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序章
前の章では、kequeueまたはepollをnettyで使用して、より効率的なネイティブ送信方法を実現できることを紹介しました。では、kequeueとepollおよびNIOトランスポートプロトコルの違いは何ですか？
この章では、詳細な説明の例としてkequeueを取り上げます。
上で紹介したネイティブの例では、kqueueに関するいくつかのクラス、つまりKQueueEventLoopGroup、KQueueServerSocketChannel、KQueueSocketChannelがあります。対応する依存関係パッケージを置き換えて追加するだけで、通常のNIOnettyサービスをネイティブKqueueサービスに簡単に置き換えることができます。
Kqueueの秘密を解き明かす時が来ました。
KQueueEventLoopGroup
eventLoopとeventLoopGroupは、イベントとイベント処理を受け入れるために使用されます。まず、KQueueEventLoopGroupの定義を見てみましょう。
public final class KQueueEventLoopGroup extends MultithreadEventLoopGroup
复制代码MultithreadEventLoopGroupとして、子EventLoopを作成するためにnewChildメソッドを実装する必要があります。KQueueEventLoopGroupでは、コンストラクターに加えて、実装する必要のある追加のメソッドはnewChildです。
protected EventLoop newChild(Executor executor, Object... args) throws Exception {
Integer maxEvents = (Integer) args[0];
SelectStrategyFactory selectStrategyFactory = (SelectStrategyFactory) args[1];
RejectedExecutionHandler rejectedExecutionHandler = (RejectedExecutionHandler) args[2];
EventLoopTaskQueueFactory taskQueueFactory = null;
EventLoopTaskQueueFactory tailTaskQueueFactory = null;
int argsLength = args.length;
if (argsLength > 3) {
taskQueueFactory = (EventLoopTaskQueueFactory) args[3];
}
if (argsLength > 4) {
tailTaskQueueFactory = (EventLoopTaskQueueFactory) args[4];
}
return new KQueueEventLoop(this, executor, maxEvents,
selectStrategyFactory.newSelectStrategy(),
rejectedExecutionHandler, taskQueueFactory, tailTaskQueueFactory);
}
复制代码newChildのすべてのパラメーターは、KQueueEventLoopGroupのコンストラクターから渡されます。maxEvents、selectStrategyFactory、rejectedExecutionHandlerに加えて、taskQueueFactoryとtailTaskQueueFactoryの2つのパラメーターを受け取り、最後にこれらのパラメーターをKQueueEventLoopのコンストラクターに渡し、最後にKQueueEventLoopオブジェクトを返すことができます。
另外在使用KQueueEventLoopGroup之前我们还需要确保Kqueue在系统中是可用的，这个判断是通过调用KQueue.ensureAvailability();来实现的。
KQueue.ensureAvailability首先判断是否定义了系统属性io.netty.transport.noNative，如果定了，说明native transport被禁用了，后续也就没有必要再进行判断了。
如果io.netty.transport.noNative没有被定义，那么会调用Native.newKQueue()来尝试从native中获取一个kqueue的FileDescriptor，如果上述的获取过程中没有任何异常，则说明kqueue在native方法中存在，我们可以继续使用了。
以下是判断kqueue是否可用的代码：
static {
Throwable cause = null;
if (SystemPropertyUtil.getBoolean("io.netty.transport.noNative", false)) {
cause = new UnsupportedOperationException(
"Native transport was explicit disabled with -Dio.netty.transport.noNative=true");
} else {
FileDescriptor kqueueFd = null;
try {
kqueueFd = Native.newKQueue();
} catch (Throwable t) {
cause = t;
} finally {
if (kqueueFd != null) {
try {
kqueueFd.close();
} catch (Exception ignore) {
// ignore
}
}
}
}
UNAVAILABILITY_CAUSE = cause;
}
复制代码KQueueEventLoop
KQueueEventLoop是从KQueueEventLoopGroup中创建出来的，用来执行具体的IO任务。
先来看一下KQueueEventLoop的定义：
final class KQueueEventLoop extends SingleThreadEventLoop
复制代码不管是NIO还是KQueue或者是Epoll，因为使用了更加高级的IO技术，所以他们使用的EventLoop都是SingleThreadEventLoop,也就是说使用单线程就够了。
和KQueueEventLoopGroup一样，KQueueEventLoop也需要判断当前的系统环境是否支持kqueue:
static {
KQueue.ensureAvailability();
}
复制代码上一节讲到了，KQueueEventLoopGroup会调用KQueueEventLoop的构造函数来返回一个eventLoop对象， 我们先来看下KQueueEventLoop的构造函数：
KQueueEventLoop(EventLoopGroup parent, Executor executor, int maxEvents,
SelectStrategy strategy, RejectedExecutionHandler rejectedExecutionHandler,
EventLoopTaskQueueFactory taskQueueFactory, EventLoopTaskQueueFactory tailTaskQueueFactory) {
super(parent, executor, false, newTaskQueue(taskQueueFactory), newTaskQueue(tailTaskQueueFactory),
rejectedExecutionHandler);
this.selectStrategy = ObjectUtil.checkNotNull(strategy, "strategy");
this.kqueueFd = Native.newKQueue();
if (maxEvents == 0) {
allowGrowing = true;
maxEvents = 4096;
} else {
allowGrowing = false;
}
this.changeList = new KQueueEventArray(maxEvents);
this.eventList = new KQueueEventArray(maxEvents);
int result = Native.keventAddUserEvent(kqueueFd.intValue(), KQUEUE_WAKE_UP_IDENT);
if (result < 0) {
cleanup();
throw new IllegalStateException("kevent failed to add user event with errno: " + (-result));
}
}
复制代码传入的maxEvents表示的是这个KQueueEventLoop能够接受的最大的event个数。如果maxEvents=0,则表示KQueueEventLoop的event容量可以动态扩展，并且最大值是4096。否则的话，KQueueEventLoop的event容量不能扩展。
maxEvents是作为数组的大小用来构建changeList和eventList。
KQueueEventLoop中还定义了一个map叫做channels,用来保存注册的channels：
private final IntObjectMap<AbstractKQueueChannel> channels = new IntObjectHashMap<AbstractKQueueChannel>(4096);
复制代码来看一下channel的add和remote方法：
void add(AbstractKQueueChannel ch) {
assert inEventLoop();
AbstractKQueueChannel old = channels.put(ch.fd().intValue(), ch);
assert old == null || !old.isOpen();
}
void remove(AbstractKQueueChannel ch) throws Exception {
assert inEventLoop();
int fd = ch.fd().intValue();
AbstractKQueueChannel old = channels.remove(fd);
if (old != null && old != ch) {
channels.put(fd, old);
assert !ch.isOpen();
} else if (ch.isOpen()) {
ch.unregisterFilters();
}
}
复制代码可以看到添加和删除的都是AbstractKQueueChannel，后面的章节中我们会详细讲解KQueueChannel，这里我们只需要知道channel map中的key是kequeue中特有的FileDescriptor的int值。
再来看一下EventLoop中最重要的run方法：
protected void run() {
for (;;) {
try {
int strategy = selectStrategy.calculateStrategy(selectNowSupplier, hasTasks());
switch (strategy) {
case SelectStrategy.CONTINUE:
continue;
case SelectStrategy.BUSY_WAIT:
case SelectStrategy.SELECT:
strategy = kqueueWait(WAKEN_UP_UPDATER.getAndSet(this, 0) == 1);
if (wakenUp == 1) {
wakeup();
}
default:
}
final int ioRatio = this.ioRatio;
if (ioRatio == 100) {
try {
if (strategy > 0) {
processReady(strategy);
}
} finally {
runAllTasks();
}
} else {
final long ioStartTime = System.nanoTime();
try {
if (strategy > 0) {
processReady(strategy);
}
} finally {
final long ioTime = System.nanoTime() - ioStartTime;
runAllTasks(ioTime * (100 - ioRatio) / ioRatio);
}
复制代码它的逻辑是先使用selectStrategy.calculateStrategy获取当前的select strategy,然后根据strategy的值来判断是否需要执行processReady方法，最后执行runAllTasks,从task queue中拿到要执行的任务去执行。
selectStrategy.calculateStrategy用来判断当前的select状态，默认情况下有三个状态，分别是：SELECT,CONTINUE,BUSY_WAIT。 这三个状态都是负数：
int SELECT = -1;
int CONTINUE = -2;
int BUSY_WAIT = -3;
复制代码分别表示当前的IO在slect的block状态，或者跳过当前IO的状态，和正在IO loop pull的状态。BUSY_WAIT是一个非阻塞的IO PULL，kqueue并不支持，所以会fallback到SELECT。
除了这三个状态之外，calculateStrategy还会返回一个正值，表示当前要执行的任务的个数。
在run方法中，如果strategy的结果是SELECT，那么最终会调用Native.keventWait方法返回当前ready的events个数,并且将ready的event放到KQueueEventArray的eventList中去。
如果ready的event个数大于零，则会调用processReady方法对这些event进行状态回调处理。
怎么处理的呢？下面是处理的核心逻辑：
AbstractKQueueChannel channel = channels.get(fd);
AbstractKQueueUnsafe unsafe = (AbstractKQueueUnsafe) channel.unsafe();
if (filter == Native.EVFILT_WRITE) {
unsafe.writeReady();
} else if (filter == Native.EVFILT_READ) {
unsafe.readReady(eventList.data(i));
} else if (filter == Native.EVFILT_SOCK && (eventList.fflags(i) & Native.NOTE_RDHUP) != 0) {
unsafe.readEOF();
}
复制代码这里的fd是从eventList中读取到的：
final int fd = eventList.fd(i);
复制代码根据eventList的fd，我们可以从channels中拿到对应的KQueueChannel,然后根据event的filter状态来决定KQueueChannel的具体操作，是writeReady，readReady或者readEOF。
最后就是执行runAllTasks方法了，runAllTasks的逻辑很简单，就是从taskQueue中读取任务然后执行。
KQueueServerSocketChannel和KQueueSocketChannel
KQueueServerSocketChannel是用在server端的channel：
public final class KQueueServerSocketChannel extends AbstractKQueueServerChannel implements ServerSocketChannel {
复制代码KQueueServerSocketChannel继承自AbstractKQueueServerChannel,除了构造函数之外，最重要的一个方法就是newChildChannel：
@Override
protected Channel newChildChannel(int fd, byte[] address, int offset, int len) throws Exception {
return new KQueueSocketChannel(this, new BsdSocket(fd), address(address, offset, len));
}
复制代码这个方法用来创建一个新的child channel。从上面的代码中，我们可以看到生成的child channel是一个KQueueSocketChannel的实例。
它的构造函数接受三个参数，分别是parent channel，BsdSocket和InetSocketAddress。
KQueueSocketChannel(Channel parent, BsdSocket fd, InetSocketAddress remoteAddress) {
super(parent, fd, remoteAddress);
config = new KQueueSocketChannelConfig(this);
}
复制代码这里的fd是socket accept acceptedAddress的结果:
int acceptFd = socket.accept(acceptedAddress);
复制代码下面是KQueueSocketChannel的定义：
public final class KQueueSocketChannel extends AbstractKQueueStreamChannel implements SocketChannel {
复制代码KQueueSocketChannel和KQueueServerSocketChannel的关系是父子的关系，在KQueueSocketChannel中有一个parent方法，用来返回ServerSocketChannel对象,这也是前面提到的newChildChannel方法中传入KQueueSocketChannel构造函数中的serverChannel：
public ServerSocketChannel parent() {
return (ServerSocketChannel) super.parent();
}
复制代码KQueueSocketChannel还有一个特性就是支持tcp fastopen,它的本质是调用BsdSocket的connectx方法，在建立连接的同时传递数据：
int bytesSent = socket.connectx(
(InetSocketAddress) localAddress, (InetSocketAddress) remoteAddress, iov, true);
复制代码总结
上記は、KqueueEventLoopとKqueueSocketChannelの詳細な紹介です。これらは、基本的にNIOとそれほど変わりませんが、パフォーマンスは優れています。
詳細については、 www.flydean.com/53-1-netty-…を参照してください。
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