Cindy3.x源码分析

最近看了JE上几篇nio相关的帖子，触发一些对于nio的思考。再一次深入阅读了cindy3.x的源码，并将一些个人心得记录下来。
本文主要探讨cindy与select轮询相关的设计和实现。且主要分析TCP非阻塞模式，不涉及UDP或阻塞模式。
其实几乎所有的nio框架都采用reactor模式，不同之处在于轮询与分发线程的设计。

Reactor相关的接口及实现类
Reactor
-DefaultReactor

ReactorHandler
-ChannelReactorHandler

Session
-AbstractChannelSession
  -SocketChannelSession
  -ServerSocketChannelSession
SessionAcceptor
-AbstractSessionAcceptor
  -NioBlockingSessionAcceptor
  -BlockingSessionAcceptor

DefaultReactor持有一个线程：selectThread，用于select轮询操作。

                public void run() {
                    try {
                        while (!close) {
                            beforeSelect();
                            if (close) // after beforeSelect, close may be true
                                break;
                            try {
                                selector.select(SELECT_TIMEOUT);
                            } catch (IOException e) {
                                log.error(e, e);
                                break;
                            }
                            afterSelect();
                        }
                    } finally {
                        DefaultReactor.this.stop();
                    }
                }

beforeSelect()
    select()之前对于interestSet的切换准备
afterSelect()
    根据readySet，触发相应的事件，如：OP_READ或OP_WRITE。并调用key所有attach的ReactorHandler中相应的onReable()或onWriteable()方法。

start
通常cindy的启动代码类似如下:

        
SessionAcceptor acceptor = SessionFactory
                .createSessionAcceptor(SessionType.TCP);
acceptor.setAcceptorHandler(acceptorHandler);
acceptor.start();

而NioBlockingSessionAcceptor的start()执行过程如下：

    public synchronized void start() {
        if (getAcceptorHandler() == null)
            throw new IllegalStateException("acceptor handler is null");
        if (isStarted())
            return;

        ServerSocketChannel channel = null;
        try {
            channel = ServerSocketChannel.open();
            setServerSocketOptions(channel.socket());
            counter.set(0);
            session.setChannel(channel);
            session.start().complete();
        } catch (IOException e) {
            ChannelUtils.close(channel);
            exceptionCaught(e);
        }
    }

NioBlockingSessionAcceptor持有一个Session对象：ServerSocketChannelSession，并在start()中，触发session.start()方法。注意，实际上持有的是ServerSocketChannelSession的一个匿名子类，并override了buildSession方法。这点非常重要，后面将提到。
ServerSocketChannelSession的start()代码如下（实际是其父类AbstractChannelSession的start()）

    public synchronized Future start() {
        if (closeFuture != null && !closeFuture.isCompleted())
            return new DefaultFuture(this, false);
        closeFuture = null; // then call close will close

        if (startFuture == null) {
            try {
                doStart();
            } catch (IOException e) {
                dispatchException(e);
                return new DefaultFuture(this, false);
            }
            startFuture = new DefaultFuture(this);
            reactor.register(handler);
        }
        return startFuture;
    }

其中，调用了两个重要的函数：doStart()和reactor.register(handler)
doStart()负责一些session的初始化工作，例如，receiveBuffer大小的设置；ServerSocketChannel的open等。
reactor.register向Reactor注册具体的ReactorHandler，而在这里(ServerSocketChannelSession的start()执行过程中) Reactor将ReactorHandler添加到了registerColl队列中。reactor.register的代码如下：

    public void register(ReactorHandler handler) {
        if (Thread.currentThread() == selectThread) {
            changeRegister(new Attachment(handler));
        } else {
            registerColl.offer(new Attachment(handler));
            start(); // auto start when register
            selector.wakeup();
        }
    }

结合DefaultReactor的分析可知，当selectThread启动以后，执行beforeSelect()时，将对相应的interestSet进行切换处理
Cindy对于interestSet的切换是比较特别的(从代码的注释来看，貌似是为了避免java nio的一个bug)。通常ServerSocketChannel在初始化时，都是直接调用register(selector,OP_ACCEPT)。
然而，DefaultReactor中的初始化代码如下：

    private void changeRegister(Attachment attachment) {
        ReactorHandler handler = attachment.handler;
        if (registered.containsKey(handler))
            return;
        SelectableChannel[] channels = handler.getChannels();
        try {
            for (int i = 0; i < channels.length; i++) {
                SelectableChannel channel = channels[i];
                channel.configureBlocking(false);
                int validOps = channel.validOps();
                // It's a bug of java nio, see:
                // http://bugs.sun.com/bugdatabase/view_bug.do?bug_id=4960791
                boolean isConnected = (validOps & SelectionKey.OP_CONNECT) != 0
                        && ((SocketChannel) channel).isConnected();
                channel.register(selector, isConnected ? SelectionKey.OP_READ
                        : (validOps & ~SelectionKey.OP_WRITE), attachment);
            }
            registered.put(handler, attachment);
            handler.onRegistered();
        } catch (IOException e) {
            log.error(e, e);
            dispatchDeregistered(handler);
        }
    }

如果isConnected=false，则注册除OP_Write之外的所有事件，包括：OP_READ和OP_ACCEPT。而对于isConnected=true的情况就比较疑惑了，难道不注册OP_ACCEPT或OP_CON，就可以直接read了？
此外，通过handler.onRegistered()还触发了filterChain的sessionStart()方法

Acceptor的start过程比较冗杂，概括起来主要执行以下几步

• 创建ServerSocketChannelSession
• 进行ServerSocketChannel open，configure等初始化操作
• 向Reactor注册具体的ReactorHandler（ServerSocketChannelSession的getHandler方法中匿名类形式）
• Reactor的selectThread在beforeSelect时，向selector注册OP_ACCEPT事件

accept
selectThread进行select操作后，afterSelect中，根据selectionKey的readySet，触发相应的事件。当OP_ACCEPT ready后，调用handler的onAcceptable方法。
此时的handler是ServerSocketChannelSession中定义的匿名类。其onAcceptable方法代码如下：

            public void onAcceptable() {
                SocketChannel sc = null;
                try {
                    while ((sc = channel.accept()) != null) {
                        buildSession(sc);
                    }
                    // accept next
                    getReactor().interest(this, Reactor.OP_ACCEPT);
                } catch (IOException e) {
                    ChannelUtils.close(sc);
                    dispatchException(e);
                    close();
                }
            }

其作了两个重要的操作：获取SocketChannel，并创建session；修改该interestSet；

这里创建的session是SocketChannelSession，其中，buildSession的实现代码实际上定义在从上面讲到的NioBlockingSessionAcceptor中。代码如下：

        protected void buildSession(SocketChannel sc) {
            counter.incrementAndGet();
            try {
                setSocketOptions(sc.socket());
                SocketChannelSession session = new SocketChannelSession();
                session.setChannel(sc);
                sessionAccepted(session);
            } catch (Throwable e) {
                exceptionCaught(e);
            }
        }

在sessionAccept中，将调用session.start，与上次不同的是，这次start的是SocketChannelSession。但同ServerSocketChannelSession一样，将向Reactor注册ReactorHandler(SocketChannelSession中定义的handler匿名子类)
修改interestSet的方法与beforeSelect中的一样，具体操作定义在changeInterest中。
accept的过程概括来讲，就是创建和初始化与socket一一对应的SocketChannelSession；并修改interestSet，准备accept下一个连接；此外，需要注意的是，只有与ServerSocketChannel对应的key才会注册accept，换句话说，只有server才会对accept感兴趣。

read
read过程与accept类似，首先，在afterSelect中出发handler.onReadable()，代码如下：

        public void onReadable() {
            try {
                read();
                reactor.interest(handler, Reactor.OP_READ);
            } catch (ClosedChannelException cce) {
                close();
            } catch (Throwable e) {
                dispatchException(new SessionException(e));
                close();
            }
        }

SocketChannel对应的key才对read感兴趣，所以handler是SocketChannelSession中定义的handler匿名子类。

            protected void read() throws IOException {
                Buffer buffer = BufferFactory.allocate(getReadPacketSize());
                int n = -1;
                int readCount = 0;

                try {
                    while ((n = buffer.read(channel)) >= 0) {
                        if (n == 0)
                            break;
                        readCount += n;
                    }
                } catch (IOException e) {
                    buffer.release();
                    throw e;
                }

                if (readCount > 0) {
                    buffer.flip();
                    getSessionFilterChain(false).packetReceived(
                            new DefaultPacket(buffer, address));
                }
                if (n < 0) // Connection closed
                    throw new ClosedChannelException();
            }

完成数据读取操作，并通知dispatcher触发所有filterChain的packetReceive方法
read过程实际就体现了reactor模式，由selectThread监听并读取数据，再分发给worker线程。

write
write过程与accept和read类似。由Reactor出发具体handler的onWriteable方法。

        public void onWritable() {
            try {
                while (true) {
                    synchronized (sendQueue) {
                        if (currentSendPacket == null)
                            currentSendPacket = (FuturePacket) sendQueue.poll();
                    }
                    if (currentSendPacket == null) {
                        reactor.interest(handler, Reactor.OP_NON_WRITE);
                        return;
                    }

                    try {
                        checkSendPacket(currentSendPacket);
                    } catch (RuntimeException e) {
                        dispatchException(e);
                        DefaultFuture future = currentSendPacket.future;
                        currentSendPacket = null;
                        future.setSucceeded(false);
                        continue;
                    }

                    Buffer buffer = currentSendPacket.getContent();
                    if (!buffer.hasRemaining() || write(currentSendPacket)) {
                        buffer.limit(currentSendPacket.limit);
                        buffer.position(currentSendPacket.position);
                        buffer.release();
                        final FuturePacket packet = currentSendPacket;
                        currentSendPacket = null;

                        // keep dispatch order
                        dispatch(new Runnable() {

                            public void run() {
                                packet.future.setSucceeded(true);
                                getSessionFilterChain(true).packetSent(
                                        packet.getDelegate());
                                if (packet.obj != null)
                                    getSessionFilterChain(true).objectSent(
                                            packet.obj);
                            }
                        });
                    } else {
                        reactor.interest(handler, Reactor.OP_WRITE);
                        return;
                    }
                }
            } catch (ClosedChannelException cce) {
                close();
            } catch (Throwable e) {
                dispatchException(new SessionException(e));
                close();
            }
        }

            protected boolean write(Packet packet) throws IOException {
                Buffer buffer = packet.getContent();
                while (true) {
                    int n = buffer.write(channel);
                    if (!buffer.hasRemaining())
                        return true;
                    else if (n == 0) {
                        // have more data, but the kennel buffer
                        // is full, wait next time to write
                        return false;
                    }
                }
            }

值得注意的是，向key添加OP_WRITE是在应用中调用session.send时完成的。
可见，所有的SocketChannelSession都维持了sendQueue，并在ReactorHandler的onWriteable中完成数据发送。此外，write过程中，还会触发filterChain的packetSend方法

close
当应用程序调用session.close时，将触发所有相关的close操作。代码如下：

    public synchronized Future close() throws IllegalStateException {
        boolean starting = startFuture != null && !startFuture.isCompleted();
        if (closeFuture == null) {
            if (!started && !starting) {
                closeFuture = new DefaultFuture(this, true);
                doClose(); // clear resource even not start
            } else {
                closeFuture = new DefaultFuture(this);
                reactor.deregister(handler);
            }
        }
        return closeFuture;
    }

可见，close方法中，调用了Reactor的deregister方法。ReactorbeforeSelect()时在dispachDeregistered中，完成相应的关闭操作。包括对key的cancel等，以及通过handler的onDeregistered方法触发filterChain的sessionClose()。

总的来说，Cindy还是采用了Dispatcher+Worker的reactor模式。Cindy3.x在代码的设计和可读性方面较Cindy2.x有了很大的改进，但个人感觉与mina相比还是有所欠缺。特别是，采用了很多的匿名类来实现接口，影响了代码的可读性。