Netty篇：Unsafe类I/O事件处理及NioSocketChannel注册流程源码分析

NIO的网络事件

        Unsafe是内部接口，聚合在Channel中协助进行网络读写相关的操作，Channel的内部辅助类，不应该被Netty的上层使用者调用，所以被命名为Unsafe。

        NIO网络事件主要有OP_ACCEPT、OP_CONNECT、OP_READ、OP_WRITE四种，服务端ServerSocketChannel只支持OP_ACCEPT操作，服务端的SocketChannel只支持OP_READ、OP_WRITE操作，客户端的SocketChannel支持OP_CONNECT、OP_WRITE、OP_READ。

        OP_ACCEPT：收到一个客户端的连接请求时就绪
        OP_CONNECT：只有客户端SocketChannel会注册该操作
        OP_READ：当OS的读缓冲区有数据可读时，搞作就绪
        OP_WRITE：当OS的写缓冲区中有空间的空间时，操作就绪

Unsafe处理I/O事件

        在NioEventLoop介绍中，说到NioEventLoop线程启动后，run方法中执行了一个死循环用于发现I/O事件。发现事件后会调用NioEventLoop#processSelectedKeys()处理I/O事件：

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        根据selectedKeys有没有值分为processSelectedKeysOptimized()方法和processSelectedKeysPlain(selector.selectedKeys())方法，实现逻辑差不多，本例中是有值的，进入processSelectedKeysOptimized()方法如下：

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        因为此时的Channel是NioServerSocketChannel，是AbstractNioChannel的实现类，所以进入
processSelectedKey(k, (AbstractNioChannel) a)，代码如下：

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        在此方法中就看到了对四种I/O时间的处理。

OP_ACCEPT事件处理

          当客户端发起connect的时候，服务端会收到OP_ACCEPT事件，此时，服务端调用accept方法获得一个SocketChannel，然后将其封装成一个NioSocketChannel注册到workGroup上。

          由上述代码可以看到OP_READ与OP_ACCEPT都是进的同一个if，都是调用的unsafe.read()，但是二者的unsafe并不是用一个对象，即read有不同的实现，处理OP_ACCEPT时间的unsafe为NioMessageUnsafe对象，进入其read方法代码如下：

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          进入处理读取数据的操作doReadMessages()方法，代码如下：

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          调用ServerSocketChannel.accept()获取一个SocketChannel并将其封装成一个NioSocketChannel放到readBuf中，NioSocketChannel的初始化与NioServerSocketChannel类似，但是初始化的unsafe不再是NioMessageUnsafe对象而是NioSocketChannelUnsafe(继承自NioByteUnsafe，NioByteUnsafe是channelI/O操作具体实现类)对象，初始化时会将当前的NioServerSocketChannel传入，赋值到NioSockerChannel的parent属性中，将SelectionKey.OP_READ赋值给成员变量readInterestOp等。

          将存NioSocketChannel的readBuf作为参数传入pipeline.fireChannelRead()方法，将NioSocketChannel作为ChannelRead事件的传播数据进行传播。

          在NioServerSocketChannel启动注册流程中说到NioServerSocketChannel在init的时候新建了一个任务将ServerBootstrapAcceptor加入到了所关联的pipeline中，此处的ChannelRead事件传播会调用ServerBootstrapAcceptor的channelRead方法，代码如下：

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          可以看到设置NioSocketChannel参数后，将其异步注册到childGroup，并注册一个监听器，在注册完成时回调，主要用于注册失败时关闭此NioSocketChannel。其注册流程与NioServerSocketChannel大致相同，不再赘述。注册过程中完成将NioSocketChannel注册到childGroup中的一个NioEventLoop，将SocketChannel注册到NioEventLoop的Selector上，将SelectionKey.OP_READ设为感兴趣事件等工作。此时Selector就开始监听这个SocketChannel的读事件。

OP_CONNECT事件处理

          OP_CONNECT事件是客户端的事件，只执行一次，客户端在连接的时候如果没能获得连接成功的结果，就会将OP_CONNECT设为感兴趣时间，轮询等待事件触发，代码在NioSocketChannel#doConnect方法中：

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          SelectionKey.OP_CONNECT准备就绪后，将SelectionKey.OP_CONNECT事件从SelectionKey所感兴趣的事件中移除，然后调用unsafe.finishConnect()方法：

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          此时isActive()返回为false，然后在doFinishConnect()中会调用javaChannel().finishConnect()来标识连接完成，然后执行fulfillConnectPromise(connectPromise,wasActive)方法如下：

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          再次调用isActive()，此时因为已经调用过javaChannel().finishConnect()所以返回true，然后调用promise.trySuccess()方法看是否有用户异步取消了连接。然后不管连接是否被取消都触发pipeline的fireChannelActive()传播事件，该事件传播会调用到AbstractNioChannel#doBeginRead()方法，将SelectionKey.OP_READ标记为感兴趣事件。

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          此时Selector会监听NioSocketChannel上是否有可读数据。

OP_READ事件处理

          当有数据可以读取时，OP_READ事件被触发，上文中描述过NioSocketChannel将SelectorKey.OP_READ标记为感兴趣事件，所以此时触发的读事件调用的unsafe.read()是NioByteUnsafe#read()，代码如下：

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          首先获取当前的pipeline。然后获取一个ByteBufAllocater此处默认为PooledByteBufAllocator实现，即基于内存池的堆外内存实现（实现原理参考内存池源码分析），然后获取一个AdaptiveRecvByteBufAllocator对象用于计算一个最优缓冲区大小用于创建缓冲区。

          开启一个循环，先从内存池分配一个byteBuf，然后从SocketChannel中将内容写到byteBuf中去，从byteBuf的writerIndex开始写入数据，writerIndex会增加所写入的字节数。并且设置了最大可从SocketChannel读取的数据大小为allocHandle.attemptedBytesRead()，这也是byteBuf的容量大小。

          然后判断读到的字节数，如果小于等于0，说明没读到数据释放byteBuf，退出循环。如果读到了数据累加读消息次数，调用pipeline.fireChannelRead()事件，在ChannelPipeline中传播，此时可以看到，触发fireChannelRead()事件是在每一次循环都会触发一次，所以需要对收到的数据举行编解码来分割数据包。然后判断是否需要继续循环，判断依据是已读字节数、已读操作数等诸多变量，不再展开描述。

          循环结束后调用一次allocHandle.readComplete()来记录本次读循环的数据信息以用于预测下一次读事件触发时，应该分配多大的ByteBuf容量更加合理些。然后触发pipeline.fireChannelReadComplete()事件，并在PipelineChannel中传播，此事件在循环外触发，因此每次OP_READ只会传播一次ChannelReadComplete事件。然后判断连接是否已关闭，是则执行closeOnRead(pipeline)。

          在finally中，如果本次操作读到有效数据且用户配置设置为非自动读取，会将OP_READ从感兴趣事件中移除，希望读取数据自行添加。

OP_WRITE事件处理

          一般不会注册OP_WRITE事件，只有当写缓冲区已满导致数据无法全部写入时注册OP_WRITE事件，当写缓冲区出现空闲时间触发改时间，将未完成的写数据操作完成，写完后要将此事件注销。