Netty是基于Nio实现的,所以也离不开selector、serverSocketChannel、socketChannel和selectKey等,只不过Netty把这些实现都封装在了底层。
来看一个标准的netty程序:
public class EchoServer {
private final int port;
public EchoServer(int port) {
this.port = port;
}
public void run() throws Exception {
// Configure the server.
EventLoopGroup bossGroup = new NioEventLoopGroup(); // (1)
EventLoopGroup workerGroup = new NioEventLoopGroup();
try {
ServerBootstrap b = new ServerBootstrap(); // (2)
b.group(bossGroup, workerGroup)
.channel(NioServerSocketChannel.class) // (3)
.option(ChannelOption.SO_BACKLOG, 100)
.handler(new LoggingHandler(LogLevel.INFO))
.childHandler(new ChannelInitializer() { // (4)
@Override
public void initChannel(SocketChannel ch) throws Exception {
ch.pipeline().addLast(
//new LoggingHandler(LogLevel.INFO),
new EchoServerHandler());
}
});
// Start the server.
ChannelFuture f = b.bind(port).sync(); // (5)
// Wait until the server socket is closed.
f.channel().closeFuture().sync();
} finally {
// Shut down all event loops to terminate all threads.
bossGroup.shutdownGracefully();
workerGroup.shutdownGracefully();
}
}
public static void main(String[] args) throws Exception {
int port;
if (args.length > 0) {
port = Integer.parseInt(args[0]);
} else {
port = 8080;
}
new EchoServer(port).run();
}
}
EchoServerHandler 实现
public class EchoServerHandler extends ChannelInboundHandlerAdapter {
private static final Logger logger = Logger.getLogger(
EchoServerHandler.class.getName());
@Override
public void channelRead(ChannelHandlerContext ctx, Object msg) throws Exception {
ctx.write(msg);
}
@Override
public void channelReadComplete(ChannelHandlerContext ctx) throws Exception {
ctx.flush();
}
@Override
public void exceptionCaught(ChannelHandlerContext ctx, Throwable cause) {
// Close the connection when an exception is raised.
logger.log(Level.WARNING, "Unexpected exception from downstream.", cause);
ctx.close();
}
}
和客户端的代码相比, 没有很大的差别, 基本上也是进行了如下几个部分的初始化:
EventLoopGroup: 不论是服务器端还是客户端, 都必须指定 EventLoopGroup. 在这个例子中, 指定了 NioEventLoopGroup, 表示一个 NIO 的EventLoopGroup, 不过服务器端需要指定两个 EventLoopGroup, 一个是 bossGroup, 用于处理客户端的连接请求; 另一个是 workerGroup, 用于处理与各个客户端连接的 IO 操作.
- ChannelType: 指定 Channel 的类型. 因为是服务器端, 因此使用了NioServerSocketChannel.
- Handler: 设置数据的处理器.
在客户端中, Channel 的类型其实是在初始化时, 通过 Bootstrap.channel() 方法设置的, 服务器端自然也不例外.
在服务器端, 我们调用了 ServerBootstarap.channel(NioServerSocketChannel.class), 传递了一个 NioServerSocketChannel Class 对象. 这样的话, 按照和分析客户端代码一样的流程, 我们就可以确定, NioServerSocketChannel 的实例化是通过 BootstrapChannelFactory 工厂类来完成的, 而 BootstrapChannelFactory 中的 clazz 字段被设置为了 NioServerSocketChannel.class, 因此当调用 BootstrapChannelFactory.newChannel() 时:
@Override
public T newChannel() {
// 删除 try 块
return clazz.newInstance();
}
就获取到了一个 NioServerSocketChannel 的实例.
最后我们也来总结一下:
ServerBootstrap 中的 ChannelFactory 的实现是 BootstrapChannelFactory
生成的 Channel 的具体类型是 NioServerSocketChannel.
Channel 的实例化过程, 其实就是调用的 ChannelFactory.newChannel 方法, 而实例化的 Channel 的具体的类型又是和在初始化 ServerBootstrap 时传入的 channel() 方法的参数相关. 因此对于我们这个例子中的服务器端的 ServerBootstrap 而言, 生成的的 Channel 实例就是 NioServerSocketChannel.
NioServerSocketChannel 的实例化过程
下面是 NioServerSocketChannel 的类层次结构图:
首先, 我们来看一下它的默认的构造器. 和 NioSocketChannel 类似, 构造器都是调用了 newSocket 来打开一个 Java 的 NIO Socket, 不过需要注意的是, 客户端的 newSocket 调用的是 openSocketChannel, 而服务器端的 newSocket 调用的是 openServerSocketChannel. 顾名思义, 一个是客户端的 Java SocketChannel, 一个是服务器端的 Java ServerSocketChannel.
private static ServerSocketChannel newSocket(SelectorProvider provider) {
return provider.openServerSocketChannel();
}
public NioServerSocketChannel() {
this(newSocket(DEFAULT_SELECTOR_PROVIDER));
}
接下来会调用重载的构造器:
public NioServerSocketChannel(ServerSocketChannel channel) {
super(null, channel, SelectionKey.OP_ACCEPT);
config = new NioServerSocketChannelConfig(this, javaChannel().socket());
}
这个构造其中, 调用父类构造器时, 传入的参数是 SelectionKey.OP_ACCEPT. 作为对比, 我们回想一下, 在客户端的 Channel 初始化时, 传入的参数是 SelectionKey.OP_READ. 有 Java NIO Socket 开发经验的朋友就知道了, Java NIO 是一种 Reactor 模式, 我们通过 selector 来实现 I/O 的多路复用复用. 在一开始时, 服务器端需要监听客户端的连接请求, 因此在这里我们设置了 SelectionKey.OP_ACCEPT, 即通知 selector 我们对客户端的连接请求感兴趣.
接着和客户端的分析一下, 会逐级地调用父类的构造器 NioServerSocketChannel <- AbstractNioMessageChannel <- AbstractNioChannel <- AbstractChannel.
同样的, 在 AbstractChannel 中会实例化一个 unsafe 和 pipeline:
protected AbstractChannel(Channel parent) {
this.parent = parent;
unsafe = newUnsafe();
pipeline = new DefaultChannelPipeline(this);
}
不过, 这里有一点需要注意的是, 客户端的 unsafe 是一个 AbstractNioByteChannel#NioByteUnsafe 的实例, 而在服务器端时, 因为 AbstractNioMessageChannel 重写了newUnsafe 方法:
@Override
protected AbstractNioUnsafe newUnsafe() {
return new NioMessageUnsafe();
}
因此在服务器端, unsafe 字段其实是一个 AbstractNioMessageChannel#AbstractNioUnsafe 的实例.
我们来总结一下, 在 NioServerSocketChannsl 实例化过程中, 所需要做的工作:
调用 NioServerSocketChannel.newSocket(DEFAULT_SELECTOR_PROVIDER) 打开一个新的 Java NIO ServerSocketChannel
AbstractChannel(Channel parent) 中初始化 AbstractChannel 的属性:
parent 属性置为 null
unsafe 通过newUnsafe() 实例化一个 unsafe 对象, 它的类型是 AbstractNioMessageChannel#AbstractNioUnsafe 内部类
pipeline 是 new DefaultChannelPipeline(this) 新创建的实例.
AbstractNioChannel 中的属性:
SelectableChannel ch 被设置为 Java ServerSocketChannel, 即 NioServerSocketChannel#newSocket 返回的 Java NIO ServerSocketChannel.
readInterestOp 被设置为 SelectionKey.OP_ACCEPT
SelectableChannel ch 被配置为非阻塞的 ch.configureBlocking(false)
NioServerSocketChannel 中的属性:
ServerSocketChannelConfig config = new NioServerSocketChannelConfig(this, javaChannel().socket())
Channel 的注册
服务器端和客户端的 Channel 的注册过程一致, 因此就不再单独分析了.
关于 bossGroup 与 workerGroup
可以看出一切从ServerBootstrap开始,ServerBootstrap实例中需要两个NioEventLoopGroup实例,按照职责划分成boss和work,有着不同的分工:
- boss负责请求的accept
- work负责请求的read、write
NioEventLoopGroup
NioEventLoopGroup主要管理eventLoop的生命周期。在客户端的时候, 我们只提供了一个 EventLoopGroup 对象, 而在服务器端的初始化时, 我们设置了两个 EventLoopGroup, 一个是 bossGroup, 另一个是 workerGroup. 那么这两个 EventLoopGroup 都是干什么用的呢? bossGroup 是用于服务端 的 accept 的, 即用于处理客户端的连接请求. 我们可以把 Netty 比作一个饭店, bossGroup 就像一个像一个前台接待, 当客户来到饭店吃时, 接待员就会引导顾客就坐, 为顾客端茶送水等. 而 workerGroup, 其实就是实际上干活的啦, 它们负责客户端连接通道的 IO 操作: 当接待员 招待好顾客后, 就可以稍做休息, 而此时后厨里的厨师们(workerGroup)就开始忙碌地准备饭菜了.
关于 bossGroup 与 workerGroup 的关系, 我们可以用如下图来展示:
首先, 服务器端 bossGroup 不断地监听是否有客户端的连接, 当发现有一个新的客户端连接到来时, bossGroup 就会为此连接初始化各项资源, 然后从 workerGroup 中选出一个 EventLoop 绑定到此客户端连接中. 那么接下来的服务器与客户端的交互过程就全部在此分配的 EventLoop 中了.
首先在ServerBootstrap 初始化时, 调用了 b.group(bossGroup, workerGroup) 设置了两个 EventLoopGroup, 我们跟踪进去看一下:
public ServerBootstrap group(EventLoopGroup parentGroup, EventLoopGroup childGroup) {
super.group(parentGroup);
...
this.childGroup = childGroup;
return this;
}
显然, 这个方法初始化了两个字段, 一个是 group = parentGroup, 它是在 super.group(parentGroup) 中初始化的, 另一个是 childGroup = childGroup. 接着我们启动程序调用了 b.bind 方法来监听一个本地端口. bind 方法会触发如下的调用链:
AbstractBootstrap.bind -> AbstractBootstrap.doBind -> AbstractBootstrap.initAndRegister
final ChannelFuture initAndRegister() {
final Channel channel = channelFactory().newChannel();
... 省略异常判断
init(channel);
ChannelFuture regFuture = group().register(channel);
return regFuture;
}
这里 group() 方法返回的是上面我们提到的 bossGroup, 而这里的 channel 我们也已经分析过了, 它是一个是一个 NioServerSocketChannsl 实例, 因此我们可以知道, group().register(channel) 将 bossGroup 和 NioServerSocketChannsl 关联起来了.
那么 workerGroup 是在哪里与 NioSocketChannel 关联的呢?
我们继续看 init(channel) 方法:
@Override
void init(Channel channel) throws Exception {
...
ChannelPipeline p = channel.pipeline();
final EventLoopGroup currentChildGroup = childGroup;
final ChannelHandler currentChildHandler = childHandler;
final Entry, Object>[] currentChildOptions;
final Entry, Object>[] currentChildAttrs;
p.addLast(new ChannelInitializer() {
@Override
public void initChannel(Channel ch) throws Exception {
ChannelPipeline pipeline = ch.pipeline();
ChannelHandler handler = handler();
if (handler != null) {
pipeline.addLast(handler);
}
pipeline.addLast(new ServerBootstrapAcceptor(
currentChildGroup, currentChildHandler, currentChildOptions, currentChildAttrs));
}
});
}
init 方法在 ServerBootstrap 中重写了, 从上面的代码片段中我们看到, 它为 pipeline 中添加了一个 ChannelInitializer, 而这个 ChannelInitializer 中添加了一个关键的 ServerBootstrapAcceptor handler. 我们看一下 ServerBootstrapAcceptor 类.
ServerBootstrapAcceptor 中重写了 channelRead 方法, 其主要代码如下:
@Override
@SuppressWarnings("unchecked")
public void channelRead(ChannelHandlerContext ctx, Object msg) {
final Channel child = (Channel) msg;
child.pipeline().addLast(childHandler);
...
childGroup.register(child).addListener(...);
}
ServerBootstrapAcceptor 中的 childGroup 是构造此对象是传入的 currentChildGroup, 即我们的 workerGroup, 而 Channel 是一个 NioSocketChannel 的实例, 因此这里的 childGroup.register 就是将 workerGroup 中的 EventLoop 和 NioSocketChannel 关联了. 既然这样, 那么现在的问题是, ServerBootstrapAcceptor.channelRead 方法是怎么被调用的呢? 其实当一个 client 连接到 server 时, Java 底层的 NIO ServerSocketChannel 会有一个 SelectionKey.OP_ACCEPT 就绪事件, 接着就会调用到 NioServerSocketChannel.doReadMessages:
@Override
protected int doReadMessages(List
在 doReadMessages 中, 通过 javaChannel().accept() 获取到客户端新连接的 SocketChannel, 接着就实例化一个 NioSocketChannel, 并且传入 NioServerSocketChannel 对象(即 this), 由此可知, 我们创建的这个 NioSocketChannel 的父 Channel 就是 NioServerSocketChannel 实例 .
接下来就经由 Netty 的 ChannelPipeline 机制, 将读取事件逐级发送到各个 handler 中, 于是就会触发前面我们提到的 ServerBootstrapAcceptor.channelRead 方法啦.
我们再来看看NioEventLoopGroup构造方法:
public NioEventLoopGroup() {
this(0);
}
public NioEventLoopGroup(int nThreads) {
this(nThreads, null);
}
public NioEventLoopGroup(int nThreads, ThreadFactory threadFactory) {
this(nThreads, threadFactory, SelectorProvider.provider());
}
public NioEventLoopGroup(
int nThreads, ThreadFactory threadFactory, final SelectorProvider selectorProvider) {
super(nThreads, threadFactory, selectorProvider);
}
MultithreadEventLoopGroup是NioEventLoopGroup的父类,构造方法:
protected MultithreadEventLoopGroup(int nThreads, ThreadFactory threadFactory, Object... args) {
super(nThreads == 0? DEFAULT_EVENT_LOOP_THREADS : nThreads, threadFactory, args);
}
其中 DEFAULT_EVENT_LOOP_THREADS 为处理器数量的两倍。
MultithreadEventExecutorGroup是核心,管理eventLoop的生命周期,先看看其中几个变量。
1、children:EventExecutor数组,保存eventLoop。
2、chooser:从children中选取一个eventLoop的策略。
protected MultithreadEventExecutorGroup(int nThreads, ThreadFactory threadFactory, Object... args) {
if (nThreads <= 0) {
throw new IllegalArgumentException(String.format("nThreads: %d (expected: > 0)", nThreads));
}
if (threadFactory == null) {
threadFactory = newDefaultThreadFactory();
}
// 根据数组的大小,采用不同策略初始化chooser,如果大小为2的幂次方,则采用PowerOfTwoEventExecutorChooser,否则使用GenericEventExecutorChooser。
children = new SingleThreadEventExecutor[nThreads];
if (isPowerOfTwo(children.length)) {
chooser = new PowerOfTwoEventExecutorChooser();
} else {
chooser = new GenericEventExecutorChooser();
}
for (int i = 0; i < nThreads; i ++) {
boolean success = false;
try {
children[i] = newChild(threadFactory, args);
success = true;
} catch (Exception e) {
// TODO: Think about if this is a good exception type
throw new IllegalStateException("failed to create a child event loop", e);
} finally {
if (!success) {
for (int j = 0; j < i; j ++) {
children[j].shutdownGracefully();
}
for (int j = 0; j < i; j ++) {
EventExecutor e = children[j];
try {
while (!e.isTerminated()) {
e.awaitTermination(Integer.MAX_VALUE, TimeUnit.SECONDS);
}
} catch (InterruptedException interrupted) {
Thread.currentThread().interrupt();
break;
}
}
}
}
}
final FutureListener
1、根据数组的大小,采用不同策略初始化chooser,如果大小为2的幂次方,则采用PowerOfTwoEventExecutorChooser,否则使用GenericEventExecutorChooser。
其中判断一个数是否是2的幂次方的方法很有技巧:
private static boolean isPowerOfTwo(int val) {
return (val & -val) == val;
}
2、newChild方法重载,初始化EventExecutor时,实际执行的是NioEventLoopGroup中的newChild方法,所以children元素的实际类型为NioEventLoop。
接下去看看NioEventLoop类。
每个eventLoop会维护一个selector和taskQueue,负责处理客户端请求和内部任务,如ServerSocketChannel注册和ServerSocket绑定等。
NioEventLoop(NioEventLoopGroup parent, ThreadFactory threadFactory, SelectorProvider selectorProvider) {
super(parent, threadFactory, false);
if (selectorProvider == null) {
throw new NullPointerException("selectorProvider");
}
provider = selectorProvider;
selector = openSelector();
}
当看到 selector = openSelector() 时,有没有觉得亲切了许多。看看SingleThreadEventLoop类。它是NioEventLoop的父类,
protected SingleThreadEventLoop(EventLoopGroup parent, ThreadFactory threadFactory, boolean addTaskWakesUp) {
super(parent, threadFactory, addTaskWakesUp);
}
继续看SingleThreadEventLoop的父类SingleThreadEventExecutor
从类名上可以看出,这是一个只有一个线程的线程池, 先看看其中的几个变量:
1、state:线程池当前的状态
2、taskQueue:存放任务的队列
3、thread:线程池维护的唯一线程
4、scheduledTaskQueue:定义在其父类AbstractScheduledEventExecutor中,用以保存延迟执行的任务。
protected SingleThreadEventExecutor(EventExecutorGroup parent, ThreadFactory threadFactory, boolean addTaskWakesUp) {
if (threadFactory == null) {
throw new NullPointerException("threadFactory");
}
this.parent = parent;
this.addTaskWakesUp = addTaskWakesUp;
thread = threadFactory.newThread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
boolean success = false;
updateLastExecutionTime();
try {
SingleThreadEventExecutor.this.run();
success = true;
} catch (Throwable t) {
logger.warn("Unexpected exception from an event executor: ", t);
} finally {
for (;;) {
int oldState = STATE_UPDATER.get(SingleThreadEventExecutor.this);
if (oldState >= ST_SHUTTING_DOWN || STATE_UPDATER.compareAndSet(
SingleThreadEventExecutor.this, oldState, ST_SHUTTING_DOWN)) {
break;
}
}
// Check if confirmShutdown() was called at the end of the loop.
if (success && gracefulShutdownStartTime == 0) {
logger.error(
"Buggy " + EventExecutor.class.getSimpleName() + " implementation; " +
SingleThreadEventExecutor.class.getSimpleName() + ".confirmShutdown() must be called " +
"before run() implementation terminates.");
}
try {
// Run all remaining tasks and shutdown hooks.
for (;;) {
if (confirmShutdown()) {
break;
}
}
} finally {
try {
cleanup();
} finally {
STATE_UPDATER.set(SingleThreadEventExecutor.this, ST_TERMINATED);
threadLock.release();
if (!taskQueue.isEmpty()) {
logger.warn(
"An event executor terminated with " +
"non-empty task queue (" + taskQueue.size() + ')');
}
terminationFuture.setSuccess(null);
}
}
}
}
});
threadProperties = new DefaultThreadProperties(thread);
taskQueue = newTaskQueue();
}
代码很长,内容很简单:
1、初始化一个线程,并在线程内部执行NioEventLoop类的run方法,当然这个线程不会立刻执行。
2、使用LinkedBlockingQueue类初始化taskQueue。
ServerBootstrap
通过serverBootstrap.bind(port)启动服务,过程如下:
/**
* Create a new {@link Channel} and bind it.
*/
public ChannelFuture bind() {
validate();
SocketAddress localAddress = this.localAddress;
if (localAddress == null) {
throw new IllegalStateException("localAddress not set");
}
return doBind(localAddress);
}
final ChannelFuture initAndRegister() {
final Channel channel = channelFactory().newChannel();
try {
init(channel);
} catch (Throwable t) {
channel.unsafe().closeForcibly();
// as the Channel is not registered yet we need to force the usage of the GlobalEventExecutor
return new DefaultChannelPromise(channel, GlobalEventExecutor.INSTANCE).setFailure(t);
}
ChannelFuture regFuture = group().register(channel);
if (regFuture.cause() != null) {
if (channel.isRegistered()) {
channel.close();
} else {
channel.unsafe().closeForcibly();
}
}
return regFuture;
}
1、负责创建服务端的NioServerSocketChannel实例
2、为NioServerSocketChannel的pipeline添加handler
3、注册NioServerSocketChannel到selector
NioServerSocketChannel
对Nio的ServerSocketChannel和SelectionKey进行了封装。
public NioServerSocketChannel() {
this(newSocket(DEFAULT_SELECTOR_PROVIDER));
}
private static ServerSocketChannel newSocket(SelectorProvider provider) {
try {
return provider.openServerSocketChannel();
} catch (IOException e) {
throw new ChannelException(
"Failed to open a server socket.", e);
}
}
public NioServerSocketChannel(ServerSocketChannel channel) {
super(null, channel, SelectionKey.OP_ACCEPT);
config = new NioServerSocketChannelConfig(this, javaChannel().socket());
}
1、方法newSocket利用 provider.openServerSocketChannel() 生成Nio中的ServerSocketChannel对象。
2、设置SelectionKey.OP_ACCEPT事件。
父类AbstractNioMessageChannel构造方法
protected AbstractNioMessageChannel(Channel parent, SelectableChannel ch, int readInterestOp) {
super(parent, ch, readInterestOp);
}
protected AbstractNioChannel(Channel parent, SelectableChannel ch, int readInterestOp) {
super(parent);
this.ch = ch;
this.readInterestOp = readInterestOp;
try {
ch.configureBlocking(false);
} catch (IOException e) {
try {
ch.close();
} catch (IOException e2) {
if (logger.isWarnEnabled()) {
logger.warn(
"Failed to close a partially initialized socket.", e2);
}
}
throw new ChannelException("Failed to enter non-blocking mode.", e);
}
}
设置当前ServerSocketChannel为非阻塞通道。
protected AbstractChannel(Channel parent) {
this.parent = parent;
unsafe = newUnsafe();
pipeline = new DefaultChannelPipeline(this);
}
1、初始化unsafe,这里的Unsafe并非是jdk中底层Unsafe类,用来负责底层的connect、register、read和write等操作。
2、初始化pipeline,每个Channel都有自己的pipeline,当有请求事件发生时,pipeline负责调用相应的hander进行处理。
回到ServerBootstrap的init(Channel channel)方法,添加handler到channel的pipeline中。
void init(Channel channel) throws Exception {
final Map, Object> options = options();
synchronized (options) {
channel.config().setOptions(options);
}
final Map, Object> attrs = attrs();
synchronized (attrs) {
for (Entry, Object> e: attrs.entrySet()) {
@SuppressWarnings("unchecked")
AttributeKey key = (AttributeKey) e.getKey();
channel.attr(key).set(e.getValue());
}
}
ChannelPipeline p = channel.pipeline();
final EventLoopGroup currentChildGroup = childGroup;
final ChannelHandler currentChildHandler = childHandler;
final Entry, Object>[] currentChildOptions;
final Entry, Object>[] currentChildAttrs;
synchronized (childOptions) {
currentChildOptions = childOptions.entrySet().toArray(newOptionArray(childOptions.size()));
}
synchronized (childAttrs) {
currentChildAttrs = childAttrs.entrySet().toArray(newAttrArray(childAttrs.size()));
}
p.addLast(new ChannelInitializer() {
@Override
public void initChannel(Channel ch) throws Exception {
ChannelPipeline pipeline = ch.pipeline();
ChannelHandler handler = handler();
if (handler != null) {
pipeline.addLast(handler);
}
pipeline.addLast(new ServerBootstrapAcceptor(
currentChildGroup, currentChildHandler, currentChildOptions, currentChildAttrs));
}
});
}
1、设置channel的options和attrs。
2、在pipeline中添加一个ChannelInitializer对象。
init执行完,需要把当前channel注册到EventLoopGroup。其实最终目的是为了实现Nio中把ServerSocket注册到selector上,这样就可以实现client请求的监听了
public ChannelFuture register(Channel channel, ChannelPromise promise) {
return next().register(channel, promise);
}
public EventLoop next() {
return (EventLoop) super.next();
}
public EventExecutor next() {
return children[Math.abs(childIndex.getAndIncrement() % children.length)];
}
因为EventLoopGroup中维护了多个eventLoop,next方法会调用chooser策略找到下一个eventLoop,并执行eventLoop的register方法进行注册。
public ChannelFuture register(final Channel channel, final ChannelPromise promise) {
...
channel.unsafe().register(this, promise);
return promise;
}
channel.unsafe()是什么?
NioServerSocketChannel初始化时,会创建一个NioMessageUnsafe实例,用于实现底层的register、read、write等操作。
eventLoop.execute(new Runnable() {
@Override
public void run() {
register0(promise);
}
});
private void register0(ChannelPromise promise) {
try {
if (!ensureOpen(promise)) {
return;
}
Runnable postRegisterTask = doRegister();
registered = true;
promise.setSuccess();
pipeline.fireChannelRegistered();
if (postRegisterTask != null) {
postRegisterTask.run();
}
if (isActive()) {
pipeline.fireChannelActive();
}
} catch (Throwable t) {
// Close the channel directly to avoid FD leak.
closeForcibly();
if (!promise.tryFailure(t)) {
}
closeFuture.setClosed();
}
}
public void execute(Runnable task) {
if (task == null) {
throw new NullPointerException("task");
}
boolean inEventLoop = inEventLoop();
if (inEventLoop) {
addTask(task);
} else {
startThread();
addTask(task);
if (isShutdown() && removeTask(task)) {
reject();
}
}
if (!addTaskWakesUp) {
wakeup(inEventLoop);
}
}
1、register0方法提交到eventLoop线程池中执行,这个时候会启动eventLoop中的线程。
2、方法doRegister()才是最终Nio中的注册方法,方法javaChannel()获取ServerSocketChannel。
protected Runnable doRegister() throws Exception {
boolean selected = false;
for (;;) {
try {
selectionKey = javaChannel().register(eventLoop().selector, 0, this);
return null;
} catch (CancelledKeyException e) {
if (!selected) {
// Force the Selector to select now as the "canceled" SelectionKey may still be
// cached and not removed because no Select.select(..) operation was called yet.
eventLoop().selectNow();
selected = true;
} else {
// We forced a select operation on the selector before but the SelectionKey is still cached
// for whatever reason. JDK bug ?
throw e;
}
}
}
}
ServerSocketChannel注册完之后,通知pipeline执行fireChannelRegistered方法,pipeline中维护了handler链表,通过遍历链表,执行InBound类型handler的channelRegistered方法,最终执行init中添加的ChannelInitializer handler。
public final void channelRegistered(ChannelHandlerContext ctx) throws Exception {
initChannel((C) ctx.channel());
ctx.pipeline().remove(this);
ctx.fireChannelRegistered();
}
1、initChannel方法最终把ServerBootstrapAcceptor添加到ServerSocketChannel的pipeline,负责accept客户端请求。
2、在pipeline中删除对应的handler。
3、触发fireChannelRegistered方法,可以自定义handler的channelRegistered方法。
到目前为止,ServerSocketChannel完成了初始化并注册到seletor上,启动线程执行selector.select()方法准备接受客户端请求。
,ServerSocketChannel的socket还未绑定到指定端口,那么这一块Netty是如何实现的? Netty把注册操作放到eventLoop中执行。
private static void doBind0(
final ChannelFuture regFuture,
final Channel channel,
final SocketAddress localAddress,
final ChannelPromise promise) {
channel.eventLoop().execute(new Runnable() {
@Override
public void run() {
if (regFuture.isSuccess()) {
channel.bind(localAddress, promise)
.addListener(ChannelFutureListener.CLOSE_ON_FAILURE);
} else {
promise.setFailure(regFuture.cause());
}
}
});
}
public ChannelFuture bind(SocketAddress localAddress, ChannelPromise promise) {
return pipeline.bind(localAddress, promise);
}
@Override
public ChannelFuture bind(SocketAddress localAddress, ChannelPromise promise) {
return tail.bind(localAddress, promise);
}
@Override
public ChannelFuture bind(SocketAddress localAddress, ChannelPromise promise) {
if (localAddress == null) {
throw new NullPointerException("localAddress");
}
validatePromise(promise, false);
return findContextOutbound().invokeBind(localAddress, promise);
}
private ChannelFuture invokeBind(final SocketAddress localAddress, final ChannelPromise promise) {
EventExecutor executor = executor();
if (executor.inEventLoop()) {
invokeBind0(localAddress, promise);
} else {
executor.execute(new Runnable() {
@Override
public void run() {
invokeBind0(localAddress, promise);
}
});
}
return promise;
}
private void invokeBind0(SocketAddress localAddress, ChannelPromise promise) {
try {
((ChannelOutboundHandler) handler()).bind(this, localAddress, promise);
} catch (Throwable t) {
notifyOutboundHandlerException(t, promise);
}
}
@Override
public void bind(
ChannelHandlerContext ctx, SocketAddress localAddress, ChannelPromise promise)
throws Exception {
unsafe.bind(localAddress, promise);
}
最终由unsafe实现端口的bind操作。
public final void bind(final SocketAddress localAddress, final ChannelPromise promise) {
if (!ensureOpen(promise)) {
return;
}
try {
boolean wasActive = isActive();
...
doBind(localAddress);
promise.setSuccess();
if (!wasActive && isActive()) {
pipeline.fireChannelActive();
}
} catch (Throwable t) {
promise.setFailure(t);
closeIfClosed();
}
}
protected void doBind(SocketAddress localAddress) throws Exception {
javaChannel().socket().bind(localAddress, config.getBacklog());
}
bind完成后,且ServerSocketChannel也已经注册完成,则触发pipeline的fireChannelActive方法,所以在这里可以自定义fireChannelActive方法,默认执行tail的fireChannelActive。
@Override
public ChannelPipeline fireChannelActive() {
head.fireChannelActive();
if (channel.config().isAutoRead()) {
channel.read();
}
return this;
}
channel.read()方法会触发pipeline的行为:
@Override
public Channel read() {
pipeline.read();
return this;
}
@Override
public ChannelPipeline read() {
tail.read();
return this;
}
@Override
public ChannelHandlerContext read() {
findContextOutbound().invokeRead();
return this;
}
private void invokeRead() {
EventExecutor executor = executor();
if (executor.inEventLoop()) {
invokeRead0();
} else {
Runnable task = invokeRead0Task;
if (task == null) {
invokeRead0Task = task = new Runnable() {
@Override
public void run() {
invokeRead0();
}
};
}
executor.execute(task);
}
}
private void invokeRead0() {
try {
((ChannelOutboundHandler) handler()).read(this);
} catch (Throwable t) {
notifyHandlerException(t);
}
}
handler 的添加过程
和 EventLoopGroup 一样, 服务器端的 handler 也有两个, 一个是通过 handler() 方法设置 handler 字段, 另一个是通过 childHandler() 设置 childHandler 字段. 通过前面的 bossGroup 和 workerGroup 的分析, 其实我们在这里可以大胆地猜测: handler 字段与 accept 过程有关, 即这个 handler 负责处理客户端的连接请求; 而 childHandler 就是负责和客户端的连接的 IO 交互.
在 上面 bossGroup 与 workerGroup , 我们提到, ServerBootstrap 重写了 init 方法, 在这个方法中添加了 handler:
@Override
void init(Channel channel) throws Exception {
...
ChannelPipeline p = channel.pipeline();
final EventLoopGroup currentChildGroup = childGroup;
final ChannelHandler currentChildHandler = childHandler;
final Entry, Object>[] currentChildOptions;
final Entry, Object>[] currentChildAttrs;
p.addLast(new ChannelInitializer() {
@Override
public void initChannel(Channel ch) throws Exception {
ChannelPipeline pipeline = ch.pipeline();
ChannelHandler handler = handler();
if (handler != null) {
pipeline.addLast(handler);
}
pipeline.addLast(new ServerBootstrapAcceptor(
currentChildGroup, currentChildHandler, currentChildOptions, currentChildAttrs));
}
});
}
上面代码的 initChannel 方法中, 首先通过 handler() 方法获取一个 handler, 如果获取的 handler 不为空,则添加到 pipeline 中. 然后接着, 添加了一个 ServerBootstrapAcceptor 实例. 那么这里 handler() 方法返回的是哪个对象呢? 其实它返回的是 handler 字段, 而这个字段就是我们在服务器端的启动代码中设置的:
b.group(bossGroup, workerGroup)
...
.handler(new LoggingHandler(LogLevel.INFO))
那么这个时候, pipeline 中的 handler 情况如下:
根据我们原来分析客户端的经验, 我们指定, 当 channel 绑定到 eventLoop 后(在这里是 NioServerSocketChannel 绑定到 bossGroup)中时, 会在 pipeline 中发出 fireChannelRegistered 事件, 接着就会触发 ChannelInitializer.initChannel 方法的调用.
private void register0(ChannelPromise promise) {
try {
...
boolean firstRegistration = neverRegistered;
doRegister();
neverRegistered = false;
registered = true;
safeSetSuccess(promise);
pipeline.fireChannelRegistered(); // 这里触发
// Only fire a channelActive if the channel has never been registered. This prevents firing
// multiple channel actives if the channel is deregistered and re-registered.
if (firstRegistration && isActive()) {
pipeline.fireChannelActive();
}
当 channel 绑定到 eventLoop 后(在这里是 NioServerSocketChannel 绑定到 bossGroup)中时, 会在 pipeline 中发出 fireChannelRegistered 事件, 接着就会触发 ChannelInitializer.initChannel 方法的调用.
public final void channelRegistered(ChannelHandlerContext ctx) throws Exception {
initChannel((C) ctx.channel());
ctx.pipeline().remove(this);
ctx.fireChannelRegistered();
}
因此在绑定完成后, 此时的 pipeline 的内如如下:
前面我们在分析 bossGroup 和 workerGroup 时, 已经知道了在 ServerBootstrapAcceptor.channelRead 中会为新建的 Channel 设置 handler 并注册到一个 eventLoop 中, 即:
@Override
@SuppressWarnings("unchecked")
public void channelRead(ChannelHandlerContext ctx, Object msg) {
final Channel child = (Channel) msg;
child.pipeline().addLast(childHandler);
...
childGroup.register(child).addListener(...);
}
而这里的 childHandler 就是我们在服务器端启动代码中设置的 handler:
b.group(bossGroup, workerGroup)
...
.childHandler(new ChannelInitializer() {
@Override
public void initChannel(SocketChannel ch) throws Exception {
ChannelPipeline p = ch.pipeline();
if (sslCtx != null) {
p.addLast(sslCtx.newHandler(ch.alloc()));
}
//p.addLast(new LoggingHandler(LogLevel.INFO));
p.addLast(new EchoServerHandler());
}
});
, 当这个客户端连接 Channel 注册后, 就会触发 ChannelInitializer.initChannel 方法的调用, 此后的客户端连接的 ChannelPipeline 状态如下:
最后我们来总结一下服务器端的 handler 与 childHandler 的区别与联系:
- 在服务器 NioServerSocketChannel 的 pipeline 中添加的是 handler 与 ServerBootstrapAcceptor.
- 当有新的客户端连接请求时, ServerBootstrapAcceptor.channelRead 中负责新建此连接的 NioSocketChannel 并添加 childHandler 到 NioSocketChannel 对应的 pipeline 中, 并将此 channel 绑定到 workerGroup 中的某个 eventLoop 中.
- handler 是在 accept 阶段起作用, 它处理客户端的连接请求.
-
childHandler 是在客户端连接建立以后起作用, 它负责客户端连接的 IO 交互.