Java NIO類庫Selector機制是什么

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迷惑不解 : 為什么要自己消耗資源？

令人不解的是為什么我們的Java的New I/O要設計成這個樣子？如果說老的I/O不能多路復用，如下圖所示，要開N多的線程去挨個偵聽每一個Channel (文件描述符) ，如果這樣做很費資源，且效率不高的話。那為什么在新的I/O機制依然需要自己連接自己，而且，還是重復連接，消耗雙倍的資源？

通過WEB搜索引擎沒有找到為什么。只看到N多的人在報BUG，但SUN卻沒有任何解釋。

下面一個圖展示了，老的IO和新IO的在網絡編程方面的差別。看起來NIO的確很好很強大。但似乎比起C/C++來說，Java的這種實現會有一些不必要的開銷。

它山之石 : 從Apache的Mina框架了解Selector

上面的調查沒過多長時間，正好同學趙錕的一個同事也在開發網絡程序，這位仁兄使用了Apache的Mina框架。當我們把Mina框架的源碼研讀了一下后。發現在Mina中有這么一個機制：

1）Mina框架會創建一個Work對象的線程。

2）Work對象的線程的run()方法會從一個隊列中拿出一堆Channel，然后使用Selector.select()方法來偵聽是否有數據可以讀/寫。

3）最關鍵的是，在select的時候，如果隊列有新的Channel加入，那么，Selector.select()會被喚醒，然后重新select***的Channel集合。

4）要喚醒select方法，只需要調用Selector的wakeup()方法。

對于熟悉于系統調用的C/C++程序員來說，一個阻塞在select上的線程有以下三種方式可以被喚醒：

1）  有數據可讀/寫，或出現異常。

2）  阻塞時間到，即time out。

3）  收到一個non-block的信號。可由kill或pthread_kill發出。

所以，Selector.wakeup()要喚醒阻塞的select，那么也只能通過這三種方法，其中：

1）第二種方法可以排除，因為select一旦阻塞，應無法修改其time out時間。

2）而第三種看來只能在Linux上實現，Windows上沒有這種信號通知的機制。

所以，看來只有***種方法了。再回想到為什么每個Selector.open()，在Windows會建立一對自己和自己的loopback的TCP連接；在Linux上會開一對pipe（pipe在Linux下一般都是成對打開），估計我們能夠猜得出來——那就是如果想要喚醒select，只需要朝著自己的這個loopback連接發點數據過去，于是，就可以喚醒阻塞在select上的線程了。

真相大白 : 可愛的Java你太不容易了

使用Linux下的strace命令，我們可以方便地證明這一點。參看下圖。圖中，請注意下面幾點：

1）  26654是主線程，之前我輸出notify the select字符串是為了做一個標記，而不至于迷失在大量的strace log中。

2）  26662是偵聽線程，也就是select阻塞的線程。

3）  圖中選中的兩行。26654的write正是wakeup()方法的系統調用，而緊接著的就是26662的epoll_wait的返回。

從上圖可見，這和我們之前的猜想正好一樣。可見，JDK的Selector自己和自己建的那些TCP連接或是pipe，正是用來實現Selector的notify和wakeup的功能的。

這兩個方法完全是來模仿Linux中的的kill和pthread_kill給阻塞在select上的線程發信號的。但因為發信號這個東西并不是一個跨平臺的標準（pthread_kill這個系統調用也不是所有Unix/Linux都支持的），而pipe是所有的Unix/Linux所支持的，但Windows又不支持，所以，Windows用了TCP連接來實現這個事。

關于Windows，我一直在想，Windows的防火墻的設置是不是會讓Java的類似的程序執行異常呢？呵呵。如果不知道Java的SDK有這樣的機制，誰知道會有多少個程序為此引起的問題度過多少個不眠之夜，尤其是Java程序員。

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