tomcat请求处理分析(三) 绑定本地端口监听请求

1.1.1.1  bind方法

   注意：这个bind可能在load的过程就已经加载，这里只是验证

   NioEndpoint就是使用Java中的NIO技术，来实行对Socket的处理。它主要包含两个部业务处理部分：Poller线程组和Acceptor线程组。

1.1.1.1.1     解析过程

   首先我们应该知道其bind方法做了一些什么操作,代码如下:

public void bind()throws Exception {
    // 打开监听信道
    serverSock =ServerSocketChannel.open();
    socketProperties.setProperties(serverSock.socket());
    InetSocketAddress addr= (getAddress()!=null?newInetSocketAddress(getAddress(),getPort()):newInetSocketAddress(getPort()));
    serverSock.socket().bind(addr,getBacklog());
    serverSock.configureBlocking(true);//mimic APRbehavior
    serverSock.socket().setSoTimeout(getSocketProperties().getSoTimeout());

 

if (acceptorThreadCount==0) {
        // FIXME:Doesn't seem to work that well with multiple accept threads
        acceptorThreadCount =1;
    }
    if (pollerThreadCount<=0) {
        //minimum one pollerthread
        pollerThreadCount =1;
    }
    stopLatch =new CountDownLatch(pollerThreadCount);

    // Initialize SSL ifneeded
    if (isSSLEnabled()){
        SSLUtil sslUtil = handler.getSslImplementation().getSSLUtil(this);

        sslContext =sslUtil.createSSLContext();
        sslContext.init(wrap(sslUtil.getKeyManagers()),
                sslUtil.getTrustManagers(), null);

        SSLSessionContextsessionContext =
            sslContext.getServerSessionContext();
        if (sessionContext != null) {
            sslUtil.configureSessionContext(sessionContext);
        }
        // Determine which ciphersuites and protocols to enable
        enabledCiphers =sslUtil.getEnableableCiphers(sslContext);
        enabledProtocols =sslUtil.getEnableableProtocols(sslContext);
    }

    if (oomParachute>0)reclaimParachute(true);
    selectorPool.open();
}

 

1.1.1.1.1.1实例化ServerSocketChannelImpl

   serverSock =ServerSocketChannel.open();

 

其方法具体实现：

   
public static ServerSocketChannel open()throws IOException{
    return SelectorProvider.provider().openServerSocketChannel();
}

 

   在这个方法中进行了两步操作，第一步调用SelectorProvider的provider方法

  

public static SelectorProviderprovider() {
    synchronized (lock) {
        if (provider!= null)
            return provider;

        //在与当前线程相同访问控制权限的环境中，加载SelectorProvider实例          return AccessController.doPrivileged(            new PrivilegedAction<SelectorProvider>() {                public SelectorProvider run() {                        if (loadProviderFromProperty())                            return provider; //获取系统配置的SelectorProvider                          if (loadProviderAsService())                            return provider; //获取类加载路径下的SelectorProvider  

                        //加载默认的SelectorProvider                          provider = sun.nio.ch.DefaultSelectorProvider.create();                        return provider;                    }                });    }

}

 

   判断provider在当前进程是否已经被实例化过了，如果已经被实例化过了，那么就直接返回当前provider，不再执行后面的代码；否者就执行后面的代码实例化provider,

AccessController.doPrivileged()在与当前线程相同访问控制权限的环境中，加载SelectorProvider实例 

loadProviderFromProperty()这个函数判断如果系统属性java.nio.channels.spi.SelectorProvider已经被定义了，则该属性名看作具体提供者类的完全限定名。加载并实例化该类；如果此进程失败，则抛出未指定的错误。 

   loadProviderAsService()这个函数判断：如果在对系统类加载器可见的 jar文件中安装了提供者类，并且该 jar 文件包含资源目录 META-INF/services 中名为java.nio.channels.spi.SelectorProvider 的提供者配置文件，则采用在该文件中指定的第一个类名称。加载并实例化该类；如果此进程失败，则抛出未指定的错误。

   最后，如果未通过上述的方式制定任何provider，则实例化系统默认的provider并返回该结果(一般情况下，都是这种情况。)

这个地方需要注意的是：这里系统默认的provider在不同系统上是不一样的，下面用一个表格来表示：

系统

provider

MacOSX

KQueueSelectorProvider

Linux

 

Windows

WindowsSelectorProvider

 

进入sun.nio.ch.DefaultSelectorProvider.create(); 这里系统会根据不同的操作系统返回不同的provider；具体信息在上面的表格

总结：该方法的作用完成建立Pipe，并把pipe的读写文件描述符放入pollArray中,这个pollArray是Selector的枢纽

====================方法分界线=======================

上述是调用provider方法的具体过程，下面讲解一下调用其之后继续调用openServerSocketChannel的过程

 

以osx系统为例其返回了KQueueSelectorProvider，所以调用的方法是KQueueSelectorProvider.openServerSocketChannel

注意：其实这个方法不在KQueueSelectorProvider这个类中，而在其父类SelectorProviderImpl中,方法如下：

publicServerSocketChannelopenServerSocketChannel()throws IOException {
    return new ServerSocketChannelImpl(this);

}

即ServerSocketChannel.open()方法实际上是产生了一个子类ServerSocketChannelImpl的对象实例。其构造器如下：

ServerSocketChannelImpl(SelectorProvider var1) throws IOException {    super(sp);    this.fd = Net.serverSocket(true); //获取ServerSocket的文件描述符    this.fdVal = IOUtil.fdVal(this.fd); //获取文件描述的id      this.state = ST_INUSE; //类变量 private static final int ST_INUSE = 0;

}

 

  所以在这里，serverSock = ServerSocketChannel.open();这个方法的作用是实例化ServerSocketChannelImpl,其成员变量具体实现代码如下：

 

//获取ServerSocket的文件描述符

class Net

{

   private static volatile boolean checkedIPv6 = false;

    private static volatile boolean isIPv6Available;

    public static final int SHUT_RD = 0;//关闭读操作

    public static final int SHUT_WR = 1;//关闭写操作

    public static final int SHUT_RDWR = 2;//关闭读写操作

    static 

    {

        //加载nio和net资源库

        Util.load();

        initIDs();

    }

    private static native void initIDs();

    //默认协议

    static final ProtocolFamily UNSPEC = new ProtocolFamily() {

    public String name()

    {

        return "UNSPEC";

    }

    };

    //获取ServerSocket文件描述

    static FileDescriptor serverSocket(boolean flag)

    {

        return IOUtil.newFD(socket0(isIPv6Available(), flag, true));

    }

    private static native int socket0(boolean flag, boolean flag1, boolean flag2);

}

=============================================================

class IOUtil

{

    static final int IOV_MAX = iovMax();

    static final boolean $assertionsDisabled = !sun/nio/ch/IOUtil.desiredAssertionStatus();

    static 

    {

        Util.load();

    }

    创建文件描述符

    static FileDescriptor newFD(int i)

    {

        FileDescriptor filedescriptor = new FileDescriptor();

        setfdVal(filedescriptor, i);

        return filedescriptor;

    }

}

 

 

//获取文件描述的id      

static native int fdVal(FileDescriptor filedescriptor);

 

1.1.1.1.1.2   构建socket并设置相关属性

 

socketProperties.setProperties(serverSock.socket());

 

serverSock.socket()的具体实现

publicServerSocket socket() {

    synchronized(stateLock) { // stateLock是一个new Object() 加载进行

        if(socket == null)

            socket =ServerSocketAdaptor.create(this);

        returnsocket;

    }

}

 

============================create方法==============================

 

publicstatic ServerSocket create(ServerSocketChannelImpl ssc) {

           try {

               return new ServerSocketAdaptor(ssc);

           } catch (IOException x) {

               throw new Error(x);

           }

        }

 

==============================构造器=============================

private(ServerSocketChannelImpl ssc)

        throws IOException

    {

        this.ssc = ssc;

}

====================ServerSocketChannelImpl类属性===============

    private final ServerSocketChannelImpl ssc;

private volatile int timeout = 0;

 

===============================================================

 

   此方法返回的是一个ServerSocket对象，其中利用同步保证了socket是一个单例

 

 

  到了这里socketProperties.setProperties(serverSock.socket());这个方法就等价于socketProperties.setProperties(ServerSocket),其代码如下：

 

public void setProperties(ServerSocket socket)throws SocketException{
    if (rxBufSize!= null)
        socket.setReceiveBufferSize(rxBufSize.intValue()); //设置输入流缓冲大小
    if (performanceConnectionTime!=null&&performanceLatency!=null&&
            performanceBandwidth !=null)
        socket.setPerformancePreferences(//设置网络传输指标相对重要性
                performanceConnectionTime.intValue(),
                performanceLatency.intValue(),
                performanceBandwidth.intValue());
    if (soReuseAddress!=null)
        socket.setReuseAddress(soReuseAddress.booleanValue());
    if (soTimeout!= null && soTimeout.intValue()>=0)
        socket.setSoTimeout(soTimeout.intValue());
}

 

   总结：这段代码的作用是创建socket实例并给当前socket设置一些属性，包括输入流缓冲区、网络传输三项指标的相对重要性、端口是否可复用、设置读取超时时间，其实在启动过程中这些都是null,所以并没有进行什么设置

 

public int getReceiveBufferSize() throws SocketException

public void setReceiveBufferSize(int size) throwsSocketException

    在默认情况下，输入流的接收缓冲区是8096个字节（8K）。这个值是Java所建议的输入缓冲区的大小。如果这个默认值不能满足要求，可以用setReceiveBufferSize方法来重新设置缓冲区的大小。但最好不要将输入缓冲区设得太小，否则会导致传输数据过于频繁，从而降低网络传输的效率。

    如果底层的Socket实现不支持SO_RCVBUF选项，这两个方法将会抛出SocketException例外。必须将size设为正整数，否则setReceiveBufferSize方法将抛出IllegalArgumentException例外

 

===================================================================

 

public void setPerformancePreferences(int connectionTime,intlatency,int bandwidth)

 

以上方法的三个参数表示网络传输数据的三项指标：

 

参数connectionTime：表示用最少时间建立连接。

 

参数latency：表示最小延迟。

 

参数bandwidth：表示最高带宽。

 

setPerformancePreferences()方法用来设定这三项指标之间的相对重要性。可以为这些参数赋予任意的整数，这些整数之间的相对大小就决定了相应参数的相对重要性。例如，如果参数connectionTime为2，参数latency为1，而参数bandwidth为3，就表示最高带宽最重要，其次是最少连接时间，最后是最小延迟。

 

 

public boolean getReuseAddress() throws SocketException          

public void setReuseAddress(boolean on) throws SocketException

错误的说法：

      通过这个选项，可以使多个Socket对象绑定在同一个端口上。

正确的说明是：

 

     如果端口忙，但TCP状态位于 TIME_WAIT，可以重用端口。如果端口忙，而TCP状态位于其他状态，重用端口时依旧得到一个错误信息，抛出“Addressalready in use： JVM_Bind”。如果你的服务程序停止后想立即重启，不等60秒，而新套接字依旧使用同一端口，此时SO_REUSEADDR选项非常有用。必须意识到，此时任何非期望数据到达，都可能导致服务程序反应混乱，不过这只是一种可能，事实上很不可能。

 

 

这个参数在Windows平台与Linux平台表现的特点不一样。在Windows平台表现的特点是不正确的，在Linux平台表现的特点是正确的。

在Windows平台，多个Socket新建立对象可以绑定在同一个端口上，这些新连接是非TIME_WAIT状态的。这样做并没有多大意义。

在Linux平台，只有TCP状态位于 TIME_WAIT，才可以重用端口。这才是正确的行为。

 

使用SO_REUSEADDR选项时有两点需要注意：

    1.  必须在调用bind方法之前使用setReuseAddress方法来打开SO_REUSEADDR选项。因此，要想使用SO_REUSEADDR选项，就不能通过Socket类的构造方法来绑定端口。

    2.  必须将绑定同一个端口的所有的Socket对象的SO_REUSEADDR选项都打开才能起作用。如在例程4-12中，socket1和socket2都使用了setReuseAddress方法打开了各自的SO_REUSEADDR选项。

 

在Windows操作系统上运行上面的代码的运行结果如下：

这种结果是不正确的。

socket1.getReuseAddress():true

socket2.getReuseAddress():true

在Linux操作系统上运行上面的代码的运行结果如下：

这种结果是正确的。因为第一个连接不是TIME_WAIT状态的，第二个连接就不能使用8899端口；

只有第一个连接是TIME_WAIT状态的，第二个连接就才能使用8899端口；

 

 

public int getSoTimeout() throws SocketException

public void setSoTimeout(int timeout) throws SocketException

    这个Socket选项在前面已经讨论过。可以通过这个选项来设置读取数据超时。当输入流的read方法被阻塞时，如果设置timeout（timeout的单位是毫秒），那么系统在等待了timeout毫秒后会抛出一个InterruptedIOException例外。在抛出例外后，输入流并未关闭，你可以继续通过read方法读取数据。

如果将timeout设为0，就意味着read将会无限等待下去，直到服务端程序关闭这个Socket.这也是timeout的默认值。如下面的语句将读取数据超时设为30秒：

 

1.1.1.1.1.3   创建套接字地址

InetSocketAddress addr = (getAddress()!=null?newInetSocketAddress(getAddress(),getPort()):newInetSocketAddress(getPort()));

创建套接字地址，并设置其端口

1.1.1.1.1.4   绑定地址和端口

serverSock.socket().bind(addr,getBacklog());

socket()是一个单例模式创建其实例，所以在这里还是上面的ServerSocketChannelImpl实例，然后调用其bind方法，方法代码如下：public ServerSocketChannel bind(SocketAddress socketaddress, int i)

        throws IOException

    {

        synchronized(lock)

        {

            if(!isOpen())

                //如果socket关闭，则抛出ClosedChannelException

                throw new ClosedChannelException();

            if(isBound())

                 //如果已绑定，则抛出AlreadyBoundException

                throw new AlreadyBoundException();

             //确定inetsocketaddress

            InetSocketAddress inetsocketaddress = socketaddress != null ? Net.checkAddress(socketaddress) : new InetSocketAddress(0);

            SecurityManager securitymanager = System.getSecurityManager();

            if(securitymanager != null)

                 //检查地址端口监听权限

                securitymanager.checkListen(inetsocketaddress.getPort());

             //绑定前工作

            NetHooks.beforeTcpBind(fd, inetsocketaddress.getAddress(), inetsocketaddress.getPort());

             //实际地址绑定

            Net.bind(fd, inetsocketaddress.getAddress(), inetsocketaddress.getPort());

             //开启监听，如果参数i小于1，默认接受50个连接

            Net.listen(fd, i >= 1 ? i : 50);

            synchronized(stateLock)

            {

                 //更新ocalAddress

                localAddress = Net.localAddress(fd);

            }

        }

        return this;

    }

    从上面可以看出，bind首先检查ServerSocket是否关闭，是否绑定地址，如果既没有绑定也没关闭，则检查绑定的socketaddress是否正确或合法；然后通过Net工具类的bind（native）和listen（native），完成实际的

ServerSocket地址绑定和开启监听，如果绑定是开启的参数小于1，则默认接受50个连接。

 

1.1.1.1.1.5   serverSock设置成阻塞IO

serverSock.configureBlocking(true);

代码如下：

public finalSelectableChannelconfigureBlocking(booleanblock)
    throws IOException
{
    synchronized (regLock) {
        if (!isOpen())
            throw new ClosedChannelException();
        if (blocking== block)
            return this;
        if (block && haveValidKeys())
            throw new IllegalBlockingModeException();
        implConfigureBlocking(block);
        blocking = block;
    }
    return this;
}

1.1.1.1.1.6   设置读取超时时间

serverSock.socket().setSoTimeout(getSocketProperties().getSoTimeout());

 

1.1.1.1.1.7   初始化线程数

//初始化acceptor和poller线程数

if (acceptorThreadCount == 0) {    // FIXME: Doesn't seem to work that well with multiple accept threads    acceptorThreadCount = 1;}if (pollerThreadCount <= 0) {    //minimum one poller thread    pollerThreadCount = 1;}

1.1.1.1.1.8   实例化线程同步辅助类

ountDownLatch类是一个同步计数器,构造时传入int参数,该参数就是计数器的初始值，每调用一次countDown()方法，计数器减1,计数器大于0 时，await()方法会阻塞程序继续执行

stopLatch = new CountDownLatch(pollerThreadCount);参考链接：http://www.cnblogs.com/yezhenhan/archive/2012/01/07/2315652.html

   这个属性的作用是为了在关闭的时候确定所有的pollers关闭才继续向后执行

public void stopInternal() {
    releaseConnectionLatch();
    if (!paused) {
        pause();
    }
    if (running) {
        running =false;
        unlockAccept();
        for (inti=0;pollers!=null&&i<pollers.length;i++) {
            if (pollers[i]==null)continue;
            pollers[i].destroy();
            pollers[i] =null;
        }
        try {
            stopLatch.await(selectorTimeout+100,TimeUnit.MILLISECONDS);
        } catch(InterruptedExceptionignore) {
        }
        shutdownExecutor();
        eventCache.clear();
        nioChannels.clear();
        processorCache.clear();
    }
}

 

1.1.1.1.1.9   NioSelectorPool实例设置属性

selectorPool.open();

 

       其中selectorPool是成员变量

 

private NioSelectorPoolselectorPool =new NioSelectorPool();

 

在分析selectorPool.open();这段代码之前，我们必须了解Selector open()这个方法是干嘛，这个方法也在NioSelectorPool中

代码如下：

public staticSelector open() throws IOException {

      returnSelectorProvider.provider().openSelector();

}

   通过调用系统默认的SelectorProvider(这里不同的系统会有不同的SelectorProvider实现类)的openSelector()方法来创建新的selector

   SelectorProvider.provider()这个方法我们已经在上文分析过，这里获取的就是同一个KQueueSelectorProvider实例

   后面调用的也就是KQueueSelectorProvider.openSelector();源码如下：

public AbstractSelector openSelector()throws IOException {

    returnnew KQueueSelectorImpl(this);

}

   根据代码可以看出其实例化了一个KQueueSelectorImpl,这是一个选择器，看一下选择器的作用，Selector选择器类管理着一个被注册的通道集合的信息和它们的就绪状态。通道是和选择器一起被注册的，并且使用选择器来更新通道的就绪状态。当这么做的时候，可以选择将被激发的线程挂起，直到有就绪的的通道。

 

    所以下面代码的则用是构建blockingSelector实例，并将KQueueSelectorImpl给注入sharedSelector，这两个变量都是NioSelectorPool的属性

 

 

 

public void open()throws IOException{
    enabled =true;
    getSharedSelector();
    if (SHARED) {
        blockingSelector =new NioBlockingSelector();
        blockingSelector.open(getSharedSelector());
    }
}

 

protected SelectorgetSharedSelector()throws IOException{
    if (SHARED&& SHARED_SELECTOR==null) {
        synchronized ( NioSelectorPool.class) {
            if (SHARED_SELECTOR==null)  {
                synchronized (Selector.class) {
                    SHARED_SELECTOR=Selector.open();
                }
                log.info("Usinga shared selector for servlet write/read");
            }
        }
    }
    return  SHARED_SELECTOR;
}

 

public static Selectoropen() throws IOException{
    return SelectorProvider.provider().openSelector();
}

 

     下面这个方法是创建一个轮询线程，然后将选择器赋值给这个公司，并设置起为守护线程

 

public void open(Selector selector) {
    sharedSelector = selector;
    poller =new BlockPoller();
    poller.selector= sharedSelector;
    poller.setDaemon(true);
    poller.setName("NioBlockingSelector.BlockPoller-"+(++threadCounter));
    poller.start();
}