java之NIO select基本设计思路梳理

总结：

1. 多路复用概念：允许一个线程阻塞等待多个fd文件描述符的集合，只要任意一个有数据就返回。举个例子，大楼有许多门，保安晚上为了防止窃贼，最简单的方法就是一直巡视每个门看是否被打开了。但保安想偷懒睡觉，于是就用一条有铃铛的绳子绑在所有的门把手上，只要任何一个门打开了，铃铛就会想，保安就会知道某个门被打开了。
2. 操作系统对多路复用的支持：多路复用是OS的IO中一个比较重要的概念，在windows和linux等都有支持，常见的是poll或者select函数。
3. java对多路复用的支持：java需要提供对OS的poll等的封装，并封装一些复杂逻辑解决某个问题：
   1. 封装1024个channel的限制：
      1. 起因：多路复用使用了fd文件描述符集合，是FD_SET这个数据结构，在linux的内容中定义为1024，即除非重新编译内核，否则一个线程调用select最多监听1024个fd。
      2. 为何会有那么多channel：
         1. 注册到Selector上的Channel非常多，例如一个长连接服务器可能要同时维持数十万条连接；
            
         2. 过期或失效的Channel没有及时关闭，因而对应的记录会一直留在fdToKey中，时间久了就会越积越多；
            
         3. 如果tcp发包堆积导致IO框架的空闲连接检测机制失效，无法及时检测并关闭空闲的连接，则有可能导致fdToKey变大。
            
         4. .....
      3. 实现差异和注意点：Unix下是用bit位，socket的值做下标，所以1024是下标最大值。windows下是socket值的数组，遍历的，所以2014是最大个数。参见http://blog.csdn.net/adam040606/article/details/46833617
      4. java适应性改造：由于有1024的限制，但需要对用户屏蔽此限制（？），即select内部用多个线程监听，任意一个有数据则全部返回。即，当用户线程注册了超过1024个channel并select时，select代码中要对每1024个channel新分配一个线程（helperthread）使用系统select来监听（主线程监听0-1023），任意一个返回则所有线程返回，随后select返回。
   2. select在监听数据的时候，同时还需要监听控制信号，即支持signal唤醒wakeup：
      1. 目的：主要是为了唤醒阻塞在selector.select上的线程，让该线程及时去处理其他事情，例如注册channel，改变interestOps、判断超时等等。这些都是控制信号signal。
      2. signal的缺陷：OS的信号signal的deliver类似异步交付存在的问题：即直接丢给目的地，而不管目的地是否有人来取，进一步，这里的信号是一次性的而非持续缓存的物体，即相当于敲一下门而不是把包裹实体放到门口一直存在。所以，如果敲门的时候没有人，那么这个敲门的信息就被永远miss了。（锁机制中park和unpark对传统wait notify的改进类似，参考《java多线程编程-ReentrantLock笔记》）于是，如果signal要给select()发消息，而signal在select()执行前就被捕获了，那么select()会丢失这个信号。
      3. pipe替代signal：pipe可以唤醒接收端线程，可以实现wakeup。同时，由于pipe的内容不是一次性的会一直缓存不丢失，避免了signal的问题。
      4. windows使用loopback connection的socketChannel模拟pipe：在windows中，由于OS没有实现pipe（？），所以需要用一些机制实现，目前采用建立socket连接，一个serverfd，一个clientfd。serverfd注册到selector中，控制信号通过发送到clientfd实现唤醒select()。
   3. 处理fd集合等的cancel操作
4. java中fd集合介绍：
   1. 实现机制：简单来说，可以理解为两个array，第一个array（FD_OFFSET首地址）保存要监听的fd，第二个array（EVENT_OFFSET首地址）在同样的index位置保存该fd需要监听的事件。即（fd，事件）才能唯一确定。这个事件，就是selector中的interestOps。
   2. 上文介绍的用于wakeup的控制channel，就是通过addWakeupSocket向fd集合中index=0的位置填写的控制channel。
   3. 具体来说是pollArray这个结构，通过unsafe.allocateMemory(size + ps)分配的。
5. 其他：
   1. 回到最开始的门把手的比喻，绑定了绳子的，即需要监听的每个门，在java中都作为一个selectionkey结构，该结构包含这道门和门后的进入走道channel信息，也包含用户对这道门感兴趣的事件interestOps信息等。
   2. selectionkey如果有事件发生，通常有两种响应机制，第一种是同步机制，从select()返回后（可以取到所有有事件的selectionkey的集合，即selectedkeys），接着执行代码响应；第二种是异步机制，直接在selectionkey调用attach绑定事件响应函数处理（？）。