NIO 源码分析(02) 从 BIO 至 NIO
(1) JDK BIO 启动服务典型场景
// 1. 绑定端口
ServerSocket serverSocket = new ServerSocket();
serverSocket.bind(new InetSocketAddress((InetAddress) null, PROT), BACKLOG);
while (true) {
// 2. 获取客户端请求的Socket，没有请求就阻塞
Socket socket = serverSocket.accept();
// 3. 开启一个线程执行客户端的任务
new Thread(new ServerHandler(socket)).start();
}
// 绑定端口，开启服务
public void bind(SocketAddress endpoint, int backlog) throws IOException {
getImpl().bind(epoint.getAddress(), epoint.getPort());
getImpl().listen(backlog);
}ok，代码已经完成！！！下面我们和 Linux 下的网络编程进行对比。
(2) Linux BIO 启动服务典型场景
int listenfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
bind(listenfd, (struct sockaddr *)&serv_addr, sizeof(serv_addr));
listen (listenfd, BACKLOG);
socklen_t cliaddr_len = sizeof(client_addr);
int clientfd = accept(listenfd, (struct sockaddr*)&client_addr, &cliaddr_len);对比 Linux 上网络编程，我们会发现 JDK Socket 的编程逻辑是一模一样的。实时上也是这样，JDK 网络编程也没有做很多事，主要还是调用了 Linux 相关的函数。唯一的不同是 Linux 是面向过程程序，socket 函数返回的是一个句柄，bind 和 listen 都是对这个句柄的操作；而 JDK 是面向对象编程，new ServerSocket() 返回了一个对象，我们可以调用这个 serverSocket 对象的各种方法。
JDK 为我们提供了 ServerSocket 类作为服务端套接字的实现，通过它可以让主机监听某个端口而接收其他端的请求，处理完后还可以对请求端做出响应。它的内部真正实现是通过 SocketImpl 类来实现的，它提供了工厂模式，所以如果自己想要其他的实现也可以通过工厂模式来改变的。默认的实现类是 SocksSocketImpl。
前面说到 ServerSocket 类真正的实现是通过 SocketImpl 类，于是可以看到它使用了 SocketImpl 类，但由于 windows 和 unix-like 系统有差异，而 windows 不同的版本也需要做不同的处理，所以两类系统的类不尽相同。
说明：
SocketImpl 类实现了 SocketOptions 接口，接着还派生出了一系列的子类，其中 AbstractPlainSocketImpl 是原始套接字的实现的一些抽象，而 PlainSocketImpl 类是一个代理类。
windows 下 PlainSocketImpl 代理 TwoStacksPlainSocketImpl 和 DualStackPlainSocketImpl 两种不同实现。存在两种实现的原因是一个用于处理 Windows Vista 以下的版本，另一个用于处理 Windows Vista 及以上的版本。
unix-like 不存在版本的问题，所以它直接由 PlainSocketImpl 类实现。
这两类操作系统都还存在一个 SocksSocketImpl 类，它其实主要是实现了防火墙安全会话转换协议，包括 SOCKS V4 和 V5 。
根据上面可以看到其实对于不同系统就是需要做差异处理，基本都是大同小异，下面涉及到套接字实现均以 Windows Vista 及以上的版本为例进行分析，即 DualStackPlainSocketImpl。
private boolean created = false;
private boolean bound = false;
private boolean closed = false;
private Object closeLock = new Object();
private SocketImpl impl;
private boolean oldImpl = false;有五类构造函数，可以什么参数都不传，也可以传入 SocketImpl、端口、backlog 和地址等。主要看一下最后一个构造函数，setImpl 方法用于设置实现对象，然后检查端口大小是否正确，检查 backlog 小于 0 就让它等于 50，最后进行端口和地址绑定操作。
ServerSocket(SocketImpl impl) {
this.impl = impl;
impl.setServerSocket(this);
}
public ServerSocket() throws IOException {
setImpl();
}
public ServerSocket(int port) throws IOException {
this(port, 50, null);
}
public ServerSocket(int port, int backlog) throws IOException {
this(port, backlog, null);
}
public ServerSocket(int port, int backlog, InetAddress bindAddr) throws IOException {
setImpl();
if (port < 0 || port > 0xFFFF)
throw new IllegalArgumentException(
"Port value out of range: " + port);
if (backlog < 1)
backlog = 50;
try {
bind(new InetSocketAddress(bindAddr, port), backlog);
} catch(SecurityException e) {
close();
throw e;
} catch(IOException e) {
close();
throw e;
}
} 总结： 在 new ServerSocket() 时会通过 setImpl 方法创建一个 SocketImpl 的实现类，以 window 下 DualStackPlainSocketImpl 为例。时序图如下：
设置套接字实现对象，这里提供了工厂模式可以方便的对接其他的实现，而默认是没有工厂对象的，所以模式的实现为 SocksSocketImpl 对象。
private void setImpl() {
if (factory != null) {
impl = factory.createSocketImpl();
checkOldImpl();
} else {
impl = new SocksSocketImpl();
}
if (impl != null)
impl.setServerSocket(this);
}createImpl方法
该方法用于创建套接字实现对象，如果实现对象为空则先调用
setImpl
方法设置一下，接着调用套接字实现对象的
create
方法创建套接字。
void createImpl() throws SocketException {
if (impl == null)
setImpl();
try {
impl.create(true);
created = true;
} catch (IOException e) {
throw new SocketException(e.getMessage());
}
}
create
方法干了些啥？它的实现逻辑在 AbstractPlainSocketImpl 类中，这里会传入一个 boolean 类型的 stream 变量，这里其实用来标识是 udp 还是 tcp 协议，stream 即是流，tcp是基于连接的，自然存在流的抽象。而 udp 是非连接的非流的。
两类连接是通过 boolean 类型来标识的，true 为 tcp，false 为 udp，再通过 socketCreate 方法传入到本地实现中，在此之前两者都会创建 FileDescriptor 对象作为套接字的引用，FileDescriptor 为文件描述符，可以用来描述文件、套接字和资源等。另外，udp 协议时还会通过
ResourceManager.beforeUdpCreate()
来统计虚拟机 udp 套接字数量，超过指定最大值则会抛出异常，默认值为25。最后将套接字的 created 标识设为 true，对应 Java 中抽象的客户端套接字 Socket 对象和服务端套接字 ServerSocket 对象。
protected synchronized void create(boolean stream) throws IOException {
this.stream = stream;
if (!stream) {
ResourceManager.beforeUdpCreate();
fd = new FileDescriptor();
try {
socketCreate(false);
} catch (IOException ioe) {
ResourceManager.afterUdpClose();
fd = null;
throw ioe;
}
} else {
fd = new FileDescriptor();
socketCreate(true);
}
if (socket != null)
socket.setCreated();
if (serverSocket != null)
serverSocket.setCreated();
}
往下看上面调用的
socketCreate
方法的逻辑，判断文件描述符不能为空，再调用本地
socket0
方法，最后将得到的句柄关联到文件描述符对象上。
void socketCreate(boolean stream) throws IOException {
if (fd == null)
throw new SocketException("Socket closed");
int newfd = socket0(stream, false /*v6 Only*/);
fdAccess.set(fd, newfd);
}static native int socket0(boolean stream, boolean v6Only) throws IOException;
接着看本地方法
socket0
的实现，逻辑为：
JNIEXPORT jint JNICALL Java_java_net_DualStackPlainSocketImpl_socket0
(JNIEnv env, jclass clazz, jboolean stream, jboolean v6Only /unused*/) {
int fd, rv, opt=0;
fd = NET_Socket(AF_INET6, (stream ? SOCK_STREAM : SOCK_DGRAM), 0);
if (fd == INVALID_SOCKET) {
NET_ThrowNew(env, WSAGetLastError(), "create");
return -1;
}
rv = setsockopt(fd, IPPROTO_IPV6, IPV6_V6ONLY, (char *) &opt, sizeof(opt));
if (rv == SOCKET_ERROR) {
NET_ThrowNew(env, WSAGetLastError(), "create");
}
SetHandleInformation((HANDLE)(UINT_PTR)fd, HANDLE_FLAG_INHERIT, FALSE);
return fd;}
int NET_Socket (int domain, int type, int protocol) {
SOCKET sock;
sock = socket (domain, type, protocol);
if (sock != INVALID_SOCKET) {
SetHandleInformation((HANDLE)(uintptr_t)sock, HANDLE_FLAG_INHERIT, FALSE);
}
return (int)sock;
}
bind方法
该方法用于将套接字绑定到指定的地址和端口上，如果 SocketAddress 为空，即代表地址和端口都不指定，此时系统会将套接字绑定到所有有效的本地地址，且动态生成一个端口。逻辑如下：
public void bind(SocketAddress endpoint) throws IOException {
bind(endpoint, 50);
}
public void bind(SocketAddress endpoint, int backlog) throws IOException {
if (isClosed())
throw new SocketException("Socket is closed");
if (!oldImpl && isBound())
throw new SocketException("Already bound");
if (endpoint == null)
endpoint = new InetSocketAddress(0);
if (!(endpoint instanceof InetSocketAddress))
throw new IllegalArgumentException("Unsupported address type");
InetSocketAddress epoint = (InetSocketAddress) endpoint;
if (epoint.isUnresolved())
throw new SocketException("Unresolved address");
if (backlog < 1)
backlog = 50;
try {
SecurityManager security = System.getSecurityManager();
if (security != null)
security.checkListen(epoint.getPort());
getImpl().bind(epoint.getAddress(), epoint.getPort());
getImpl().listen(backlog);
bound = true;
} catch(SecurityException e) {
bound = false;
throw e;
} catch(IOException e) {
bound = false;
throw e;
}
}
套接字实现对象的
bind
方法会间接调用
socketBind
方法，逻辑如下：
void socketBind(InetAddress address, int port) throws IOException {
int nativefd = checkAndReturnNativeFD();
if (address == null)
throw new NullPointerException("inet address argument is null.");
bind0(nativefd, address, port, exclusiveBind);
if (port == 0) {
localport = localPort0(nativefd);
} else {
localport = port;
}
this.address = address;
}static native void bind0(int fd, InetAddress localAddress, int localport, boolean exclBind)
static native int localPort0(int fd) throws IOException;
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原文：https://www.cnblogs.com/binarylei/p/11142083.html