Netty4学习笔记（9）-- Channel状态转换

转自：http://blog.csdn.net/zxhoo/article/details/17964353

前面有一篇文章分析过Bootstrap类如何引导NioSocketChannel。上篇文章简单讨论了一下Channel接口的方法，知道有四个方法用来查询Channel的状态：isOpen()、isRegistered()、isActive()和isWritable()。这篇文章结合Bootstrap分析一下前三个方法，看看NioSocketChannel是如何到达这三个状态的。

Channel继承层次图

分析上面提到的三个状态的时候，会去看Channel继承层次里某些类的代码，为了方便参考，我画了一张（不太严格的）UML类图，如下所示：

open状态

先从isOpen()方法入手，isOpen()方法是在AbstractNioChannel抽象类里实现的，下面是这个类的关键代码：

 public abstract class AbstractNioChannel extends AbstractChannel {
     ...
     private final SelectableChannel ch;
     ...
     @Override
     public boolean isOpen() {
         return ch.isOpen();
     }
     ...
 }

可以看出来，Netty的Channel是否open取决于Java的SelectableChannel是否open。换句话说，只要找出Netty何时open了这个SelectableChannel，就可以知道Channel何时到达了open状态。从Bootstrap的connect()方法开始顺藤摸瓜就能找出答案：

 Bootstrap.connect(String inetHost, int inetPort)
   -> Bootstrap.doConnect(final SocketAddress remoteAddress, final SocketAddress localAddress)
     -> AbstractBootstrap.initAndRegister()
       -> BootstrapChannelFactory.newChannel()
         -> NioSocketChannel()
           -> NioSocketChannel.newSocket()
             -> SocketChannel.open()

重点看看 initAndRegister() 方法：

     // AbstractBootstrap.java
     final ChannelFuture initAndRegister() {
         final Channel channel = channelFactory().newChannel();
         try {
             init(channel);
         } catch (Throwable t) {
             channel.unsafe().closeForcibly();
             return channel.newFailedFuture(t);
         }

         ChannelPromise regPromise = channel.newPromise();
         group().register(channel, regPromise);
         ...
         return regPromise;
     }

initAndRegister()方法先创建了Channel实例（此时Channel已经处于open状态），然后把它注册到group里，所以大概能够知道，Channel是在open之后进入registered状态的，如下图所示：

registered状态

为了证明上面的猜测，我们从NioEventLoopGroup.register()方法接着看代码。NioEventLoopGroup并没有实现register()方法，真正的实现是在它的超类MultithreadEventLoopGroup里：

 // MultithreadEventLoopGroup.java
 @Override
 public ChannelFuture register(Channel channel, ChannelPromise promise) {
     return next().register(channel, promise);
 }

根据 这篇文章 的介绍，next()方法返回的是一个 NioEventLoop ，看代码后知道，register()方法是在NioEventLoop的超类， SingleThreadEventLoop 里实现的：

 // SingleThreadEventLoop.java
 @Override
 public ChannelFuture register(final Channel channel, final ChannelPromise promise) {
     ...
     channel.unsafe().register(this, promise);
     return promise;
 }

好吧，继续看代码，知道调用的是 AbstractChannel.AbstractUnsafe.register() 方法，这个方法又调用了 AbstractUnsafe.register0() 方法，在register0()方法里， registered 字段被设置为true。而AbstractChannel的isRegistered()方法正好是通过这个字段来判断是否是registered状态：

 // AbstractChannel.java
 @Override
 public boolean isRegistered() {
     return registered;
 }

也就是说，上面的猜测是正确的，Channel先进入open状态，然后通过把自己注册到group进入registered状态。

active状态

还是先看看isActive()方法是如何实现的（在NioSocketChannel里）：

 // NioSocketChannel.java
 @Override
 public boolean isActive() {
     SocketChannel ch = javaChannel();
     return ch.isOpen() && ch.isConnected();
 }

也就是说，NioSocketChannel的active状态取决于SocketChannel的状态。根据前面的分析知道，NioSocketChannel构造函数执行之后，SocketChannel已经处于open状态了，那么接下来就看SocketChannel的connect()方法是何时被调用的。回到Bootstrap类的doConnect()方法：

 Bootstrap.connect(String inetHost, int inetPort)
   -> Bootstrap.doConnect(final SocketAddress remoteAddress, final SocketAddress localAddress)
     -> AbstractBootstrap.initAndRegister()
        Bootstrap.doConnect0(...)
          -> Channel.connect(SocketAddress remoteAddress, ChannelPromise promise

doConnect()方法在initAndRegister()之后又调用了doConnect0()方法,doConnect0()方法调用了Channel的connect()方法。在AbstractChannel里有connect()方法的实现：

 // AbstractChannel.java
 @Override
 public ChannelFuture connect(SocketAddress remoteAddress, ChannelPromise promise) {
     return pipeline.connect(remoteAddress, promise);
 }

也就是说，connect实际上是被当做事件交给pipeline去处理的，而且是个outbound事件，看DefaultChannelPipeline：

 // DefaultChannelPipeline.java
 @Override
 public ChannelFuture connect(SocketAddress remoteAddress, ChannelPromise promise) {
     return tail.connect(remoteAddress, promise);
 }

tail是DefaultChannelHandlerContext实例：

     // DefaultChannelHandlerContext.java
     @Override
     public ChannelFuture connect(SocketAddress remoteAddress, ChannelPromise promise) {
         return connect(remoteAddress, null, promise);
     }

     @Override
     public ChannelFuture connect(final SocketAddress remoteAddress, final SocketAddress localAddress, final ChannelPromise promise) {
         ...
         final DefaultChannelHandlerContext next = findContextOutbound();
         EventExecutor executor = next.executor();
         if (executor.inEventLoop()) {
             next.invokeConnect(remoteAddress, localAddress, promise);
         } else {
             safeExecute(executor, new Runnable() {
                 @Override
                 public void run() {
                     next.invokeConnect(remoteAddress, localAddress, promise);
                 }
             }, promise, null);
         }

         return promise;
     }

     private void invokeConnect(SocketAddress remoteAddress, SocketAddress localAddress, ChannelPromise promise) {
         try {
             ((ChannelOutboundHandler) handler).connect(this, remoteAddress, localAddress, promise);
         } catch (Throwable t) {
             notifyOutboundHandlerException(t, promise);
         }
     }

三个参数版的connect()方法看起来很复杂，但无非就是做了两件事：先沿着pipeline往前找到第一个outbound类型的context，接着调用这个context的invokeConnect()方法。然后context又调用了handler的connect()方法，而pipeline里必定会有一个outbound类型的context/handler，这个context就是head，相应的handler是内部类 HeadHandler ：

 // DefaultChannelPipeline.java
 static final class HeadHandler implements ChannelOutboundHandler {
     protected final Unsafe unsafe;

     protected HeadHandler(Unsafe unsafe) {
         this.unsafe = unsafe;
     }
     ...
     @Override
     public void connect(ChannelHandlerContext ctx, SocketAddress remoteAddress, SocketAddress localAddress, ChannelPromise promise) throws Exception {
         unsafe.connect(remoteAddress, localAddress, promise);
     }
     ...
 }

HeadHandler只是调用了unsafe的connect()方法，unsafe是在构造函数里传进来的：

 public DefaultChannelPipeline(AbstractChannel channel) {
     ...
     HeadHandler headHandler = new HeadHandler(channel.unsafe());
     head = new DefaultChannelHandlerContext(this, null, generateName(headHandler), headHandler);
     ...
 }

Unsafe.connect()方法在AbstractNioChannel.AbstractNioUnsafe里实现，这个实现调用了AbstractNioChannel.doConnect()方法。doConnect()方法最终在NioSocketChannel里得以实现：

 // NioSocketChannel.java
 @Override
 protected boolean doConnect(SocketAddress remoteAddress, SocketAddress localAddress) throws Exception {
     if (localAddress != null) {
         javaChannel().socket().bind(localAddress);
     }

     boolean success = false;
     try {
         boolean connected = javaChannel().connect(remoteAddress);
         if (!connected) {
             selectionKey().interestOps(SelectionKey.OP_CONNECT);
         }
         success = true;
         return connected;
     } finally {
         if (!success) {
             doClose();
         }
     }
 }

结论

代码分析的很复杂，但结论很简单：被Bootstrap引导的NioSocketChannel在构造好之后就进入了open状态，之后通过把自己注册进EventLoop进入registered状态，接着连接服务器进入active状态。