自顶向下深入分析Netty（三）--Bootstrap

Netty的一种线程模型

本文开始分析Netty的源码，由于目标是自顶向下分析，在这一节将分析Netty是如何构建起如上图所示的整体框架。首先将使用一个示例展示怎么使用Bootstarp构建服务端应用，然后将深入源码了解底层机制和原理。

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1.使用示例

首先使用Netty构造如图所示的框架，源码如下：

    // 指定mainReactor
    EventLoopGroup bossGroup = new NioEventLoopGroup(1);
    // 指定subReactor
    EventLoopGroup workerGroup = new NioEventLoopGroup();
    // 用户自定义的ThreadPool
    EventExecutorGroup threadPool = new ThreadPool();
    try {
        ServerBootstrap b = new ServerBootstrap();
        b.group(bossGroup, workerGroup)
         .channel(NioServerSocketChannel.class)
         .option(ChannelOption.SO_BACKLOG, 100) // 设置TCP参数
         .childHandler(new ChannelInitializer() {
             @Override
             public void initChannel(SocketChannel ch) throws Exception {
                 ChannelPipeline p = ch.pipeline();
                 p.addLast(threadPool,    
                    new DecoderHandler(),   // 解码处理器
                    new ComputeHandler());  // 计算处理器
                    new EncoderHandler(),   // 编码处理器
             }
         });

        // 绑定到本地端口等待客户端连接
        ChannelFuture f = b.bind(PORT).sync();
        
        // 等待接受客户端连接的Channel被关闭
        f.channel().closeFuture().sync();
    } finally {
        // 关闭两个线程组
        bossGroup.shutdownGracefully();
        workerGroup.shutdownGracefully();
        threadPool.shutdown();
    }

逐行分析代码，EventLoopGroup是Netty实现的线程池接口，两个线程池:bossGroup和workerGroup分别对应mainReactor和subReactor，其中boss专门用于接受客户端连接，worker也就是常说的IO线程专门用于处理IO事件。IO事件包括两类，一类如服务端接收到客户端数据的Read事件，另一类如用户线程主动向客户端发送数据的Write事件。在4.0版本中，用户自定义的业务线程池须实现EventExecutorGroup接口，4.1版本则可以直接使用JAVA自带的线程池。

为了帮助用户快速构建基于Netty的服务，Netty提供了两个启动器ServerBootstrap和Bootstrap，分别用于启动服务器端和客户端程序。group(EventLoopGroup...)方法用于指定一个或两个Reactor，本例中指定为两个。channel(Channel)方法本质用来指定一个Channel工厂，本例中该工厂生产服务端用于accept客户端连接的Channel，将默认使用Channel的无参构造方法。如果用户需要自定义有参数的Channel，可自定义所需的工厂实现。option(Key, Value)用于指定TCP相关的参数以及一些Netty自定义的参数。childHandler()用于指定subReactor中的处理器，类似的，handler()用于指定mainReactor的处理器，只是默认情况下mainReactor中已经添加了acceptor处理器，所以无需再指定。需要注意的是：这两个方法并不能累积调用而达到增加多个处理器的目的，所以引入了 ChannelInitializer，它是一个特殊的Handler，功能是初始化多个Handler，如本例中的DecoderHandler，ComputeHandler，EncoderHandler。完成初始化工作后，ChannelInitializer会从Handler链中删除。至此，如图所示的框架已经构建完毕。

最后临门一脚，bind(int)方法将服务端Channel绑定到本地端口，成功后将accept客户端的连接，从而是整个框架运行起来。使用sync()方法是由于Netty中的事件都是异步的，所以需要同步等待结果。准确的说，这个方法在这里使用是有问题的，sync()完成后只能表明绑定事件运行完毕，但并不能说明绑定成功，虽然失败的可能性微乎其微。

f.channel().closeFuture().sync()方法仅仅是为了使当前main线程阻塞而不立即执行之后的各种shutdown()方法，其语义是等到服务端接受客户端连接的Channel被关闭时，才执行后面代码的操作。在实际应用中，这样的代码并不实用，我们可能需要接受诸如kill命令后，优雅关闭线程组。

一些情况下，我们并不使用如图所示的结构，比如当业务逻辑都很简单，也就是如图所示的decode，compute，encode能在短时间完成（数十毫秒或更少），那么可以不使用业务线程池。代码也很简单，只需要改动ChannelInitializer即可：

    b.childHandler(new ChannelInitializer() {
         @Override
         public void initChannel(SocketChannel ch) throws Exception {
             ChannelPipeline p = ch.pipeline();
             p.addLast(new DecoderHandler());   // 解码处理器
             p.addLast(new ComputeHandler());   // 计算处理器
             p.addLast(new EncoderHandler());   // 编码处理器
         }
    });

事实上这是Netty的默认方法，也就是说不在addLast(Handler)方法中指定线程池，那么将使用默认的subReacor即woker线程池也即IO线程池执行处理器中的业务逻辑代码。

又比如，如开始的例子只让IO线程池处理read，write等IO事件会觉得有点大材小用，于是将decode和encode交给IO线程处理，如果此时的compute查询需要数据库中的数据，那么代码可改动为如下：

    b.childHandler(new ChannelInitializer() {
         @Override
         public void initChannel(SocketChannel ch) throws Exception {
             ChannelPipeline p = ch.pipeline();
             p.addLast(new DecoderHandler());   // 解码处理器
             p.addLast(new EncoderHandler());   // 编码处理器
             p.addLast(threadPool, new ComputeWithSqlHandler());   // 附带SQL查询的计算
         }
    });

最佳实践
简单快速的业务逻辑可由IO线程池执行，复杂耗时的业务（如查询数据库，取得网络连接等）使用新的业务逻辑线程池执行。

本文介绍了Bootstrap的使用，如果还想知道背后的原理，可移步后续文章：自顶向下深入分析Netty（三）--Bootstrap源码分析。