2.NioEventLoop的创建

NioEventLoop的创建

NioEventLoop是netty及其重要的组成部件，它的首要职责就是为注册在它上的channels服务，发现这些channels上发生的新连接、读写等I/O事件，然后将事件转交 channel 流水线处理。使用netty时，我们首先要做的就是创建NioEventLoopGroup，这是一组NioEventLoop的集合，类似线程与线程池。通常，服务端会创建2个group,一个叫做bossGroup,一个叫做workerGroup。bossGroup负责监听绑定的端口，接受请求并创建新连接，初始化后交由workerGroup处理后续IO事件。

NioEventLoop和NioEventLoopGroup的类图

首先看看NioEventLoop和NioEventLoopGroup的类关系图

类多但不乱，可以发现三个特点：

1. 两者都继承了ExecutorService，从而与线程池建立了联系
2. NioEventLoop继承的都是SingleThread，NioEventLoop继承的是MultiThread
3. NioEventLoop还继承了AbstractScheduledEventExecutor，不难猜出这是个和定时任务调度有关的线程池

NioEventLoopGroup的创建

EventLoopGroup bossGroup = new NioEventLoopGroup(1);
EventLoopGroup workerGroup = new NioEventLoopGroup();

我们先看看bossGroup和workerGroup的构造方法。

public NioEventLoopGroup() {
    this(0);
}
public NioEventLoopGroup(int nThreads) {
    this(nThreads, (Executor) null);
}
除此之外，还有多达8种构造方法，这些构造方法可以指定5种参数：
1、最大线程数量。如果指定为0，那么Netty会将线程数量设置为CPU逻辑处理器数量的2倍
2、线程工厂。要求线程工厂类必须实现java.util.concurrent.ThreadFactory接口。如果没有指定线程工厂，那么默认DefaultThreadFactory。
3、SelectorProvider。如果没有指定SelectorProvider，那么默认的SelectorProvider为SelectorProvider.provider()。
4、SelectStrategyFactory。如果没有指定则默认为DefaultSelectStrategyFactory.INSTANCE
5、RejectedExecutionHandler。拒绝策略处理类，如果这个EventLoopGroup已被关闭，那么之后提交的Runnable任务会默认调用RejectedExecutionHandler的reject方法进行处理。如果没有指定，则默认调用拒绝策略。

最终，NioEventLoopGroup会重载到父类MultiThreadEventExecutorGroup的构造方法上,这里省略了一些健壮性代码。

protected MultithreadEventExecutorGroup(int nThreads, Executor executor,EventExecutorChooserFactory chooserFactory, Object... args) {
    // 步骤1
    if (executor == null) {
        executor = new ThreadPerTaskExecutor(newDefaultThreadFactory());
    }

    // 步骤2
    children = new EventExecutor[nThreads];
    for (int i = 0; i < nThreads; i ++) {
        children[i] = newChild(executor, args);
    }    

    // 步骤3
    chooser = chooserFactory.newChooser(children);

    // 步骤4
    final FutureListener<Object> terminationListener = future -> {
        if (terminatedChildren.incrementAndGet() == children.length) {
            terminationFuture.setSuccess(null);
        }
    };
    for (EventExecutor e: children) {
        e.terminationFuture().addListener(terminationListener);
    }

    // 步骤5
    Set<EventExecutor> childrenSet = new LinkedHashSet<>(children.length);
    Collections.addAll(childrenSet, children);
    readonlyChildren = Collections.unmodifiableSet(childrenSet);
    }

这里可以分解为5个步骤，下面一步步讲解

步骤1

第一个步骤是创建线程池executor。从workerGroup构造方法可知，默认传进来的executor为null，所以首先创建executor。newDefaultThreadFactory的作用是设置线程的前缀名和线程优先级，默认情况下，前缀名是nioEventLoopGroup-x-y这样的命名规则,而线程优先级则是5，处于中间位置。

创建完newDefaultThreadFactory后，进入到ThreadPerTaskExecutor。它直接实现了juc包的线程池顶级接口，从构造方法可以看到它只是简单的把factory赋值给自己的成员变量。而它实现的接口方法调用了threadFactory的newThread方法。从名字可以看出，它构造了一个thread，并立即启动thread。

public ThreadPerTaskExecutor(ThreadFactory threadFactory) {
    this.threadFactory = threadFactory;
}
@Override
public void execute(Runnable command) {
    threadFactory.newThread(command).start();
}

那么我们回过头来看下DefaultThreadFactory的newThread方法,发现他创建了一个FastThreadLocalThread。这是netty自定义的一个线程类，顾名思义，netty认为它的性能更快。关于它的解析留待以后。这里步骤1创建线程池就完成了。总的来说他与我们通常使用的线程池不太一样，不设置线程池的线程数和任务队列，而是来一个任务启动一个线程。(问题：那任务一多岂不是直接线程爆炸？)

@Override
public Thread newThread(Runnable r) {
    Thread t = newThread(FastThreadLocalRunnable.wrap(r), prefix + nextId.incrementAndGet());
    return t;
}
protected Thread newThread(Runnable r, String name) {
    return new FastThreadLocalThread(threadGroup, r, name);
}

步骤2

步骤2是创建workerGroup中的NioEventLoop。在示例代码中，传进来的线程数是0，显然不可能真的只创建0个nioEventLoop线程。在调用父类MultithreadEventLoopGroup构造函数时，对线程数进行了判断，若为0，则传入默认线程数，该值默认为2倍CPU核心数

protected MultithreadEventLoopGroup(int nThreads, Executor executor, Object... args) {
    super(nThreads == 0 ? DEFAULT_EVENT_LOOP_THREADS : nThreads, executor, args);
}
// 静态代码块初始化DEFAULT_EVENT_LOOP_THREADS
static {
    DEFAULT_EVENT_LOOP_THREADS = Math.max(1, SystemPropertyUtil.getInt("io.netty.eventLoopThreads",     NettyRuntime.availableProcessors() * 2));
}

接下来是通过newChild方法为每一个EventExecutor创建一个对应的NioEventLoop。这个方法传入了一些args到NioEventLoop中，前三个是在NioEventLoopGroup创建时传过来的参数。默认值见上文

1. SlectorProvider.provider, 用于创建 Java NIO Selector 对象;
2. SelectStrategyFactory, 选择策略工厂;
3. RejectedExecutionHandlers, 拒绝执行处理器;
4. EventLoopTaskQueueFactory,任务队列工厂,默认为null;

进入NioEventLoop的构造函数，如下：

NioEventLoop构造函数
NioEventLoop(NioEventLoopGroup parent, Executor executor, SelectorProvider selectorProvider,
                 SelectStrategy strategy, RejectedExecutionHandler rejectedExecutionHandler,
                 EventLoopTaskQueueFactory queueFactory) {
        super(parent, executor, false, newTaskQueue(queueFactory), newTaskQueue(queueFactory),
                rejectedExecutionHandler);
        if (selectorProvider == null) {
            throw new NullPointerException("selectorProvider");
        }
        if (strategy == null) {
            throw new NullPointerException("selectStrategy");
        }
        provider = selectorProvider;
        final SelectorTuple selectorTuple = openSelector();
        selector = selectorTuple.selector;
        unwrappedSelector = selectorTuple.unwrappedSelector;
        selectStrategy = strategy;
    }
// 父类构造函数
protected SingleThreadEventExecutor(EventExecutorGroup parent, Executor executor,
                                        boolean addTaskWakesUp, Queue<Runnable> taskQueue,
                                        RejectedExecutionHandler rejectedHandler) {
    super(parent);
    this.addTaskWakesUp = addTaskWakesUp;
    this.maxPendingTasks = DEFAULT_MAX_PENDING_EXECUTOR_TASKS;
    this.executor = ThreadExecutorMap.apply(executor, this);
    this.taskQueue = ObjectUtil.checkNotNull(taskQueue, taskQueue");
    rejectedExecutionHandler = ObjectUtil.checkNotNullrejectedHandler, "rejectedHandler");
}

首先调用一个newTaskQueue方法创建一个任务队列。这是一个mpsc即多生产者单消费者的无锁队列。之后调用父类的构造函数，在父类的构造函数中，将NioEventLoopGroup设置为自己的parent，并通过匿名内部类创建了这样一个Executor————通过ThreadPerTaskExecutor执行传进来的任务，并且在执行时将当前线程与NioEventLoop绑定。其他属性也一一设置。

在nioEventLoop构造函数中，我们发现创建了一个selector，不妨看一看netty对它的包装。

unwrappedSelector = provider.openSelector();
if (DISABLE_KEY_SET_OPTIMIZATION) {
    return new SelectorTuple(unwrappedSelector);
}

首先看到netty定义了一个常量DISABLE_KEY_SET_OPTIMIZATION，如果这个常量设置为true，也即不对keyset进行优化，则直接返回未包装的selector。那么netty对selector进行了哪些优化？

final SelectedSelectionKeySet selectedKeySet = new SelectedSelectionKeySet();

final class SelectedSelectionKeySet extends AbstractSet<SelectionKey> {

    SelectionKey[] keys;
    int size;

    SelectedSelectionKeySet() {
        keys = new SelectionKey[1024];
    }
}

往下，我们看到了一个叫做selectedSelectionKeySet的类，点进去可以看到，它继承了AbstractSet，然而它的成员变量却让我们想到了ArrayList,再看看它定义的方法，除了不支持remove和contains外，活脱脱一个简化版的ArrayList，甚至也支持扩容。

没错，netty确实通过反射的方式，将selectionKey从Set替换为了ArrayList。仔细一想，却又觉得此番做法有些道理。众所周知，虽然HashSet和ArrayList随机查找的时间复杂度都是o(1)，但相比数组直接通过偏移量定位，HashSet由于需要Hash运算，时间消耗上又稍稍逊色了些。再加上使用场景上，都是获取selectionKey集合然后遍历,Set去重的特性完全用不上，也无怪乎追求性能的netty想要替换它了。

步骤3

创建完workerGroup的NioEventLoop后,如何挑选一个nioEventLoop进行工作是netty接下来想要做的事。一般来说轮询是一个很容易想到的方案，为此需要创建一个类似负载均衡作用的线程选择器。当然追求性能到丧心病狂的netty是不会轻易满足的。我们看看netty在这样常见的方案里又做了哪些操作。

public EventExecutorChooser newChooser(EventExecutor[] executors) {
    if (isPowerOfTwo(executors.length)) {
        return new PowerOfTwoEventExecutorChooser(executors);
    } else {
        return new GenericEventExecutorChooser(executors);
    }
}
// PowerOfTwo
public EventExecutor next() {
    return executors[idx.getAndIncrement() & executors.length - 1];
}
// Generic
public EventExecutor next() {
    return executors[Math.abs(idx.getAndIncrement() % executors.length)];
}

可以看到，netty根据workerGroup内线程的数量采取了2种不同的线程选择器，当线程数x是2的幂次方时，可以通过&(x-1)来达到对x取模的效果，其他情况则需要直接取模。这与hashmap强制设置容量为2的幂次方有异曲同工之妙。

步骤4

步骤4就是添加一些保证健壮性而添加的监听器了，这些监听器会在EventLoop被关闭后得到通知。

步骤5

创建一个只读的NioEventLoop线程组

到此NioEventLoopGroup及其包含的NioEventLoop组就创建完成了