Mina框架会话读写源码分析

一个IoSession的I/O事件是注册在一个Selector对象上,并且每个Processor线程只轮询一个Selector对象,即每一个链接只有一个线程处理I/O事件,这样能保证同一IoSession数据的有序性。

下面就从部分源码探究其中的原理,以NioAcceptor为例子:

public NioSocketAcceptor() {
        super(new DefaultSocketSessionConfig(), NioProcessor.class);
        ((DefaultSocketSessionConfig) getSessionConfig()).init(this);
    }

这里的NioProcessor.class就是Processor的具体类型。

protected AbstractPollingIoAcceptor(IoSessionConfig sessionConfig, Class<? extends IoProcessor<S>> processorClass) {
        this(sessionConfig, null, new SimpleIoProcessorPool<S>(processorClass), true, null);
    }

SimpleIoProcessorPool是Processor的线程池,使用NioProcessor创建具体的线程。

跳过Acceptor的初始化过程,当客户端请求建立链接,服务端Acceptor线程会执行以下代码:

private void processHandles(Iterator<H> handles) throws Exception {
            while (handles.hasNext()) {
                H handle = handles.next();
                handles.remove();

                // Associates a new created connection to a processor,
                // and get back a session
                S session = accept(processor, handle); //这里的processor是processor线程池
                if (session == null) {
                    continue;
                }
                initSession(session, null, null);
                // add the session to the SocketIoProcessor
                session.getProcessor().add(session);
            }
        }

@Override
    protected NioSession accept(IoProcessor<NioSession> processor, ServerSocketChannel handle) throws Exception {
        SelectionKey key = null;
        if (handle != null) {
            key = handle.keyFor(selector);
        }
        if ((key == null) || (!key.isValid()) || (!key.isAcceptable())) {
            return null;
        }
        // accept the connection from the client
        SocketChannel ch = handle.accept();
        if (ch == null) {
            return null;
        }
        return new NioSocketSession(this, processor, ch);
    }

这里创建了NioSocketSession将Processor线程池与SocketChannel绑定在一起。然后通过 session.getProcessor().add(session)将会话注册到SimpleIoProcessorPool线程池中的一个Processor对象内部的Selector对象。

为什么这里的processor是线程池?还记得NioSocketAcceptor的构造函数中的SimpleIoProcessorPool,processor就是它的实例。

看以下NioSocketSession的getProcessor()方法:

public IoProcessor<NioSession> getProcessor() {
        return processor;
    }

返回的就是与它关联的SimpleIoProcessorPool线程池对象.再看SimpleIoProcessorPool的addI()方法:

public final void add(S session) {
        getProcessor(session).add(session);
    }


 private IoProcessor<S> getProcessor(S session) {
        IoProcessor<S> processor = (IoProcessor<S>) session.getAttribute(PROCESSOR);
        if (processor == null) {
            if (disposed || disposing) {
                throw new IllegalStateException("A disposed processor cannot be accessed.");
            }
            processor = pool[Math.abs((int) session.getId()) % pool.length];
            if (processor == null) {
                throw new IllegalStateException("A disposed processor cannot be accessed.");
            }
            session.setAttributeIfAbsent(PROCESSOR, processor);
        }
        return processor;
    }

getProcessor()这个方法是SimpleIoProcessorPool中的,负责根据Session返回一个与之关联的Processor线程,这里用了session id对线程池中的线程总数取模的算法。与Session关联的Processor被添加到Session的Attribute中以便下次直接取出。

到这一部还没有看到Session内部的SocketChannel的IO事件是怎么注册到Processor线程的Selector对象上的,继续分析Processor的add()方法:

@Override
    public final void add(S session) {
        if (disposed || disposing) {
            throw new IllegalStateException("Already disposed.");
        }
        // Adds the session to the newSession queue and starts the worker
        newSessions.add(session);
        startupProcessor();
    }

private void startupProcessor() {
        Processor processor = processorRef.get();
        if (processor == null) {
            processor = new Processor();
            if (processorRef.compareAndSet(null, processor)) {
                executor.execute(new NamePreservingRunnable(processor, threadName));
            }
        }
        // Just stop the select() and start it again, so that the processor
        // can be activated immediately.
        wakeup();
    }

//NamePreservingRunnable的run方法,显示给线程命名,然后执行Processor的run方法。
public void run() {
        Thread currentThread = Thread.currentThread();
        String oldName = currentThread.getName();

        if (newName != null) {
            setName(currentThread, newName);
        }

        try {
            runnable.run();
        } finally {
            setName(currentThread, oldName);
        }
    }

private class Processor implements Runnable {
        public void run() {
            assert (processorRef.get() == this);

            int nSessions = 0;
            lastIdleCheckTime = System.currentTimeMillis();
            int nbTries = 10;

            for (;;) {
                try {
                    ...
                    int selected = select(SELECT_TIMEOUT);
                    ...
                    nSessions += handleNewSessions();
                    ...
                    if (selected > 0) {
                        // LOG.debug("Processing ..."); // This log hurts one of
                        // the MDCFilter test...
                        process();
                    }
                    ...
               
                    }
                } catch (ClosedSelectorException cse) {
                    ExceptionMonitor.getInstance().exceptionCaught(cse);
                    break;
                } catch (Exception e) {
                    ExceptionMonitor.getInstance().exceptionCaught(e);
                    try {
                        Thread.sleep(1000);
                    } catch (InterruptedException e1) {
                        ExceptionMonitor.getInstance().exceptionCaught(e1);
                    }
                }
            }
        }
    }

这里开始显露一些马脚了,先是把session添加到newSessions这个队列中。然后建立了Processor实例,这就是具体的Processor线程。通过executor的execute()方法先是执行了NamePreservingRunnable的run()方法,其内部执行了Processor的run()方法。

执行Processor的run()中的select()其实就是调用其内部Selector对象的select()方法,会导致Processor线程的阻塞:

protected int select(long timeout) throws Exception {
        return selector.select(timeout);
    }

然后调用了Processor内部的Selector对象的wakeup()方法,wakeup()这个方法是当Selector对象执行select()方法阻塞时,立即返回。

@Override
    protected void wakeup() {
        wakeupCalled.getAndSet(true);
        selector.wakeup();
    }

于是后续就执行了:

private int handleNewSessions() {
        int addedSessions = 0;
        for (S session = newSessions.poll(); session != null; session = newSessions.poll()) {
            if (addNow(session)) {
                // A new session has been created
                addedSessions++;
            }
        }
        return addedSessions;
    }

private boolean addNow(S session) {
        boolean registered = false;

        try {
            init(session);
            registered = true;

            // Build the filter chain of this session.
            IoFilterChainBuilder chainBuilder = session.getService().getFilterChainBuilder();
            chainBuilder.buildFilterChain(session.getFilterChain());

            // DefaultIoFilterChain.CONNECT_FUTURE is cleared inside here
            // in AbstractIoFilterChain.fireSessionOpened().
            // Propagate the SESSION_CREATED event up to the chain
            IoServiceListenerSupport listeners = ((AbstractIoService) session.getService()).getListeners();
            listeners.fireSessionCreated(session);
        } catch (Exception e) {
            ExceptionMonitor.getInstance().exceptionCaught(e);

            try {
                destroy(session);
            } catch (Exception e1) {
                ExceptionMonitor.getInstance().exceptionCaught(e1);
            } finally {
                registered = false;
            }
        }

        return registered;
    }

@Override
    protected void init(NioSession session) throws Exception {
        SelectableChannel ch = (SelectableChannel) session.getChannel();
        ch.configureBlocking(false);
        session.setSelectionKey(ch.register(selector, SelectionKey.OP_READ, session));
    }

到此终于理清了,Processor线程先是阻塞的,由Acceptor线程把session添加到newSessions队列,然后通过wakeup将Processor从Selector对象的select()方法返回执行到handleNewSessions()方法,此方法会取出newSessions队列中的session然后通过addNow()方法执行NioProcessor的init()方法,由init()方法将session中的Channel的OP_READ事件注册到Selector对象上。

所以一个IoSession对应的是一个Proceccor线程,也是一个Selector对象,每个IoSession的读取数据处理一定是同步的。

既然有读就一定有写,记得上述代码中有一段:

private void processHandles(Iterator<H> handles) throws Exception {
            while (handles.hasNext()) {
                H handle = handles.next();
                handles.remove();

                // Associates a new created connection to a processor,
                // and get back a session
                S session = accept(processor, handle); //这里的processor是processor线程池
                if (session == null) {
                    continue;
                }
                initSession(session, null, null);
                // add the session to the SocketIoProcessor
                session.getProcessor().add(session);
            }
        }

重点是initSession()方法:

 protected final void initSession(IoSession session, IoFuture future, IoSessionInitializer sessionInitializer) {
...
((AbstractIoSession) session).setWriteRequestQueue(session.getService().getSessionDataStructureFactory()
                    .getWriteRequestQueue(session));
...
}

这里为session添加了WriteRequestQueue其实就是session的消息写入队列,当session被暂停或者WriteRequestQueue队列非空写入的消息会添加到这个队列里:

if (!s.isWriteSuspended()) {
                if (writeRequestQueue.isEmpty(session)) {
                    // We can write directly the message
                    s.getProcessor().write(s, writeRequest);
                } else {
                    s.getWriteRequestQueue().offer(s, writeRequest);
                    s.getProcessor().flush(s);
                }
            } else {
                s.getWriteRequestQueue().offer(s, writeRequest);
            }

而如果队列是空的则会执行write()方法,其实也是将写入请求插入队列然后直接执行flush()方法。

 @Override
    public void write(S session, WriteRequest writeRequest) {
        WriteRequestQueue writeRequestQueue = session.getWriteRequestQueue();

        writeRequestQueue.offer(session, writeRequest);

        if (!session.isWriteSuspended()) {
            this.flush(session);
        }
    }

flush()方法会在flushingSessions队列添加session并通过wakeup()方法将Processor线程从阻塞中恢复:

@Override
    public final void flush(S session) {
        // add the session to the queue if it's not already
        // in the queue, then wake up the select()
        if (session.setScheduledForFlush(true)) {
            flushingSessions.add(session);
            wakeup();
        }
    }

在Processor线程中会执行flush(long currentTime)方法,依次取出队列的每个session,注意这里的队列是ConcurrentLinkedQueue,所以不管在任何线程调用IoSession的write()方法写入消息,最终都会同步的插入到这个队列。

通过flushNow(session, currentTime)方法先是取出session的WriteRequestQueue队列(每个session都有一个写入消息的同步队列),然后依次取出其中的写消息请求,然后调用writeBuffer(S session, WriteRequest req, boolean hasFragmentation, int maxLength, long currentTime),最终调用write(NioSession session, IoBuffer buf, int length) 通过session关联的Channel的write()方法将字节流发送。由于代码过多只贴出最终部分:

@Override
    protected int write(NioSession session, IoBuffer buf, int length) throws IOException {
        if (buf.remaining() <= length) {
            return session.getChannel().write(buf.buf());
        }

        int oldLimit = buf.limit();
        buf.limit(buf.position() + length);
        try {
            return session.getChannel().write(buf.buf());
        } finally {
            buf.limit(oldLimit);
        }
    }

到此分析Processor线程读写终于结束了,可以得出结论,会话的读写都是在Processor线程池中的一个Processor线程执行的。其中读消息是按事件顺序依次完成的,写消息可以由多个线程同时写,但是写入的请求一定是同步地插入到Session地写消息队列中,然后由Processor线程按顺序依次完成发送。担心Mina框架读写的并发问题可以打住了。

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