网络编程（二）：Netty组件、原理

Netty 的设计主要基于主从 Reactor 多线程模式，并做了一定的改进。本节将使用一种渐进式的描述方式展示 Netty 的模样，即先给出 Netty 的简单版本，然后逐渐丰富其细节，直至展示出 Netty 的全貌。

简单版本的 Netty 的模样如下：

关于这张图，作以下几点说明：

• 1）BossGroup 线程维护 Selector，ServerSocketChannel 注册到这个 Selector 上，只关注连接建立请求事件（相当于主 Reactor）。

• 2）当接收到来自客户端的连接建立请求事件的时候，通过 ServerSocketChannel.accept 方法获得对应的 SocketChannel，并封装成 NioSocketChannel 注册到 WorkerGroup 线程中的 Selector，每个 Selector 运行在一个线程中（相当于从 Reactor）。

• 3）当 WorkerGroup 线程中的 Selector 监听到自己感兴趣的 IO 事件后，就调用 Handler 进行处理。

我们给这简单版的 Netty 添加一些细节：

关于这张图，作以下几点说明：

• 1）有两组线程池：BossGroup 和 WorkerGroup，BossGroup 中的线程（可以有多个，图中只画了一个）专门负责和客户端建立连接，WorkerGroup 中的线程专门负责处理连接上的读写。

• 2）BossGroup 和 WorkerGroup 含有多个不断循环的执行事件处理的线程，每个线程都包含一个 Selector，用于监听注册在其上的 Channel。

• 3）每个 BossGroup 中的线程循环执行以下三个步骤：

  • 3.1）轮训注册在其上的 ServerSocketChannel 的 accept 事件（OP_ACCEPT 事件）。

  • 3.2）处理 accept 事件，与客户端建立连接，生成一个 NioSocketChannel，并将其注册到 WorkerGroup 中某个线程上的 Selector 上。

  • 3.3）再去以此循环处理任务队列中的下一个事件。

• 4）每个 WorkerGroup 中的线程循环执行以下三个步骤：

  • 4.1）轮训注册在其上的 NioSocketChannel 的 read/write 事件（OP_READ/OP_WRITE 事件）。

  • 4.2）在对应的 NioSocketChannel 上处理 read/write 事件。

  • 4.3）再去以此循环处理任务队列中的下一个事件。

我们再来看下终极版的 Netty 的模样，如下图所示（图片来源于网络）：

关于这张图，作以下几点说明：

• 1）Netty 抽象出两组线程池：BossGroup 和 WorkerGroup，也可以叫做 BossNioEventLoopGroup 和 WorkerNioEventLoopGroup。每个线程池中都有 NioEventLoop 线程。BossGroup 中的线程专门负责和客户端建立连接，WorkerGroup 中的线程专门负责处理连接上的读写。BossGroup 和 WorkerGroup 的类型都是 NioEventLoopGroup。

• 2）NioEventLoopGroup 相当于一个事件循环组，这个组中含有多个事件循环，每个事件循环就是一个 NioEventLoop。

• 3）NioEventLoop 表示一个不断循环的执行事件处理的线程，每个 NioEventLoop 都包含一个 Selector，用于监听注册在其上的 Socket 网络连接（Channel）。

• 4）NioEventLoopGroup 可以含有多个线程，即可以含有多个 NioEventLoop。

• 5）每个 BossNioEventLoop 中循环执行以下三个步骤：

  • 5.1）select：轮训注册在其上的 ServerSocketChannel 的 accept 事件（OP_ACCEPT 事件）。

  • 5.2）processSelectedKeys：处理 accept 事件，与客户端建立连接，生成一个 NioSocketChannel，并将其注册到某个 WorkerNioEventLoop 上的 Selector 上。

  • 5.3）runAllTasks：再去以此循环处理任务队列中的其他任务。

• 6）每个 WorkerNioEventLoop 中循环执行以下三个步骤：

  • 6.1）select：轮训注册在其上的 NioSocketChannel 的 read/write 事件（OP_READ/OP_WRITE 事件）。

  • 6.2）processSelectedKeys：在对应的 NioSocketChannel 上处理 read/write 事件。

  • 6.3）runAllTasks：再去以此循环处理任务队列中的其他任务。

• 7）在以上两个processSelectedKeys步骤中，会使用 Pipeline（管道），Pipeline 中引用了 Channel，即通过 Pipeline 可以获取到对应的 Channel，Pipeline 中维护了很多的处理器（拦截处理器、过滤处理器、自定义处理器等）。这里暂时不详细展开讲解 Pipeline。