详解Netty组件: Bootstrap类

1 介绍

 

Bootstrap类是Netty提供的一个便利的工厂类，可以通过它来完成Netty的客户端或服务端的Netty组件的组装，以及Netty程序的初始化和启动执行。Netty的官方解释是，完全可以不用这个Bootstrap类，可以一点点去手动创建通道、完成各种设置和启动注册到EventLoop反应器，然后开始事件的轮询和处理，但是这个过程会非常麻烦。通常情况下，使用这个便利的Bootstrap工具类的效率会更高。

在Netty中有两个引导类，分别用于服务器和客户端

• ServerBootstrap用于服务端
• Bootstrap用于客户端

这两个引导类仅是使用的地方不同，它们大致的配置和使用方法都是相同的。

2 父子通道

在Netty中，每一个NioSocketChannel通道所封装的都是Java NIO通道，再往下就对应到了操作系统底层的socket文件描述符。理论上来说，操作系统底层的socket文件描述符分为两类：

• 连接监听类型。连接监听类型的socket描述符处于服务端，负责接收客户端的套接字连接；在服务端，一个“连接监听类型”的socket描述符可以接受（Accept）成千上万的传输类的socket文件描述符。

• 数据传输类型。数据传输类的socket描述符负责传输数据。同一条TCP的Socket传输链路在服务器和客户端都分别会有一个与之相对应的数据传输类型的socket文件描述符。

在Netty中，异步非阻塞的服务端监听通道NioServerSocketChannel所封装的Linux底层的文件描述符是“连接监听类型”的socket描述符；异步非阻塞的传输通道NioSocketChannel所封装的Linux的文件描述符是“数据传输类型”的socket描述符。

在Netty中，将有接收关系的监听通道和传输通道叫作父子通道。

负责服务器连接监听和接收的监听通道（如NioServerSocketChannel）也叫父通道（ParentChannel），对应于每一个接收到的传输类通道（如NioSocketChannel）也叫子通道（Child Channel）。

3 EventLoopGroup

Netty中的Reactor模式实现不是单线程版本的，而是多线程版本的。

实际上，在Netty中一个EventLoop相当于一个子反应器（SubReactor），一个NioEventLoop子反应器拥有了一个事件轮询线程，同时拥有一个Java NIO选择器。

使用EventLoopGroup（事件轮询组）。多个EventLoop线程放在一起，可以组成一个EventLoopGroup。反过来说，EventLoopGroup就是一个多线程版本的反应器，其中的单个EventLoop线程对应于一个子反应器（SubReactor）。

Netty的程序开发不会直接使用单个EventLoop（事件轮询器），而是使用EventLoopGroup。EventLoopGroup的构造函数有一个参数，用于指定内部的线程数。在构造器初始化时，会按照传入的线程数量在内部构造多个线程和多个EventLoop子反应器（一个线程对应一个EventLoop子反应器），进行多线程的IO事件查询和分发。

如果使用EventLoopGroup的无参数构造函数，没有传入线程数量或者传入的数量为0，那么EventLoopGroup内部的线程数量到底是多少呢？默认的EventLoopGroup内部线程数量为最大可用的CPU处理器数量的2倍。假设电脑使用的是4核的CPU，那么在内部会启动8个EventLoop线程，相当于8个子反应器实例。

，为了及时接收新连接，在服务端，一般有两个独立的反应器，一个负责新连接的监听和接收，另一个负责IO事件轮询和分发，并且两个反应器相互隔离。对应到Netty服务器程序中，则需要设置两个EventLoopGroup，一个组负责新连接的监听和接受，另外一个组负责IO传输事件的轮询与分发：

• 新连接的监听和接收的EventLoopGroup中的反应器完成查询通道的新连接IO事件查询。这些反应器有点像负责招工的包工头，因此，该轮询组可以形象地称为“包工头”（Boss）轮询组。

• 负责IO事件轮询和分发的反应器完成查询所有子通道的IO事件，并且执行对应的Handler处理器完成IO处理——例如数据的输入和输出（有点儿像搬砖），这个轮询组可以形象地称为“工人”（Worker）轮询组。

比如入门程序中的：

// 创建反应器轮询组
EventLoopGroup bossLoopGroup = new NioEventLoopGroup();
EventLoopGroup workLoopGroup = new NioEventLoopGroup();
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入门程序：netty入门程序netty入门程序

Netty的EventLoopGroup与EventLoop之间、EventLoop与Channel之间的关系：

4 Bootstrap启动流程

Bootstrap的启动流程也就是Netty组件的组装、配置，以及Netty服务器或者客户端的启动流程。

演示的是服务端引导类的使用：

1. 创建一个服务端的引导类

ServerBootstrap b = new ServerBootstrap();
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1. 创建反应器轮询组，并设置到ServerBootstrap引导类实例

//创建反应器轮询组
//boss轮询组
EventLoopGroup bossLoopGroup = new NioEventLoopGroup(1);
//worker轮询组
EventLoopGroup workerLoopGroup = new NioEventLoopGroup();

//为引导类实例设置反应器轮询组
b.group(bossLoopGroup, workerLoopGroup);
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如果不需要分开监听新连接事件和输出事件，就不一定非得配置两个轮询组，可以仅配置一个EventLoopGroup反应器轮询组。具体的配置方法是调用b.group(workerGroup)。在这种模式下，新连接监听IO事件和数据传输IO事件可能被挤在了同一个线程中处理。这样会带来一个风险：新连接的接收被更加耗时的数据传输或者业务处理所阻塞。所以，在服务端，建议设置成两个轮询组的工作模式。

1. 设置通道的IO类型。Netty不止支持Java NIO，也支持阻塞式的OIO。下面配置的是Java NIO类型的通道类型：

b.channel(NioServerSocketChannel.class);
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如果确实指定Bootstrap的IO模型为BIO类型，可以配置为OioServerSocketChannel.class类。NIO的优势巨大，因此通常不会在Netty中使用BIO。

1. 设置监听端口，

b.localAddress(new InetSocketAddress(port));
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1. 设置传输通道的配置选项

// 设置通道的参数
// 该选项表示是否开启TCP底层心跳机制，true为开启，false为关闭。
b.option(ChannelOption.SO_KEEPALIVE, true);
b.option(ChannelOption.ALLOCATOR, PooledByteBufAllocator.DEFAULT);
b.childOption(ChannelOption.ALLOCATOR, PooledByteBufAllocator.DEFAULT);
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这里调用了Bootstrap的option()选项设置方法。对于服务器的Bootstrap而言，这个方法的作用是：给父通道（Parent Channel）设置一些与传输协议相关的选项。如果要给子通道（Child Channel）设置一些通道选项，则需要调用childOption()设置方法。

关于可以设置的参数可参考：详解Netty组件: ChannelOption类

1. 装配子通道的Pipeline。每一个通道都用一条ChannelPipeline流水线，它的内部有一个双向的链表。装配流水线的方式是：将业务处理器ChannelHandler实例包装之后加入双向链表中。

   装配子通道的Handler流水线调用引导类的childHandler()方法，该方法需要传入一个ChannelInitializer通道初始化类的实例作为参数。每当父通道成功接收到一个连接并创建成功一个子通道后，就会初始化子通道，此时这里配置的ChannelInitializer实例就会被调用。

   在ChannelInitializer通道初始化类的实例中，有一个initChannel初始化方法，在子通道创建后会被执行，向子通道流水线增加业务处理器。

b.childHandler(new ChannelInitializer() {
    //有连接到达时会创建一个通道的子通道，并初始化
    protected void initChannel(SocketChannel ch) …{
         //这里可以管理子通道中的Handler业务处理器
         //向子通道流水线添加一个Handler业务处理器
         ch.pipeline().addLast(new NettyDiscardHandler());
    }
});
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为什么仅装配子通道的流水线，而不需要装配父通道的流水线呢？原因是：父通道（NioServerSocketChannel）的内部业务处理是固定的：接收新连接后，创建子通道，然后初始化子通道，所以不需要特别的配置，由Netty自行进行装配。如果需要完成特殊的父通道业务处理，可以类似地调用ServerBootstrap的handler(ChannelHandler handler)方法，为父通道设置ChannelInitializer初始化器。

ChannelInitializer处理器有一个泛型参数SocketChannel，它代表需要初始化的通道类型，这个类型需要和前面的引导类中设置的传输通道类型一一对应起来。

1. 开始绑定服务器新连接的监听端口

// 开始绑定端口，通过调用sync()同步方法阻塞直到绑定成功
ChannelFuture channelFuture = b.bind().sync();
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bind()方法的功能是返回一个端口绑定Netty的异步任务channelFuture。在这里，并没有给channelFuture异步任务增加回调监听器，而是阻塞channelFuture异步任务，直到端口绑定任务执行完成。

在Netty中，所有的IO操作都是异步执行的，这就意味着任何一个IO操作都会立即返回，返回时异步任务还没有真正执行。什么时候执行完成呢？Netty中的IO操作都会返回异步任务实例（如channelFuture实例）。通过该异步任务实例，既可以实现同步阻塞一直到channelFuture异步任务执行完成，也可以通过为其增加事件监听器的方式注册异步回调逻辑，以获得Netty中的IO操作的真正结果。

1. 自我阻塞，直到通道关闭的异步任务结束

// 如果要阻塞当前线程直到通道关闭，可以调用通道的closeFuture()方法，以获取通道关闭的异步任务。
// 当通道被关闭时，closeFuture实例的sync()方法会返回。
ChannelFuture closeFuture = channelFuture.channel().closeFuture();
closeFuture.sync();
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1. 关闭EventLoopGroup

// 释放掉所有资源，包括创建的反应器线程
workerLoopGroup.shutdownGracefully();

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关闭反应器轮询组，同时会关闭内部的子反应器线程，也会关闭内部的选择器、内部的轮询线程以及负责查询的所有子通道。在子通道关闭后，会释放掉底层的资源，如Socket文件描述符等。