread t, Interruptible b) { t.blockedOn(b);
}
SelectableChannel
接口声明了Channel是可以被选择的,在Windows平台通过WindowsSelectorImpl
实现,Linux通过EPollSelectorImpl
实现。此外还有KQueue
等实现,关于Selector
具体细节在《NIO-Selector》一文中会介绍。
AbstractSelectableChannel
实现了SelectableChannel
接口。
NetworkChannel
适用于网络传输的接口。
public interface NetworkChannel extends Channel { //绑定地址
NetworkChannel bind(SocketAddress var1) throws IOException;
//获取本地地址
SocketAddress getLocalAddress() throws IOException;
//设置socket选项
<T> NetworkChannel setOption(SocketOption<T> var1, T var2) throws IOException;
//获取socket选项
<T> T getOption(SocketOption<T> var1) throws IOException;
//当前通道支持的socket选项
Set<SocketOption<?>> supportedOptions();
}
MulticastChannel
是支持组播接口。
public interface MulticastChannel extends NetworkChannel { void close() throws IOException;
MembershipKey join(InetAddress group, NetworkInterface interf) throws IOException;
MembershipKey join(InetAddress group, NetworkInterface interf, InetAddress source) throws IOException;
}
SelChImpl
接口用于将底层的I/O就绪状态更新为就绪事件。
public interface SelChImpl extends Channel { FileDescriptor getFD();
int getFDVal();
//更新就绪事件
public boolean translateAndUpdateReadyOps(int ops, SelectionKeyImpl sk);
//设置就绪事件
public boolean translateAndSetReadyOps(int ops, SelectionKeyImpl sk);
//将底层的轮询操作转换为事件
void translateAndSetInterestOps(int ops, SelectionKeyImpl sk);
//返回channle支持的操作,比如读操作、写操作等
int validOps();
void kill() throws IOException;
}
由于UDP支持读写数据,因此还实现了ReadableByteChannel
和WritableByteChannel
接口
public interface ReadableByteChannel extends Channel { int read(ByteBuffer dst) throws IOException;
}
public interface WritableByteChannel extends Channel {
int write(ByteBuffer src) throws IOException;
}
ByteChannel
是支持读写的通道。
public interface ByteChannel extends ReadableByteChannel, WritableByteChannel {}
ScatteringByteChannel
则支持根据传入偏移量读,支持根据传入偏移量写GatheringByteChannel
public interface ScatteringByteChannel extends ReadableByteChannel { long read(ByteBuffer[] dsts, int offset, int length) throws IOException;
long read(ByteBuffer[] dsts) throws IOException;}
public interface GatheringByteChannel extends WritableByteChannel {
long write(ByteBuffer[] srcs, int offset, int length) throws IOException;
long write(ByteBuffer[] srcs) throws IOException;
}
TCP协议
客户端
TCP协议除了不支持组播,其他和UDP是一样的,不再重复介绍。
服务端
服务端无需数据读写,仅需要接收连接,数据读写是SocketChannel干的事。因此没有ReadableByteChannel
、WriteableByteChannel
等读写接口
文件
文件比网络协议少了NetworkChannel
、SelChImpl
和SelectableChannel
。SelChImpl
和SelectableChannel
主要是用于支持选择器的,由于网络传输大多数连接时空闲的,而且数据何时会到来并不知晓,同时需要支持高并发来连接,因此支持多路复用技术可以显著的提高性能,而磁盘读写则没有该需求,因此无需选择器。
SeekableByteChannel
可以通过修改position支持从指定位置读写数据。
public interface SeekableByteChannel extends ByteChannel { int read(ByteBuffer dst) throws IOException;
int write(ByteBuffer src) throws IOException;
long position() throws IOException;
//设置偏移量
SeekableByteChannel position(long newPosition) throws IOException;
long size() throws IOException;
//截取指定大小
SeekableByteChannel truncate(long size) throws IOException;
}
总结
由于文章篇幅比较长,因此还是将接口分析和实现分析分开。本篇文章对Channel的接口进行说明,下一篇将对具体的实现进行分析。
相关文献
- SCTP协议详解
- 史上最强Java NIO入门:担心从入门到放弃的,请读这篇!
- Java NIO系列教程
- 为什么SCTP没有被大量使用/知道
- JDK源码阅读-InterruptibleChannel与可中断IO
- 广播和组播
- 关于AccessController.doPrivileged
- ServiceLoader源码分析
- 基于Java的RDMA高性能通信库(六):SDP - Java Socket Direct Protocol
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