Netty篇：NioServerSocketChannel启动注册流程源码分析

概述

        io.netty.channel.Channel是Netty网络操作抽象层，聚合了一组功能，包括但不限于网路的读写，客户端发起连接，主动关闭连接，链路关闭，获取通信双方的网络地址等。

        Unsafe是内部接口，聚合在Channel中协助进行网络读写相关的操作，因为它涉及初衷就是Channel的内部辅助类，不应该被Netty的上层使用者调用，所以被命名为Unsafe。

        一个Channel会绑定一个NioEventLoop线程，绑定一条ChannelPipeline处理器流水线，而ChannelPipeline又维护了一系列的ChannelHandler。

        Channle根据协议不同和阻塞方式不同有很多不同实现：

            NioSocketChannel：代表异步的客户端 TCP Socket 连接
            NioServerSocketChannel：异步的服务器端 TCP Socket 连接
            NioDatagramChannel：异步的 UDP 连接
            NioSctpChannel：异步的客户端 Sctp 连接
            NioSctpServerChannel：异步的 Sctp 服务器端连接
            OioSocketChannel：同步的客户端 TCP Socket 连接
            OioServerSocketChannel：同步的服务器端 TCP Socket 连接
            OioDatagramChannel：同步的 UDP 连接
            OioSctpChannel：同步的 Sctp 服务器端连接
            OioSctpServerChannel：同步的客户端 TCP Socket 连接

        其中最常用的就是NioSocketChannel和NioServerSocketChannel，本文以NioServerSocketChannel为例，简述其初始化和运行流程。

NioServerSocketChannel启动注册流程

        程序入口是AbstractBootstrap#bind()方法，上文对NioEventLoop的介绍中，因为重点关注NioEventLoop的启动运行过程，所以跳过了channel的初始化流程，本文详细介绍其启动注册流程：

        initAndRegister()方法代码如下：

        通过channelFactory反射调用其构造方法创一个channel实例。构造方法如下：

        执行newSocket方法：

        首先使用SelectorProvider的openServerSocketChannel打开SocketChannel。向上调用最顶级父类AbstractChannel的构造方法：

        初始化成员变量，parent表示通道的父通道，对于连接监听通道NioServerSocketChannel来说，父通道为null，对于每一条传输通道NioSocketChannel，其parent属性的值为接收到该连接的服务器连接监听通道，然后构建一个NioMessageUnsafe对象，用于完成实际的I/O操作和传输，再然后创建了一个DefaultChannelPipeline实例，即每个Channel创建时都会分配一个ChannelPipeline维护一系列ChannelHandler。然后继续父类AbstractNioChannel的构造如下：

        初始化参数，readInterestOp是上一层传过来的SelectionKey.OP_ACCEPT，然后将ServerSocketChannel设为非阻塞状态。然后再回上一层：

        创建ChannleConfig对象,主要是TCP参数配置类。回到initAndRegister()，创建完Channel对象后，调用init进行后续的初始化操作：

        首先，设置启动时配置的options和attributes参数，主要是TCP的一些属性和用户自定义的一些参数。然后获取当前Channel绑定的ChannelPipeline，调用其addLast方法将一个ChannelInitializer封装成一个DefaultChannelHandlerContext对象加入到ChannelPipeline维护的ChannelHandler链表尾部（ChannelPipeline相关后续详细介绍）。这个ChannelInitializer重写的run方法中，将配置的handler加入pipeline中，然后新建一个任务将ServerBootstrapAcceptor（继承了 ChannelInboundHandlerAdapter，本身也是一个handler）加入到NioServerSocketChannel所关联的ChannelPipeline中。ServerBootstrapAcceptor主要完成将NioServerSocketChannel所接收到的连接请求NioSocketChannel注册到childGroup中。因为此时Channel还没被注册到EventLoop上，所以会将会将ChannelInitializer封装为PendingHandlerAddedTask任务，并赋值给成员变量pendingHandlerCallbackHead，它会在channel注册到EventLoop时得以调用handlerAdded方法来执行initChannel方法。

        init方法执行完后回到initAndRegister()方法，执行ChannelFuture regFuture = config().group().register(channel)完成channnl的注册。获取bossGroup对应的NioEventLoopGroup调用其register方法，入口在MultithreadEventLoopGroup类：
        通过选择器选择一个NioEventLoop调用其register方法，入口在SingleThreadEventLoop：

        跟踪如下：

        unsafe()会返回一个NioMessageUnsafe实例，完整Channel真实的I/O操作和传输。实现如下：

        一个channel只能绑定一个NioEventLoop线程，所以依旧是调用inEventLoop()判断当前方法是否在EventLoop所在的线程（此处为false），如果不是就将其封装为一个tack任务提交到taskQueue中，在后续时间循环中执行，如果是，直接执行。注册方法register0()方法如下：

        调用doRegister()方法如下：

        将当前的ServerSocketChannel注册到NioEventLoop的Selector上，将NioServerSocketChannel作为附加属性设置到SelectionKey中。

        然后回到主方法中，将registered置为true，表示已经完成注册，调用pipeline.invokeHandlerAddedIfNeeded()方法，最终会调用callHandlerAddedForAllHandlers方法：

        执行上文中封装的PendingHandlerAddedTask任务，即通过ChannelInitializer的handlerAdded方法就会完成将我们自定义的定义的Handler添加到ChannelPipeline中，以及将ServerBootstrapAcceptor添加到ChannelPipeline的操作封装为一个task提交到EventLoop的taskQueue中，随后EventLoop的事件循环就会从taskQueue中取出该任务并执行。

        回到主方法继续执行将ChannelPromise设为成功，然后调用pipeline.fireChannelRegistered()触发触发ChannelRegistered事件，在ChannelPipeline中传播（ChannelPipeline在下篇文章中会详细介绍）。

        注册流程到此基本结束，回到doBind方法中，关注接下来的doBind0()方法：

        调用AbstractChannel#bind()的方法:

        bind是一个出站时间，在ChannelPipeline中，最终调用head的bind方法：

        此处的unsafe是一个NioMessageUnsafe对象，调用unsafe的bind方法如下：

        doBind方法调用JDK底层API进行ServerSocket绑定指定端口号的操作。然后出发ChannelPipeline中的ChannelActive事件开始传播，最终会调用AbstractNioUnsafe#beginRead()方法：

        获取channel注册时设置的SelectionKey，readInterestOp在上文channel创建的时候，已经将值设置为了SelectionKey.OP_ACCEPT，所以此处是将SelectionKey.OP_ACCEPT设置为ServerSocketChannel注册到Selector中所感兴趣的事件。

        NioServerSocketChannel启动注册流程就简要分析完毕。