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Java NIO 類庫Selector機制解析

文章來源: 作者: 發布日期:2008-05-06
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在前些天的《Java NIO類庫Selector機制解析》文章中,我們知道了下面的事情:



1)Sun的JVM在實現Selector上,在Linux和Windows平臺下的細節。

2)Selector類的wakeup()方法如何喚醒阻塞在select()系統調用上的細節。



先給大家做一個簡單的回顧,在Windows下,Sun的Java虛擬機在Selector.open()時會自己和自己建立loopback的TCP鏈接;在Linux下,Selector會創建pipe。這主要是為了Selector.wakeup()可以方便喚醒阻塞在select()系統調用上的線程(通過向自己所建立的TCP鏈接和管道上隨便寫點什么就可以喚醒阻塞線程)



我們知道,無論是建立TCP鏈接還是建立管道都會消耗系統資源,而在Windows上,某些Windows上的防火墻設置還可能會導致Java的Selector因為建立不起loopback的TCP鏈接而出現異常。



而在我的另一篇文章《用GDB調試Java程序》中介紹了另一個Java的解釋器——GNU的gij,以及編譯器gcj,不但可以比較高效地運行Java程序,而且還可以把Java程序直接編譯成可執行文件。



GNU的之所以要重做一個Java的編譯和解釋器,其一個重要原因就是想解釋Sun的JVM的效率和資源耗費問題。當然,GNU的Java編譯/解釋器并不需要考慮太多復雜的平臺,他們只需要專注于Linux和衍生自Unix System V的操作系統,對于開發人員來說,離開了Windows,一切都會變得簡單起來。在這里,讓我們看看GNU的gij是如何解釋Selector.open()和Selector.wakeup()的。



同樣,我們需要一個測試程序。在這里,為了清晰,我不會例出所有的代碼,我只給出我所使用的這個程序的一些關鍵代碼。



我的這個測試程序中,和所有的Socket程序一樣,下面是一個比較標準的框架,當然,這個框架應該是在一個線程中,也就是一個需要繼承Runnable接口,并實現run()方法的一個類。(注意:其中的s是一個成員變量,是Selector類型,以便主線程序使用)





//生成一個偵聽端

ServerSocketChannel ssc = ServerSocketChannel.open();

//將偵聽端設為異步方式

ssc.configureBlocking(false);

//生成一個信號監視器

s = Selector.open();

//偵聽端綁定到一個端口

ssc.socket().bind(new InetSocketAddress(port));

//設置偵聽端所選的異步信號OP_ACCEPT

ssc.register(s,SelectionKey.OP_ACCEPT);



System.out.println("echo server has been set up ......");



while(true){

int n = s.select();

if (n == 0) { //沒有指定的I/O事件發生

continue;

}

Iterator it = s.selectedKeys().iterator();

while (it.hasNext()) {

SelectionKey key = (SelectionKey) it.next();

if (key.isAcceptable()) { //偵聽端信號觸發

…… …… ……

…… …… ……

}

if (key.isReadable()) { //某socket可讀信號

…… …… ……

…… …… ……

}

it.remove();

}

}







而在主線程中,我們可以通過Selector.wakeup()來喚醒這個阻塞在select()上的線程,下面是寫在主線程中的喚醒程序:





new Thread(this).start();

try{

//Sleep 30 seconds

Thread.sleep(30000);

System.out.println("wakeup the select");

s.wakeup();

}catch(Exception e){

e.printStackTrace();

}





這個程序在主線程中,先啟動一個線程,也就是上面那個Socket線程,然后休息30秒,為的是讓上面的那個線程有阻塞在select(),然后打印出一條信息,這是為了我們用strace命令查看具體的系統調用時能夠快速定位。之后調用的是Selector的wakeup()方法來喚醒偵聽線程。



接下來,我們可以通過兩種方式來編譯這個程序:

1)使用gcj或是sun的javac編譯成class文件,然后使用gij解釋執行。

2)使用gcj直接編譯成可執行文件。

(無論你用那種方法,都是一樣的結果,本文使用第二種方法,關于gcj的編譯方法,請參看我的《用GDB調試Java程序》)



編譯成可執行文件后,執行程序時,使用lsof命令,我們可以看到沒有任何pipe的建立??梢奊NU的解釋更為的節省資源。而對于一個Unix的C程序員來說,這意味著如果要喚醒select()只能使用pthread_kill()來發送一個信號了。下面就讓我們使用strace命令來驗證這個想法。



下圖是使用strace命令來跟蹤整個程序運行時的系統調用,我們利用我們的輸出的“wakeup the select”字符串快速的找到了wakeup的實際系統調用。








果然,我們可可以看到,tgkill(5829, 5831, SIGHUP)這個系統調用,第一個參數是“源線程id”,第二個參數是“目的線程id”,第三個參數是“信號SIGHUP”。通過每一行前面的線程號我們可以看到緊接著tgkill后面的5831線程的“… select resumed”字樣。



可見,GNU的確是使用最為傳統的pthread_kill或kill系統調用向阻塞線程發信號的方法來實現Selector.wakeup()的,這也證明了GNU的Java編譯/解釋器是不會消耗系統文件描述符的。而我們也終于看到了回歸經典的Java實現機制。
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