Netty源码之Pipeline、ChannelHandler、ChannelHandlerContext

在Netty上，Pipeline把ChannelHandler串联在一起来组织处理逻辑。比如实现协议栈HTTP,HTTP2。而ChannelHandlerContext可以认为是Pipeline用于串联ChannelHandler的纽带。开发者的业务逻辑基本上是在ChannelHandler实现的，理解这三者以及三者之间的关联是使用Netty构建模块化、可复用程序的关键。

ChannelHandler

上图是ChannelHandler的类结构图，在此总结下ChannelHandler的功能。

• 响应ChannelHandler状态变化
• 响应与其关联的Channel生命周期内的状态变化以及处理接收的数据
• 处理与其关联的Channel上的 Outbound 操作
  下面针对这三个方面详细说明。

Channel的生命周期

ChannelInboundHandler

ChannelInboundHandler的方法与其紧密对应。

• channelRegistered Channel 注册到其EventLoop上，此时就可以处理I/O了。
• channelActive 对于 NioSocketChannel其active状态是如下定义：

 public boolean isActive() {
        SocketChannel ch = javaChannel();
        return ch.isOpen() && ch.isConnected();
    }

对于NioServerSocketChannel

@Override
    public boolean isActive() {
        return javaChannel().socket().isBound();
    }

• channelRead Channel读取数据后触发
• channelReadComplete 一次读取周期完成，从下面的读取逻辑可以看出，channelReadComplete的在Channel读缓冲区读取完时触发。

 try {
                do {
                    //RecvByteBufAllocator 默认使用AdaptiveRecvByteBufAllocator，其根据上一次读取的字节数动态调整本次读取字节数
                    byteBuf = allocHandle.allocate(allocator);
                    allocHandle.lastBytesRead(doReadBytes(byteBuf));
                    if (allocHandle.lastBytesRead() <= 0) {
                        // nothing was read. release the buffer.
                        byteBuf.release();
                        byteBuf = null;
                        close = allocHandle.lastBytesRead() < 0;
                        break;
                    }

                    allocHandle.incMessagesRead(1);
                    readPending = false;
                    pipeline.fireChannelRead(byteBuf);
                    byteBuf = null;
                    /**
                     * 继续读取的逻辑：
                     * config.isAutoRead() &&
                     attemptedBytesRead == lastBytesRead &&
                     totalMessages < maxMessagePerRead(默认为1) &&
                     totalBytesRead < Integer.MAX_VALUE;
                     * */
                } while (allocHandle.continueReading());

                allocHandle.readComplete();
                pipeline.fireChannelReadComplete();

• channelWritabilityChanged 当Channel的可写状态发生变化时触发。当channel不可写时用户可以用此来控制数据发送不至于太快，当Channel可写时用户可以继续发送数据。Channel的可写性可以由用户来进行设置。可以把此理解为用户空间的写缓存，和socket的系统缓存无关。

Channel.config().setWriteHighWaterMark() 
Channel.config().setWriteLowWaterMark().

ChannelOutboundHandler

ChannelOutboundHandler 给用户机会来进一步处理用户在Channel上的操作。一些比较典型的应用场景是filter掉一些操作，即根据需求拒绝一些操作；Socket面向字节流，在实现具体 的协议比如Http时，可以让用户只处理自己关心的数据，OutboundHandler可以把这些数据封装成协议需要的数据，然后交给socket发送。

method	描述
bind(ChannelHandlerContext,SocketAddress,ChannelPromise)
connect(ChannelHandlerContext,SocketAddress,SocketAddress,ChannelPromise)
disconnect(ChannelHandlerContext,ChannelPromise)
close(ChannelHandlerContext,ChannelPromise)
deregister(ChannelHandlerContext,ChannelPromise)
flush(ChannelHandlerContext)
write(ChannelHandlerContext,ChannelPromise)	。。。。

ChannelPipeline

上图基本上可以概括Socket 和 ChannelPipeline以及ChannelHandler和ChannelPipeline之间的关系。

• ChannelPipeline把ChannelHandler串联在一起来拦截处理Channel产生的inbound和outbound事件，这些ChannelHandler构成了应用程序的数据和事件处理逻辑。
• 每个Channel会与唯一一个ChannelPipeline实例进行绑定。
• inbound事件的流向Head -> Tail，
• outbound事件的流向是Tail->Head，这有点像网络协议栈，而且Netty本身实现的协议比如Http，Http2都是基于ChannelHandler，在其上实现数据的解码与编码。我的理解是ChannelPipeline把用户的逻辑同socket关联起来，我觉着其上面最适合实现的逻辑应该是协议的实现，至于用户的业务逻辑不应该在ChannelHandler上实现。

ChannelPipeline提供的method

ChannelPipeline提供了大量的方法，可以分为三类，

• 触发outbound事件的方法；

• 触发inbound事件的方法

• 对Pipeline上Handler以及Context进行管理的方法

ChannelHandlerContext

ChannelPipeline并不是直接把ChannelHandler串联起来的，而是通过ChannelHandlerContext。可以认为ChannelPipeline是双向链表， 而链表上的节点就是ChannelHandlerContext。因此，handler的处理完后的事件实际是通过ChannelHandlerContext传递给下一个Handler的。

上图是ChannelHandlerContext的类图，从这里可以看出其提供的方法同ChannelPipeline类似，但是与前者不同的是，前者触发的事件被整个Pipeline处理，而Context触发的事件仅从下一个handler开始处理。如下图所示：

总结

• 每个ChannelHandler实例唯一关联一个ChannelHandlerContext实例
• ChannelPipeline通过ChannelHandlerContext把ChannelHandler串联成一个双向链表结构，用来处理Channel产生的inbound和Outbound事件。这种处理方式和网络协议栈的实现方式很像，因此我觉着特别适合基于Netty实现各种应用协议。而Pipeline就是协议的编码和解码的实现逻辑。
• 个人见解，ChannelHandler的实现最好只与协议的编码和解码有关，与具体业务相关的逻辑不是很适合在其上进行实现。