《Java 原始碼分析》：Java NIO 之 Selector(第一部分Selector.open())
《Java 原始碼分析》 :Java NIO 之 Selector(第一部分Selector.open())
關於Selector類主要涉及兩個重要的方法，如下：
1、Selector.open()
2、select()
由於篇幅限制，這篇主要從原始碼的角度來介紹Selector selector = Selector.open()背後主要做了什麼，發生了什麼。
Selector類中的open()原始碼如下：
public static Selector open() throws IOException {
return SelectorProvider.provider().openSelector();
} 函式功能：開啟一個選擇器。這個新的選擇器的是通過呼叫系統級預設 SelectorProvider 物件的 openSelector 方法來建立的。
SelectorProvider.provider().openSelector();這行程式碼中我們先看SelectorProvider.provider()；具體做了些什麼。
provider()方法的原始碼如下：
public static SelectorProvider provider() {
synchronized (lock) {
if (provider != null 此函式功能：返回此時呼叫JVM的系統級預設的SelectorProvider
在程式碼中
而if (provider != null)
returnprovider;
是用來保證了整個程式中只有一個WindowsSelectorProvider物件；
由於我自己看的原始碼不是openjdk，因此在類庫中根本就沒有sun.nio.ch這個包。
provider由sun.nio.ch.DefaultSelectorProvider.create();建立
sun.nio.ch.DefaultSelectorProvider類的原始碼如下：
/**
* Creates this platform's default SelectorProvider
*/
public class DefaultSelectorProvider {
/**
* Prevent instantiation.
*/
private DefaultSelectorProvider() { }
/**
* Returns the default SelectorProvider.
*/
public static SelectorProvider create() {
return new sun.nio.ch.WindowsSelectorProvider();
}
}所以從上面我們就可以看到：DefaultSelectorProvider 類只有一個私有的建構函式和一個create方法。其中在類 SelectorProvider 中的provider()方法中
provider = sun.nio.ch.DefaultSelectorProvider.create();會根據作業系統來返回不同的實現類，windows平臺就返回WindowsSelectorProvider物件例項；
以上就是 SelectorProvider.provider() 產生的一個 SelectorProvider (子類 WindowsSelectorProvider)物件例項的過程。
結論：有上面我們知道Selector.open()方法中的SelectorProvider.provider()實際上就是例項化了一個WindowsSelectorProvider物件,其中WindowsSelectorProvider為SelectorProvider的子類。
public static Selector open() throws IOException {
return SelectorProvider.provider().openSelector();
}有了上面的基礎，我們接著看上面程式碼塊中的後面一半：SelectorProvider.openSelector()方法的具體實現過程。
SelectorProvider.provider().openSelector();根據前面的分析實際上就是 WindowsSelectorProvider. openSelector()。
因此，下面主要看下：WindowsSelectorProvider. openSelector()這個主要做了些什麼操作。
WindowsSelectorProvider類的原始碼如下：
public class WindowsSelectorProvider extends SelectorProviderImpl {
public AbstractSelector openSelector() throws IOException {
return new WindowsSelectorImpl(this);
}
}因此 WindowsSelectorProvider. openSelector()實現的邏輯就是直接例項化 WindowsSelectorImpl物件。
以上的思路還是相當清晰且容易理解的哈。簡單來說：Selector selector = Selector.open()；實際上就是new 了一個 WindowsSelectorImpl物件例項。
既然是例項化一個 WindowsSelectorImpl。因此，我們這有必要看下這個類的建構函式。
這個類才是我們要關注的重點：WindowsSelectorImpl
繼承關係如下：
final class WindowsSelectorImpl extends SelectorImpl
其建構函式為：
WindowsSelectorImpl(SelectorProvider sp) throws IOException {
super(sp);
pollWrapper = new PollArrayWrapper(INIT_CAP);
wakeupPipe = Pipe.open();
wakeupSourceFd = ((SelChImpl)wakeupPipe.source()).getFDVal();
// Disable the Nagle algorithm so that the wakeup is more immediate
SinkChannelImpl sink = (SinkChannelImpl)wakeupPipe.sink();
(sink.sc).socket().setTcpNoDelay(true);
wakeupSinkFd = ((SelChImpl)sink).getFDVal();
pollWrapper.addWakeupSocket(wakeupSourceFd, 0);
}這段程式碼中做了如下幾個事情
1、Pipe.open()開啟一個管道（開啟管道的實現後面再看）；
2、拿到wakeupSourceFd和wakeupSinkFd兩個檔案描述符；
3、把喚醒端的檔案描述符（wakeupSourceFd）放到pollWrapper裡；PollArrayWrapper類會在文章後面進行介紹。
那麼為什麼需要一個管道，這個管道是怎麼實現的？接下來看Pipe.open()做了什麼
Pipe類在 java.nio.channels包下面
//函式功能：開啟一個管道
public static Pipe open() throws IOException {
return SelectorProvider.provider().openPipe();
}Pipe.open()方法直接是 呼叫了 SelectorProvider.openPipe()方法來實現的。
進一步來看 SelectorProvider.openPipe() 這個方法。
在SelectorProvider中的openPipe()是一個抽象方法，如下：
public abstract Pipe openPipe()
throws IOException;
由於SelectorProvider.provider()實際上返回的是SelectorProvider的子類WindowSelectorProvider的例項物件。沿著 WindowsSelectorProvider的繼承關係找了下，SelectorProvider中的openPipe()抽象方法
是在 SelectorProviderImpl類中實現的，即是在 WindowSelectorProvider類的父類來實現的。
這裡有必要說下 WindowsSelectorProvider的繼承關係：
WindowSelectorProvider 的直接父類是 SelectorProviderImpl；SelectorProviderImpl 的直接父類是 SelectorProvider。
SelectorProviderImpl 類的程式碼如下：
public abstract class SelectorProviderImpl
extends SelectorProvider
{
//...省略了一些不相干的函式
public Pipe openPipe() throws IOException {
return new PipeImpl(this);
}
//...
}從上面可知：
開啟管道Pipe.open()方法 直接呼叫的 SelectorProvider.openPipe()方法，而SelectorProvider類中的openPipe()方法 直接返回的是：new PipeImpl(this)，即PipeImpl類的物件例項。
看到這裡的時候，我在想為什麼不從最開始的Pipe類的open()中直接返回PipeImpl的例項物件呢，而是要委託給SelectorProviderImpl(具體程式碼看下面)呢，原因可能在於PipeImpl例項需要一個WindowsSelectorProvider且所有環境有且只有一個，如果不採用這種方式可能會更復雜,不想了，繼續往後面看
Pipe類的open()方法
//函式功能：開啟一個管道
public static Pipe open() throws IOException {
return SelectorProvider.provider().openPipe();
}
經過上面的分析，我們已經知道了Pipe.open()在程式碼層面的表現為：例項化了一個PipeImpl物件。
下面看下PipeImpl 類的建構函式
PipeImpl(final SelectorProvider sp) throws IOException {
try {
AccessController.doPrivileged(new Initializer(sp));
} catch (PrivilegedActionException x) {
throw (IOException)x.getCause();
}
}這個構造方法中的程式碼雖然比較不熟悉，是自己第一次見到，但是我們還是要想辦法來看下，是吧。
先不看Initializer這個類裡面的具體實現，我們來看下PipeImpl類的建構函式中
AccessController.doPrivileged(new Initializer(sp))
這行程式碼中所涉及的：dePrivileged這個方法是幹什麼的？
AccessController 類中的 doPrivileged(PrivilegedAction action) 方法是一個native方法，如下：
@CallerSensitive
public static native <T> T doPrivileged(PrivilegedAction<T> action);
關於 AccessController.doPrivileged方法的介紹，可以參考下篇博文：
看了一些關於AccessController.doPrivileged的資料，還沒有怎麼懂，但是可以這裡來理解：
首先：AccessController.doPrivileged意思是這個是特別的,不用做許可權檢查.
在什麼地方會用到呢
答：假設1.jar中有類可以讀取一個檔案,現在我們要使用1.jar去做這個事情.
但是我們的類本生是沒有許可權去讀取那個檔案的,一般情況下就是眼睜睜的看著了. 但是java提供了doPrivileged.在1.jar中如果讀取檔案的方法是通過doPrivileged來實現的.
就不會有後面的檢查了,現在我們就可以使用1.jar去讀取那個檔案了.
利用doPrivileged就實現了沒有許可權的人借用有許可權的人來達到一定的目的。
回到原題：
AccessController.doPrivileged(new Initializer(sp)) 經過許可權的檢查之後就會直接執行Initializer中的run方法
，下面來看下Initializer這個類中的run方法。
Initializer是PipeImpl類的內部類，原始碼如下：
private class Initializer
implements PrivilegedExceptionAction<Void>
{
private final SelectorProvider sp;
private Initializer(SelectorProvider sp) {
this.sp = sp;
}
public Void run() throws IOException {
ServerSocketChannel ssc = null;
SocketChannel sc1 = null;
SocketChannel sc2 = null;
try {
// loopback address
InetAddress lb = InetAddress.getByName("127.0.0.1");
assert(lb.isLoopbackAddress());
// bind ServerSocketChannel to a port on the loopback address
// 將ServerSocketChannel繫結本地環回地址，埠號為 0
ssc = ServerSocketChannel.open();
ssc.socket().bind(new InetSocketAddress(lb, 0));
// Establish connection (assumes connections are eagerly
// accepted)
// 建立連線
InetSocketAddress sa
= new InetSocketAddress(lb, ssc.socket().getLocalPort());
sc1 = SocketChannel.open(sa);
//向SocketChannel中寫入資料
ByteBuffer bb = ByteBuffer.allocate(8);
long secret = rnd.nextLong();
bb.putLong(secret).flip();
sc1.write(bb);
// Get a connection and verify it is legitimate
for (;;) {
sc2 = ssc.accept();
bb.clear();
sc2.read(bb);
bb.rewind();
if (bb.getLong() == secret)
break;
sc2.close();
}
// Create source and sink channels
source = new SourceChannelImpl(sp, sc1);
sink = new SinkChannelImpl(sp, sc2);
} catch (IOException e) {
try {
if (sc1 != null)
sc1.close();
if (sc2 != null)
sc2.close();
} catch (IOException e2) { }
IOException x = new IOException("Unable to establish"
+ " loopback connection");
x.initCause(e);
throw x;
} finally {
try {
if (ssc != null)
ssc.close();
} catch (IOException e2) { }
}
return null;
}
}
從 Initializer中run方法中，我們可以得到的一點是：建立了一個 loopback connection.
windows下的實現是建立兩個本地的socketChannel,然後連線（連結的過程通過寫一個隨機long做兩個socket的連結校驗），兩個socketChannel分別實現了管道的source與sink端。
source端由前面提到的WindowsSelectorImpl放到了pollWrapper中（pollWrapper.addWakeupSocket(wakeupSourceFd, 0)）
最後，看下PollArrayWrapper這個類
PollArrayWrapper類主要在前面的WindowsSelectorImpl的建構函式中有這樣一行程式碼：pollWrapper.addWakeupSocket(wakeupSourceFd, 0)（作用：把喚醒端的檔案描述符（wakeupSourceFd）放到pollWrapper裡）
PollArrayWrapper類中addWakeupSocket方法的原始碼如下：
// Adds Windows wakeup socket at a given index.
void addWakeupSocket(int fdVal, int index) {
putDescriptor(index, fdVal);
putEventOps(index, POLLIN);
}
// Access methods for fd structures
void putDescriptor(int i, int fd) {
pollArray.putInt(SIZE_POLLFD * i + FD_OFFSET, fd);
}
void putEventOps(int i, int event) {
pollArray.putShort(SIZE_POLLFD * i + EVENT_OFFSET, (short)event);
}這裡將source的POLLIN事件標識為感興趣的，當sink端有資料寫入時，source對應的檔案描述符wakeupSourceFd就會處於就緒狀態
到這裡從原始碼的角度來看了Selector selector = Selector.open()主要做了些什麼
主要完成建立Pipe，並把pipe的wakeupSourceFd放入pollArray中,這個pollArray是Selector的樞紐。這裡是以Windows的實現來看，在windows下通過兩個連結的socketChannel實現了Pipe，linux下則是直接使用系統的pipe。
小結
Selector selector = Selector.open()；實際上就是new 了一個 WindowsSelectorImpl物件例項。
以及建立了Pipe，並把pipe的wakeupSourceFd放入pollArray中,這個pollArray是Selector的樞紐。這裡是以Windows的實現來看，在windows下通過兩個連結的socketChannel實現了Pipe，linux下則是直接使用系統的pipe。
關於第二部分就是從原始碼的角度來看下selector.select()背後做了些什麼，敬請期待。
最後上一張關於Selector工作原理的圖：（來源自參考資料所貼出的部落格）
這張圖自己目前也還沒有全部弄懂（只知道大概流程確實是這樣），有待於自己進一步的接觸後才能更好的理解。