如何進行Java NIO的wakeup剖析

如何進行Java NIO的wakeup剖析，針對這個問題，這篇文章詳細介紹了相對應的分析和解答，希望可以幫助更多想解決這個問題的小伙伴找到更簡單易行的方法。

java NIO的實現中，有不少細節點非常有學習意義的，就好比下面的這個點：

Selector的 wakeup原理是什么？是如何實現的？

wakeup()

準確來說，應該是Selector的wakeup()，即Selector的喚醒，為什么要有這個喚醒操作呢？那還得從Selector的選擇方式 來說明，前文已經總結過Selector的選擇方式有三種：select()、select(timeout)、selectNow()。
selectNow的選擇過程是非阻塞的，與wakeup沒有太大關系。

select(timeout)和select()的選擇過程是阻塞的，其他線程如果想終止這個過程，就可以調用wakeup來喚醒。

wakeup的原理

既然Selector阻塞式選擇因為找到感興趣事件ready才會返回(排除超時、中斷)，就給它構造一個感興趣事件ready的場景即可。下圖可以比較形象的形容wakeup原理：

Selector管轄的FD(文件描述符，linux即為fd，對應一個文件，windows下對應一個句柄；每個可選擇Channel在創建的時 候，就生成了與其對應的FD，Channel與FD的聯系見另一篇)中包含某一個FD A， A對數據可讀事件感興趣，當往圖中漏斗端放入(寫入)數據，數據會流進A，于是A有感興趣事件ready，最終，select得到結果而返回。

wakeup在Selector中的定義如下：

public abstract Selector wakeup();

下面結合上圖來追尋wakeup的實現：

linux下Selector默認實現為PollSelectorImpl，當內核版本大于2.6時，實現為EPollSelectorImpl，僅看這兩者的wakeup方法，代碼似乎完全一樣：

public Selector wakeup() {     synchronized (interruptLock) {         if (!interruptTriggered) {             pollWrapper.interrupt();             interruptTriggered = true;         }     }     return this; }

window下Selector的實現為WindowsSelectorImpl，其wakeup實現如下：

public Selector wakeup() {     synchronized (interruptLock) {         if (!interruptTriggered) {             setWakeupSocket();             interruptTriggered = true;         }     }     return this; }

其中interruptTriggered為中斷已觸發標志，當pollWrapper.interrupt()之后，該標志即為true了；得益于這個標志，連續兩次wakeup，只會有一次效果。

對比上圖及上述代碼，其實pollWrapper.interrupt()及setWakeupSocket()就是圖中的往漏斗中倒水的過程，不 管windows也好，linux也好，它們wakeup的思想是完全一致的，不同的地方就在于實現的細節了，例如上圖中漏斗與通道的鏈接部 分，linux下是采用管道pipe來實現的，而windows下是采用兩個socket之間的通訊來實現的，它們都有這樣的特性：

1）都有兩個端，一個 是read端，一個是write端，windows中兩個socket也是一個扮演read的角色，一個扮演write的角色；

2）當往write端寫入 數據，則read端即可以收到數據;從它們的特性可以看出，它們是能夠勝任這份工作的。

如果只想理解wakeup的原理，看到這里應該差不多了，不過，下面，想繼續深入一下，滿足更多人的好奇心。

先看看linux下PollSelector的具體wakeup實現，分階段來介紹：

1）準備階段

PollSelector在構造的時候，就將管道pipe，及wakeup專用FD給準備好，可以看一下它的實現：

PollSelectorImpl(SelectorProvider sp) {     super(sp, 1, 1);     int[] fdes = new int[2];     IOUtil.initPipe(fdes, false);     fd0 = fdes[0];     fd1 = fdes[1];     pollWrapper = new PollArrayWrapper(INIT_CAP);     pollWrapper.initInterrupt(fd0, fd1);     channelArray = new SelectionKeyImpl[INIT_CAP]; }

IOUtil.initPipe，采用系統調用pipe(int fd[2])來創建管道，fd[0]即為ready端，fd[1]即為write端。

另一個需要關注的點就是pollWrapper.initInterrupt(fd0, fd1)，先看一下它的實現：

void initInterrupt(int fd0, int fd1) {     interruptFD = fd1;     putDescriptor(0, fd0);     putEventOps(0, POLLIN);     putReventOps(0, 0); }

以看到，initInterrupt在準備wakeup專用FD，因為fd0是read端fd，fd1是write端fd：

interruptFD被初始化為write端fd；

putDescriptor(0, fd0)初始化pollfd數組中的***個pollfd,即指PollSelector關注的***個fd，即為fd0；

putEventOps(0, POLLIN)初始化fd0對應pollfd中的events為POLLIN,即指fd0對可讀事件感興趣；

putReventOps(0, 0)只是初始化一下fd0對應的pollfd中的revents;

2）執行階段

有了前面的準備工作，就看PollArrayWrapper中的interrupt()實現：

public void interrupt() {     interrupt(interruptFD); }

interrupt是native方法，它的入參interruptFD即為準備階段管道的write端fd，對應于上圖，其實就是漏斗端，因此，就是不看其實現，也知道它肯定扮演著倒水的這個動作，看其實現：

JNIEXPORT void JNICALL Java_sun_nio_ch_PollArrayWrapper_interrupt(JNIEnv *env, jobject this, jint fd) {     int fakebuf[1];     fakebuf[0] = 1;     if (write(fd, fakebuf, 1) < 0) {          JNU_ThrowIOExceptionWithLastError(env,                                           "Write to interrupt fd failed");     } }

可以看出，interrupt(interruptFD)是往管道的write端fd1中寫入一個字節(write(fd, fakebuf, 1))。

是的，只需要往fd1中寫入一個字節，fd0即滿足了可讀事件ready，則Selector自然會因為有事件ready而中止阻塞返回。

EPollSelector與PollSelector相比，其wakeup實現就只有initInterrupt不同，它的實現如下：

void initInterrupt(int fd0, int fd1) {     outgoingInterruptFD = fd1;     incomingInterruptFD = fd0;     epollCtl(epfd, EPOLL_CTL_ADD, fd0, EPOLLIN); }

epfd之前的篇章里已經講過，它是通過epoll_create創建出來的epoll文件fd，epollCtl調用內核epoll_ctl實現了往epfd上添加fd0，且其感興趣事件為可讀(EPOLLIN)。

因此可以斷定，EPollSelector與PollSelector的wakeup實現是一致的。

因為之前一直專注與分析linux下的Java NIO實現，忽略了windows下的選擇過程等，這里突然講解其wakeup實現似乎很突兀，所以打算后面專門起一篇來介紹windows下的NIO實 現，這里我們只需要理解wakeup原理，甚至自己去看看其wakeup實現，應該也沒什么難度。

關于如何進行Java NIO的wakeup剖析問題的解答就分享到這里了，希望以上內容可以對大家有一定的幫助，如果你還有很多疑惑沒有解開，可以關注億速云行業資訊頻道了解更多相關知識。