Java Netty 学习(八) - Netty的Channel

在普通IO中，通过把机器传输抽象成java.net.Socket流，也就是Socket和ServerSocket
到NIO时，则变为了java.nio.channels.Channel，也是作为传输的管道，具体可看Java Netty 学习(四) - NIO基础知识Channel和Pipe
那今天就一起学习Netty中的Channel，看它又是一种怎么样的设计形式。

介绍

在netty的Channel中，提供了很多共用的API，相比与大大降低了直接使用Socket的复杂性。另外，它是Netty网络通信的主题，由他负责直接对端进行网络通信，注册，以及相关的数据操作。
Channel提供了许多预定义的专门实现的类：

• EmbeddedChannel：用于测试ChannelHandler的类
• LocalServerChannel：同一个JVM内部实现client和server之间通信的Channel
• NioDatagramChannel：使用UDP进行网络传输，和java.net.DatagramSocket对应
• NioSctpChannel：基于Sctp协议的操作
• NioSocketChannel：使用TCP进行网络传输

结构

Channel接口里面主要有以下方法：

• ChannelId id()：返回唯一的channel id
• EventLoop eventLoop()：返回专属被注册进入的EventLoop
• Channel parent()：返回父channel
• ChannelConfig config()：返回channel的config
• SocketAddress localAddress()：返回自己的socketAddress
• SocketAddress remoteAddress()：返回远端的Address
• Unsafe unsafe()：返回unsafe，内部实现的unsafe，一些方法只能用于I/O线程调用，其他的如localAddress则可以被用户线程调用。

状态

按照Channel定义的模型，Channel有四个状态

• ChannelUnregistered：Channel已经被创建，但还未注册到EventLoop
• ChannelRegistered：Channel已经被注册到EventLoop
• ChannelActive：Channel处于活动状态，他现在可以接受和发送数据了
• ChannelInactive：Channel没有连接到远程节点

NioSocketChannel

下面看看NioSocketChannel相关特性：

赋值

记得上一篇文章给出的实例，Bootstrap调用的建造者模式的过程中用到了NioSocketChannel

 b.group(group)
                .channel(NioSocketChannel.class)
                .handler(new ChannelInitializer() {
            @Override
            protected void initChannel(SocketChannel ch) throws Exception {
                ch.pipeline().addLast(new HelloClientHandler());
            }
        });

下面跟着源码看看里面做了些什么事：

    public B channel(Class channelClass) {
        if (channelClass == null) {
            throw new NullPointerException("channelClass");
        }
        return channelFactory(new ReflectiveChannelFactory(channelClass));
    }

再看channelFactory：

    public B channelFactory(io.netty.channel.ChannelFactory channelFactory) {
        return channelFactory((ChannelFactory) channelFactory);
    }

最后设置以下channelFactory：

    public B channelFactory(ChannelFactory channelFactory) {
        if (channelFactory == null) {
            throw new NullPointerException("channelFactory");
        }
        if (this.channelFactory != null) {
            throw new IllegalStateException("channelFactory set already");
        }

        this.channelFactory = channelFactory;
        return (B) this;
    }

在channel方法里面，首先还是返回一个AbstractBootstrap的子类以供继续建造对象，接着把一个
ReflectiveChannelFactory对象传递给了channelFactory，并且以传入的channelClass为参数，名字上可知是返回一个channel类，包装了很多层工厂方法为了实现代码的统一性。
进入源码可知，ReflectiveChannelFactory是一个继承了ChannelFactory的对象里面有一个newChannel方法如下：

    @Override
    public T newChannel() {
        try {
            return clazz.newInstance();
        } catch (Throwable t) {
            throw new ChannelException("Unable to create Channel from class " + clazz, t);
        }
    }

执行了传入参数的Class的newInstance方法。

现在已经清楚知道Bootstrap中的channel方法做了什么事了，就是把一个相应类型的ChannelFactory传进去，这样就可以产生Channel。
那么，NioSocketChannel什么时候被初始化的呢？

初始化

首先在NioSocketChannel中打断点，跟踪到调用服务：

可以很清楚的看到
由connect->doResolveAndConnect->initAndRegister->newChannel一级一级调用：
返回一个异步的ChannelFuture

ChannelFuture future = b.connect(this.address, this.port);

再到：

 public ChannelFuture connect(String inetHost, int inetPort) {
        return connect(InetSocketAddress.createUnresolved(inetHost, inetPort));
    }

接着在doResolveAndConnect执行初始化一个Channel，但此时并没有连接上，就相当先拿到一个默认配置的Channel，但是现在还没有用。
接着执行initAndRegister，并在这里面调用：

    final ChannelFuture initAndRegister() {
        Channel channel = null;
        try {
            channel = channelFactory.newChannel();
            init(channel);
        } catch (Throwable t) {
            if (channel != null) {
                channel.unsafe().closeForcibly();
            }
            return new DefaultChannelPromise(channel, GlobalEventExecutor.INSTANCE).setFailure(t);
        }

        ChannelFuture regFuture = config().group().register(channel);
        if (regFuture.cause() != null) {
            if (channel.isRegistered()) {
                channel.close();
            } else {
                channel.unsafe().closeForcibly();
            }
        }
        return regFuture;
    }

从而再经过JNI等一步步反射调用NioSocketChannel的构造方法。

    public NioSocketChannel() {
        this(DEFAULT_SELECTOR_PROVIDER);
    }

用途

那么，Channel创建了，也初始化了，那么它在Netty里面，地位是啥呢？
先看看一张图：

上图有以下几个概念：

1. 客户端连接成功，就新建一个Channel来接受（代码中是先初始化一个Channel，连接成功后赋值属性）
2. EventLoopGroup分配一个EventLoop给Channel，并注册到该EventLoop，channel生命周期内都和该EventLoop在一起（不变）同时，注册时获得selectionKey
3. Channel进行网络连接、关闭和读写，生成相对应的event（改变selectinKey信息），触发eventloop调度线程进行执行
4. EventLoop执行调度ChannelPipline来处理用户业务逻辑

并且，多个Channel可以同时注册到同一个EventLoop，并按照顺序循环处理Channel中的逻辑。

总结

Channel就类似于一个容器，或者理解为Socket，通过它与另一端进行通信，由EventLoop来处理Channel中产生的事件，在事件中实现相关逻辑，接下来文章将逐步学习其他组件。

帮助：

1. Netty In Action
2. https://www.cnblogs.com/TomSnail/p/6192885.html
3. https://blog.csdn.net/u011801189/article/details/54729412