Netty源码分析之reactor线程（一）

netty最核心的就是reactor线程，对应项目中使用广泛的NioEventLoop，那么NioEventLoop里面到底在干些什么事？netty是如何保证事件循环的高效轮询和任务的及时执行？又是如何来优雅地fix掉jdk的nio bug？带着这些疑问，本篇文章将庖丁解牛，带你逐步了解netty reactor线程的真相

reactor 线程的启动

NioEventLoop的run方法是reactor线程的主体，在第一次添加任务的时候被启动

NioEventLoop 父类 SingleThreadEventExecutor 的execute方法

外部线程在往任务队列里面添加任务的时候执行 startThread() ，netty会判断reactor线程有没有被启动，如果没有被启动，那就启动线程再往任务队列里面添加任务

SingleThreadEventExecutor 在执行doStartThread的时候，会调用内部执行器executor的execute方法，将调用NioEventLoop的run方法的过程封装成一个runnable塞到一个线程中去执行

该线程就是executor创建，对应netty的reactor线程实体。executor 默认是ThreadPerTaskExecutor

默认情况下，ThreadPerTaskExecutor 在每次执行execute 方法的时候都会通过DefaultThreadFactory创建一个FastThreadLocalThread线程，而这个线程就是netty中的reactor线程实体

ThreadPerTaskExecutor

关于为啥是 ThreadPerTaskExecutor 和 DefaultThreadFactory的组合来new一个FastThreadLocalThread，这里就不再详细描述，通过下面几段代码来简单说明

标准的netty程序会调用到NioEventLoopGroup的父类MultithreadEventExecutorGroup的如下代码

然后通过newChild的方式传递给NioEventLoop

关于reactor线程的创建和启动就先讲这么多，我们总结一下：netty的reactor线程在添加一个任务的时候被创建，该线程实体为 FastThreadLocalThread(这玩意以后会开篇文章重点讲讲)，最后线程执行主体为NioEventLoop的run方法。

reactor 线程的执行

那么下面我们就重点剖析一下 NioEventLoop 的run方法

我们抽取出主干，reactor线程做的事情其实很简单，用下面一幅图就可以说明

reactor线程大概做的事情分为对三个步骤不断循环

1.首先轮询注册到reactor线程对应的selector上的所有的channel的IO事件

2.然后处理产生网络IO事件的channel

3.最后处理任务队列

下面对每个步骤详细说明

select操作

wakenUp 表示是否应该唤醒正在阻塞的select操作，可以看到netty在进行一次新的loop之前，都会将wakeUp 被设置成false，标志新的一轮loop的开始，具体的select操作我们也拆分开来看

1.定时任务截止事时间快到了，中断本次轮询

我们可以看到，NioEventLoop中reactor线程的select操作也是一个for循环，在for循环第一步中，如果发现当前的定时任务队列中有任务的截止事件快到了(<=0.5ms)，就跳出循环。此外，跳出之前如果发现目前为止还没有进行过select操作（if (selectCnt == 0)），那么就调用一次selectNow()，该方法会立即返回，不会阻塞

这里说明一点，netty里面定时任务队列是按照延迟时间从小到大进行排序， delayNanos(currentTimeNanos)方法即取出第一个定时任务的延迟时间

关于netty的任务队列(包括普通任务，定时任务，tail task)相关的细节后面会另起一片文章，这里不过多展开

2.轮询过程中发现有任务加入，中断本次轮询

netty为了保证任务队列能够及时执行，在进行阻塞select操作的时候会判断任务队列是否为空，如果不为空，就执行一次非阻塞select操作，跳出循环

3.阻塞式select操作

执行到这一步，说明netty任务队列里面队列为空，并且所有定时任务延迟时间还未到(大于0.5ms)，于是，在这里进行一次阻塞select操作，截止到第一个定时任务的截止时间

这里，我们可以问自己一个问题，如果第一个定时任务的延迟非常长，比如一个小时，那么有没有可能线程一直阻塞在select操作，当然有可能！But，只要在这段时间内，有新任务加入，该阻塞就会被释放

外部线程调用execute方法添加任务

调用wakeup方法唤醒selector阻塞

可以看到，在外部线程添加任务的时候，会调用wakeup方法来唤醒 selector.select(timeoutMillis)

阻塞select操作结束之后，netty又做了一系列的状态判断来决定是否中断本次轮询，中断本次轮询的条件有

轮询到IO事件（selectedKeys != 0）
oldWakenUp 参数为true
任务队列里面有任务（hasTasks）
第一个定时任务即将要被执行（hasScheduledTasks（））
用户主动唤醒（wakenUp.get()）

4.解决jdk的nio bug

关于该bug的描述见 http://bugs.java.com/bugdatabase/view_bug.do?bug_id=6595055)

该bug会导致Selector一直空轮询，最终导致cpu 100%，nio server不可用，严格意义上来说，netty没有解决jdk的bug，而是通过一种方式来巧妙地避开了这个bug，具体做法如下

netty 会在每次进行 selector.select(timeoutMillis) 之前记录一下开始时间currentTimeNanos，在select之后记录一下结束时间，判断select操作是否至少持续了timeoutMillis秒（这里将time - TimeUnit.MILLISECONDS.toNanos(timeoutMillis) >= currentTimeNanos改成time - currentTimeNanos >= TimeUnit.MILLISECONDS.toNanos(timeoutMillis)或许更好理解一些）,
如果持续的时间大于等于timeoutMillis，说明就是一次有效的轮询，重置selectCnt标志，否则，表明该阻塞方法并没有阻塞这么长时间，可能触发了jdk的空轮询bug，当空轮询的次数超过一个阀值的时候，默认是512，就开始重建selector

空轮询阀值相关的设置代码如下

我们仔细思考一下，netty通过这种方式来fix空轮询的bug其实会有一定的副作用：如果每次在 selector.select(timeoutMillis);操作的时候都被唤醒（在海量连接高并发的情况下是完全可能存在的），这样隔512次就进行一次rebuildSelector操作，有点浪费，不过，这个代价对于fix空轮询的bug来说，还是值得的

下面我们简单描述一下netty 通过rebuildSelector来fix空轮询bug的过程，rebuildSelector的操作其实很简单：new一个新的selector，将之前注册到老的selector上的的channel重新转移到新的selector上。我们抽取完主要代码之后的骨架如下