架构成长之路：Netty之ChannelHandler源码

一、概述

handler是控制socket io的各个生命周期的业务实现，netty实现了很多种协议所以有很多handler类,这儿主要关注Handler的设计、作用以及使用方法。

二、Channel

Channel与JDK中的Channel作用相当，是对I/O操作的封装，比如read()，write()，connect()，close()和bind()等，是Netty中核心对象。我们经常使用的NioServerSocketChannel，NioSocketChannel就是其具体实现。Channel的状态改变都会触发相应事件传递到Pipeline中，被ChannelHandler处理，下面为Channel经常触发的事件:

三、ChannelHandler

ChannelHandler 是处理数据的核心对象，其对源端Channel触发的一系列事件进行处理。Netty提供了两个非常重要的子接口：

1、ChannelInboundHandler

ChannelInboundHandler方法如下图所示，从方法名可看出，其是对Channel触发事件的处理。

 

channelRegistered

在channel注册到线程池的时候会被触发。

channelUnregistered

在channel关闭的时候触发。

channelActive

registered完成之后且channel处理active状态，首次注册状态。主要见AbstractChannel的register0(promise)方法。

channelnactive

unregistered之前执行，主要见AbstractChannel的deregister方法。

channelRead

这个主要见pipeline的fireChannelRead方法，其被channel在获取到数据的阶段进行调用，进而触发到handler的channelRead方法。

channelReadComplete

这个和上面read方法一样，fireChannelReadComplete方法，被channel运行过程中read过程完成会进行调用。

userEventTriggered

这个也是由pipeline提供的方法作为入口fireUserEventTriggered，这个就是触发一个事件了，以IdleStateHandler为例，其一般作为心跳检测事件，放入线程池执行，判断空闲就会触发该方法，传导到各个handler。

channelWritabilityChanged

这个入口也在pipeline,但是好像没有怎么用到，channel并没有调用这个方法，一般也没怎么用该方法。

exceptionCaught

这个入口同样在pipeline，被channel的读取过程抛出异常时触发，当然不只这一个地方。

上述方法追根溯源都是通过pipeline来触发整个执行链的，后面讲到context时会详细说明一下这个过程。只需要知道入口在这个地方即可。

2、ChannelOutboundHandler

ChannelOutboundHandler的方法如下图所示，都是与底层网络交互的；其实这些方法最后都会转调到Channel中定义的I/O方法上去，因为只有Channel才是与网络进行交互的。

 

• bind :绑定端口的操作
• connect:连接远程地址>
• disconnect:断开连接
• close:端口绑定的端口
• deregister:取消注册到线程池中
• read:设置监听读取事件
• write:写入数据的操作
• flush:刷新缓冲区，立刻发送。

上述接口都是和连接相关的处理，而且这些都是通过pipeline的相关方法触发的，最终调用的是tail对象。实际上这个handler比较鸡肋，原因channel那节其实已经说明过，大部分实现类都做不了什么，最终都交给headContext对象调用unsafe相关方法由其处理了。大部分handler只对write方法进行了处理，其他都直接交给其他的handler处理了。我印象中之前Netty5好像要取消in和out的区别，outhandler太鸡肋了（Netty5已经放弃开发，官方的说法是forkjoin框架开发很复杂，还没准备好开发）。

2.1 理解Inbound和Outbound：

Inbound: 数据或事件由外向内流，比如Channel注册成功触发的注册事件；Channel读好数据后的ChannelRead事件等；或者说是与网络交互完成，接下来要由Netty处理；

Outbound: 数据或事件由内向外流，比如Netty处理好数据后要write到网络；去网络方向read数据(read这一事件从内向外，read好数据后就是由外向内)；或者说需要与网络进行交互的操作都称为Outbound；

3、ChannelHandler与其他类之间的关系

 

这个图可以看到ChannelHandler的基本结构，其有两个子类接口，ChannelInboundHandler和ChannelOutboundHandler。这也就是我之前常常提到的handler分成in和out类型，针对不同操作的方法。

3.1 handlerAdded

handler被添加到channel的时候执行，这个动作就是由pipeline的添加handler方法完成的。对于服务端，在客户端连接进来的时候，就通过ServerBootstrapAcceptor的read方法，为每一个channel添加了handler。该方法对于handler而言是第一个触发的方法。

3.2 handlerRemoved

handler被移除channel的时候执行，这个动作在pipeline中也存在，基本上是在channel断开的时候会进行这一步。

3.3 exceptionCaught

捕获channel生命周期中异常处理的类，该方法被移动到ChannelInboundHandler中了。已经废弃。

注解Sharable表明该handler可以被多个pipeline重复使用。

四、ChannelHandlerContext

ChannelHandlerContext是ChannelHandler相互之间以及ChannelHandler与ChannelPipeline之间交互的桥梁。当创建一个Channel时，也会创建相应的ChannelHandlerContext。ChannelHandlerContext另一个重要的作用是在Pipeline中传播事件,一般和pipeline联合使用，管理handler链。handler本身没有持有顺序关系，都是通过handlerContext完成的。handlerContext自身会通过配合handler造成顺着构成的链式顺序调用下去，这里会仔细说明一下这个过程。先看中间的方法:

 

接口方法就不一一介绍了，看到的都是一些熟悉的方法，针对业务的起始调用fireXXX()，其它的方法就不进行介绍了。handlerContext和pipeline一样实现类很少，基本使用的就是
DefaultChannelHandlerContext，其继承自AbstractChannelHandlerContext，大部分方法也都是在抽象父类中。下面具体介绍一下是如何工作的：

还是回到pipeline的构造handler链的过程：

protected DefaultChannelPipeline(Channel channel) {
    this.channel = ObjectUtil.checkNotNull(channel, "channel");
    succeededFuture = new SucceededChannelFuture(channel, null);
    voidPromise =  new VoidChannelPromise(channel, true);
 
    tail = new TailContext(this);
    head = new HeadContext(this);
 
    head.next = tail;
    tail.prev = head;
}

pipeline初始化的时候构建了tail和head两个handler，这两个是特殊的，位置不能替换的。

public final ChannelPipeline addLast(EventExecutorGroup group, String name, ChannelHandler handler) {
      final AbstractChannelHandlerContext newCtx;
      synchronized (this) {
          checkMultiplicity(handler);
 
          newCtx = newContext(group, filterName(name, handler), handler);
 
          addLast0(newCtx);
 
          // If the registered is false it means that the channel was not registered on an eventloop yet.
          // In this case we add the context to the pipeline and add a task that will call
          // ChannelHandler.handlerAdded(...) once the channel is registered.
          if (!registered) {
              newCtx.setAddPending();
              callHandlerCallbackLater(newCtx, true);
              return this;
          }
 
          EventExecutor executor = newCtx.executor();
          if (!executor.inEventLoop()) {
              newCtx.setAddPending();
              executor.execute(new Runnable() {
                  @Override
                  public void run() {
                      callHandlerAdded0(newCtx);
                  }
              });
              return this;
          }
      }
      callHandlerAdded0(newCtx);
      return this;
  }
 
private void addLast0(AbstractChannelHandlerContext newCtx) {
  　　AbstractChannelHandlerContext prev = tail.prev;
  　　newCtx.prev = prev;
  　　newCtx.next = tail;
  　　prev.next = newCtx;
  　　tail.prev = newCtx;
}

先判断这个handler有没有被其他pipeline加载过，是否是sharable类型，进行相关设置。通过handler创建context。然后插入到tail前面，后面就是添加handler之后触发的方法，触发handlerAdd方法。通过addLast0方法，可以看见context中的参数prev和next被初始化了。也就是说通过当前的context能够找到前一个和后一个context了。下面抽出handler接口的其中一个方法，我们来研究一下handler链是怎么执行的。

public ChannelHandlerContext fireChannelActive() {
      invokeChannelActive(findContextInbound());
      return this;
  }
 
  static void invokeChannelActive(final AbstractChannelHandlerContext next) {
      EventExecutor executor = next.executor();
      if (executor.inEventLoop()) {
          next.invokeChannelActive();
      } else {
          executor.execute(new Runnable() {
              @Override
              public void run() {
                  next.invokeChannelActive();
              }
          });
      }
  }
 
  private void invokeChannelActive() {
      if (invokeHandler()) {
          try {
              ((ChannelInboundHandler) handler()).channelActive(this);
          } catch (Throwable t) {
              notifyHandlerException(t);
          }
      } else {
          fireChannelActive();
      }
  }
 
private AbstractChannelHandlerContext findContextInbound() {
  　　AbstractChannelHandlerContext ctx = this;
  　　do {
      　　ctx = ctx.next;
  　　} while (!ctx.inbound);
  　　return ctx;
}

handler的任何一个方法，在context中都是由三个这样的方法来构成链式执行的。static方法都是给pipeline调用的，其入参就是head，handler链的头结点。调用了invokeChannelActive()方法，这里就是我们的handler方法相关内容被触发了。乍一看好像执行完了就没了啊，这个地方要接下去就需要handler配合了。随便找一个handler，比如ChannelInboundHandlerAdapter，其相关方法都调用了ctx.fireChannelActive(); 这里就接上了，ctx的fireChannelActive不就是回到了invokeChannelActive()方法了。其入参就不再是当前的context，而是通过findContextInbound来找到下一个in类型的handler，这也说明这个接口是针对in类型的接口。所以一个基本的循环就是ctx.invokeChannelActive(ctx) ->ctx.invokeChannelActive() -> hander.channelActive()->ctx.fireChannelActive(ctx)->findContextInbound()->ctx.invokeChannelActive(ctx)。这么个循环链，起点就是pipeline的invokeChannelActive(head)，终点就是handler.channelActive()没有调用ctx.channel的时候，最后的tailContext就是没有执行任何操作，所以执行到这链路就断了。

五、ChannelPipeline

ChannelPipeline是一系列ChannelHandler的组合，与Channel相关的所有数据和事件都会流经相应的ChannelPipeline进行处理。ChannelPipeline也可以触发事件传播，与ChannelHandlerContext触发不同的是，ChannelPipeline触发的事件都是从第一个ChannelHandler开始处理，而ChannelHandlerContext触发的事件总是从下一个ChannelHandlerContext开始处理

Pipeline的事件流

当事件流在ChannelPipeline中流动时，可以调用ChannelHandlerContext或ChannelPipeline的Outbound方法改变事件的流向

在程序中，要手动触发Inbound到Outbound方向的转变；举个例子，比如我们定义了若干个InboundHandler，处理了用户数据后，返回给用户一个Success，那么必须在某个InboundHandler里调用
ChannelHandlerContext.write()方法让数据流改变方向，否则，永远都无法给用户返回；若不手动改变方向，输入数据最终会走到TailContext(默认最后一个InboundHandler)中，而这个Handler几乎什么都没做，那么OutBound方法永远都等不到被调用

六、事件流

无论是NioSocketChannel还是NioServerSocketChannel，Channel的事件都是按照下图所示流转。

 

七、总结

本节对handler的一个基本内容进行了说明，主要讲解了handlerContext的执行过程，明确了调用链的入口在于pipeline，通过pipeline和context的控制，保证链的执行。channel的生命周期控制pipeline就能控制整个handler的执行。下图给个具体说明：