Netty进阶:手把手教你如何编写一个NIO服务端

Netty是一款非常优秀的网络编程框架,是对NIO的二次封装,本文将重点剖析Netty服务端的启动流程,深入底层了解如何使用NIO编程服务端。

本文是笔者基于问题的启发式源码阅读技巧的展示,建议带着如下问题开始本文的阅读:

  • ServerBootstrap 的 option 与 childOption 分别有什么作用
  • 服务端IO通道如何绑定事件链。
  • ServerBootstrap 的 handler 方法与 childHandler 方法的区别又是什么?
  • childHandler中的方法在服务端bind方法时会被调用吗?

1、Netty服务端启动示例

基于Netty的使用示例如下:
Netty进阶:手把手教你如何编写一个NIO服务端_第1张图片
代码@1:创建主从多Reactor线程模型的Boss线程组,通常只需要设置一个线程,用于监听客户端的连接请求(OP_ACCEPT)。

代码@2:创建主从多Reactor线程模型的Work线程组,即IO线程组,默认为CPU核数的两倍。

代码@3:创建Netty服务端启动工具类ServerBootstrap。

代码@4:调用group方法设置主从线程组。

代码@5:设置通道的类型,服务端NIO通道类型 NioServerSocketChannel。

代码@6:通过option方法为通道服务端通道选项。

代码@7:通过chiildOption方法为IO通道设置选项。

代码@8:通过ChannelInitializer添加自定义的ChannelHandler,通常包括编码解码器、业务Handler。

代码@9:调用管道的addLast添加自定义编码解码器。

代码@10:调用bind方法绑定到服务端指定接口,绑定完成后则在指点端口上监听客户端的连接。

服务端的核心流程入口为bind方法,接下来我们将详细分析其实现原理,继续体会NIO编程技巧。

2、Netty服务端启动流程

通过跟踪其bind方法,最终将进入到AbstractBootstrap的doBind方法。
Netty进阶:手把手教你如何编写一个NIO服务端_第2张图片
其关键实现点:
代码@1:通过调用initAndRegister方法完成底层网络初始化与通道注册工作。
代码@2:如果初始化与注册工作已完成,则直接调用doBind0方法完成绑定操作。
代码@3:如果初始化与注册工作未完成,则通过regFuture(注册凭证)中添加监听器,等注册完成后再执行doBind0方法。

技巧提示:基于Future异步编程,在主线程中通过调用future.isDone方法判断异步方法是否已完成,如果未完成,通过在该凭证上添加监听器(事件回调),操作完成后执行回调逻辑。

从上面的方法来看服务端的绑定流程包含初始化与绑定两个子流程,接下来将分别深入探讨。

2.1 通道初始化

基于NIO编程,需要先创建通道,然后将其注册到事件选择器,这个过程由 AbstractBootstrap 的 initAndRegister 方法实现。
Netty进阶:手把手教你如何编写一个NIO服务端_第3张图片
实现的关键点如下:
代码@1:创建NIO服务端通道实现类NioServerSocketChannel的实例。

代码@2:调用 init 方法初始化通道。

代码@3:将通道注册到事件轮询器EventLoopGroup

代码@4::如果通道已注册,但发生了错误则调用通道close方法回收相关资源,如果未注册成功,则强制清除通道占用的资源,特别是文件占用符。

关于通道的注册逻辑已经在手把手教你如何编写一个NIO客户端 中已详细介绍,故接下来重点关注一下服务端通道的注册流程。

2.1.1 服务端通道初始化流程

AbstractBootstrap 的 init 方法是一个抽象方法,具体有其子类实现:
Netty进阶:手把手教你如何编写一个NIO服务端_第4张图片
服务端通道的初始化代码由ServerBootstrap的init方法。
Netty进阶:手把手教你如何编写一个NIO服务端_第5张图片
Step1:首先将通过ServerBootstrap设置的选项与附加选项初始化到通道中。
Netty进阶:手把手教你如何编写一个NIO服务端_第6张图片
Step2:init 方法的关键点:将 handler 方法设置的事件链,同时新增 ServerBootstrapAcceptor 事件处理方法加入到 NioServerSocketChannel 的事件链,但并没有把 childHandler 中添加的事件链添加到NioServerSocketChannel。

读者朋友们,请停下来思考一下,为什么会这样?从现在可以肯定的是 handler 方法定义的事件处理方法将在与 NioServerSocketChannel 相关的事件发生时其作用。

要解开这个谜题,我们有必要来看看 ServerBootstrapAcceptor 是如何工作的。

2.1.2 ServerBootstrapAcceptor 详解

ServerBootstrapAcceptor 类图如下所示:
Netty进阶:手把手教你如何编写一个NIO服务端_第7张图片
ServerBootstrapAcceptor方法只实现了inbound事件的channelRead事件。在详细探究它之前先看看属性:

  • EventLoopGroup childGroup
    事件执行器组,ServerBootstrap设置的从Reactor线程组,即Work线程组。
  • ChannelHandler childHandler
    ServerBootstrap#childHandler 设置的事件处理器,也就是用户定义的事件处理器。

接下来探究其 channelRead 方法的实现逻辑:
Netty进阶:手把手教你如何编写一个NIO服务端_第8张图片
Step1:channelRead竟然传入的是一个Channel,那这个Channel对象是NioSocketChannel吗?

是的,原来当 OP_ACCEPT 事件触发后,Server端会通过调用ServerSocketChannel 的 accept()方法,将返回一个 NioSocketChannel,读写操作的载体,在NIO中负责数据的读写。

Step2:将通过 childHandler 定义的事件处理器绑定到 NioSocketChannel。

最终完成 NioServerSocketChannel 与 NioSocketChannel 的初始化与事件绑定。

关于 NioSocketChannel 详细的初始化流程蕴含在 ChannelInitializer,其机制已经在 手把手教你如何编写一个NIO客户端 中详细介绍。

2.2 NIO绑定机制

在通道完成初始化与注册后,服务端需要进行端口绑定,由 AbstractBootstrap 的 doBind0 方法实现。
Netty进阶:手把手教你如何编写一个NIO服务端_第9张图片
bind 的核心实现最终是调用 Channel 的 bind 方法,最终由 AbstractChannel 类实现:
在这里插入图片描述
bind事件将传播,根据Netty事件传播机制,bind 属于 ChannelOutbound事件,最终将调用 HeadContext的bind方法,最终将调用Unsafe的bind方法,更加具体是调用 AbstractChannel的内部类AbstractUnsafe的bind方法,其代码如下所示:
Netty进阶:手把手教你如何编写一个NIO服务端_第10张图片
doBind 方法是一个抽象方法,NIO服务端的实现:NioServerSocketChannel。
Netty进阶:手把手教你如何编写一个NIO服务端_第11张图片
即最终通过调用NIO底层NioServerSocketChannel 的 bind 方法完成服务端通道的绑定操作,即实现服务端在特定端口监听客户客户端的连接请求。

行文至此开头部门提出的问题大家都能解答了不,为了倒逼读者朋友门真正能理解开头部分的问题,建议读者进行总结,真正做到带着问题阅读源码,当然可以加笔者私信:dingwpmz,共同交流探讨。


欢迎加笔者微信号(dingwpmz),拉您如技术交流加群探讨,关注『中间件兴趣圈』回复**【PDF】**可获取海量学习资料。
在这里插入图片描述

你可能感兴趣的:(Netty4,netty,nio,网络编程)