在netty中，每个channel都有仅有一个ChannelPipeline与之对应，ChannelPipeline中又维护了一个由ChannelHandlerContext 组成的双向链表，这个链表的头是 HeadContext, 链表的尾是 TailContext, 并且每个 ChannelHandlerContext 中关联着一个 ChannelHandler.
我们来回顾下Channel的初识化过程：
protected AbstractChannel(Channel parent) {
this.parent = parent;
unsafe = newUnsafe();
pipeline = new DefaultChannelPipeline(this);
}
AbstractChannel 有一个 pipeline 字段, 在构造器中会初始化它为 DefaultChannelPipeline的实例. 也即每个 Channel 都有一个 ChannelPipeline.
public DefaultChannelPipeline(AbstractChannel channel) {
if (channel == null) {
throw new NullPointerException("channel");
}
this.channel = channel;
tail = new TailContext(this);
head = new HeadContext(this);
head.next = tail;
tail.prev = head;
}
在 DefaultChannelPipeline 构造器中, 首先将与之关联的 Channel 保存到字段 channel 中, 然后实例化两个 ChannelHandlerContext, 一个是 HeadContext 实例 head, 另一个是 TailContext 实例 tail. 接着将 head 和 tail 互相指向, 其实在 DefaultChannelPipeline 中, 维护了一个以 AbstractChannelHandlerContext 为节点的双向链表, 这个链表是 Netty 实现 Pipeline 机制的关键.
从类层次结构图中可以很清楚地看到, head 实现了 ChannelInboundHandler, 而 tail 实现了 ChannelOutboundHandler 接口, 并且它们都实现了 ChannelHandlerContext 接口, 因此可以说 head 和 tail 即是一个 ChannelHandler, 又是一个 ChannelHandlerContext.
接着看一下 HeadContext 的构造器:
HeadContext(DefaultChannelPipeline pipeline) {
super(pipeline, null, HEAD_NAME, false, true);
unsafe = pipeline.channel().unsafe();
}
它调用了父类 AbstractChannelHandlerContext 的构造器, 并传入参数 inbound = false, outbound = true.
TailContext 的构造器与 HeadContext 的相反, 它调用了父类 AbstractChannelHandlerContext 的构造器, 并传入参数 inbound = true, outbound = false.
ChannelInitializer 的添加
我们知道最开始的时候 ChannelPipeline 中含有两个 ChannelHandlerContext(同时也是 ChannelHandler), 但是这个 Pipeline并不能实现什么特殊的功能, 因为我们还没有给它添加自定义的 ChannelHandler.
通常来说, 我们在初始化 Bootstrap, 会添加我们自定义的 ChannelHandler, 就以我们熟悉的 EchoClient 来举例吧:
Bootstrap b = new Bootstrap();
b.group(group)
.channel(NioSocketChannel.class)
.option(ChannelOption.TCP_NODELAY, true)
.handler(new ChannelInitializer() {
@Override
public void initChannel(SocketChannel ch) throws Exception {
ChannelPipeline p = ch.pipeline();
p.addLast(new EchoClientHandler());
}
});
在调用 handler 时, 传入了 ChannelInitializer 对象, 它提供了一个 initChannel 方法供我们初始化 ChannelHandler.
ChannelInitializer 实现了 ChannelHandler, 那么它是在什么时候添加到 ChannelPipeline 中的呢? 它是在 Bootstrap.init 方法中添加到 ChannelPipeline 中的.
@Override
@SuppressWarnings("unchecked")
void init(Channel channel) throws Exception {
ChannelPipeline p = channel.pipeline();
p.addLast(handler());
...
}
上面的代码将 handler() 返回的 ChannelHandler 添加到 Pipeline 中, 而 handler() 返回的是handler 其实就是我们在初始化 Bootstrap 调用 handler 设置的 ChannelInitializer 实例,因此这里就是将 ChannelInitializer 插入到了 Pipeline 的末端.
@Override
public ChannelPipeline addLast(EventExecutorGroup group, final String name, ChannelHandler handler) {
synchronized (this) {
checkDuplicateName(name); // 检查此 handler 是否有重复的名字
AbstractChannelHandlerContext newCtx = new DefaultChannelHandlerContext(this, group, name, handler);
addLast0(name, newCtx);
}
return this;
}
上面的 addLast 方法中, 首先检查这个 ChannelHandler 的名字是否是重复的, 如果不重复的话, 则为这个 Handler 创建一个对应的 DefaultChannelHandlerContext 实例, 并与之关联起来(Context 中有一个 handler 属性保存着对应的 Handler 实例). 判断此 Handler 是否重名的方法很简单: Netty 中有一个 name2ctx Map 字段, key 是 handler 的名字, 而 value 则是 handler 本身. 因此通过如下代码就可以判断一个 handler 是否重名了:
private void checkDuplicateName(String name) {
if (name2ctx.containsKey(name)) {
throw new IllegalArgumentException("Duplicate handler name: " + name);
}
}
为了添加一个 handler 到 pipeline 中, 必须把此 handler 包装成 ChannelHandlerContext. 因此在上面的代码中我们可以看到新实例化了一个 newCtx 对象, 并将 handler 作为参数传递到构造方法中.
DefaultChannelHandlerContext(
DefaultChannelPipeline pipeline, EventExecutorGroup group, String name, ChannelHandler handler) {
super(pipeline, group, name, isInbound(handler), isOutbound(handler));
if (handler == null) {
throw new NullPointerException("handler");
}
this.handler = handler;
}
DefaultChannelHandlerContext 的构造器中, 调用了两个很有意思的方法: isInbound 与 isOutbound, 这两个方法是做什么的呢?
private static boolean isInbound(ChannelHandler handler) {
return handler instanceof ChannelInboundHandler;
}
private static boolean isOutbound(ChannelHandler handler) {
return handler instanceof ChannelOutboundHandler;
}
可以看到当一个 handler 实现了 ChannelInboundHandler 接口, 则 isInbound 返回真; 相似地, 当一个 handler 实现了 ChannelOutboundHandler 接口, 则 isOutbound 就返回真. 而这两个 boolean 变量会传递到父类 AbstractChannelHandlerContext 中, 并初始化父类的两个字段: inbound 与 outbound.
那么这里的 ChannelInitializer 所对应的 DefaultChannelHandlerContext 的 inbound 与 inbound 字段分别是什么呢? 那就看一下 ChannelInitializer 到底实现了哪个接口不就行了?
可以清楚地看到, ChannelInitializer 仅仅实现了 ChannelInboundHandler 接口, 因此这里实例化的 DefaultChannelHandlerContext 的 inbound = true, outbound = false. 其实这两个字段关系到 pipeline 的事件的流向与分类，这个我们后面再详细分析。
当创建好 Context 后, 就将这个 Context 插入到 Pipeline 的双向链表中:
private void addLast0(final String name, AbstractChannelHandlerContext newCtx) {
checkMultiplicity(newCtx);
AbstractChannelHandlerContext prev = tail.prev;
newCtx.prev = prev;
newCtx.next = tail;
prev.next = newCtx;
tail.prev = newCtx;
name2ctx.put(name, newCtx);
callHandlerAdded(newCtx);
}
自定义 ChannelHandler 的添加过程
在上面, 我们已经分析了一个 ChannelInitializer 如何插入到 Pipeline 中的, 接下来就来探讨一下 ChannelInitializer 在哪里被调用, ChannelInitializer 的作用, 以及我们自定义的 ChannelHandler 是如何插入到 Pipeline 中的.
在netty客户端我们已经分析过 Channel 的注册过程了, 这里简单回顾一下:
首先在 AbstractBootstrap.initAndRegister中, 通过 group().register(channel), 调用 MultithreadEventLoopGroup.register 方法
在MultithreadEventLoopGroup.register 中, 通过 next() 获取一个可用的 SingleThreadEventLoop, 然后调用它的 register
在 SingleThreadEventLoop.register 中, 通过 channel.unsafe().register(this, promise) 来获取 channel 的 unsafe() 底层操作对象, 然后调用它的 register.
在 AbstractUnsafe.register 方法中, 调用 register0 方法注册 Channel
在 AbstractUnsafe.register0 中, 调用 AbstractNioChannel#doRegister 方法
AbstractNioChannel.doRegister 方法通过 javaChannel().register(eventLoop().selector, 0, this) 将 Channel 对应的 Java NIO SockerChannel 注册到一个 eventLoop 的 Selector 中, 并且将当前 Channel 作为 attachment.
而我们自定义 ChannelHandler 的添加过程, 发生在 AbstractUnsafe.register0 中, 在这个方法中调用了 pipeline.fireChannelRegistered() 方法, 其实现如下:
private void register0(ChannelPromise promise) {
try {
// check if the channel is still open as it could be closed in the mean time when the register
// call was outside of the eventLoop
if (!promise.setUncancellable() || !ensureOpen(promise)) {
return;
}
boolean firstRegistration = neverRegistered;
doRegister();
neverRegistered = false;
registered = true;
safeSetSuccess(promise);
pipeline.fireChannelRegistered();
// 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();
}
} catch (Throwable t) {
// Close the channel directly to avoid FD leak.
closeForcibly();
closeFuture.setClosed();
safeSetFailure(promise, t);
}
}
@Override
public ChannelPipeline fireChannelRegistered() {
head.fireChannelRegistered();
return this;
}
上面的代码很简单, 就是调用了 head.fireChannelRegistered() 方法而已.
还记得 head 的 类层次结构图不, head 是一个 AbstractChannelHandlerContext 实例, 并且它没有重写 fireChannelRegistered 方法, 因此 head.fireChannelRegistered 其实是调用的 AbstractChannelHandlerContext.fireChannelRegistered:
public ChannelHandlerContext fireChannelRegistered() {
final AbstractChannelHandlerContext next = findContextInbound();
EventExecutor executor = next.executor();
if (executor.inEventLoop()) {
next.invokeChannelRegistered();
} else {
executor.execute(new OneTimeTask() {
@Override
public void run() {
next.invokeChannelRegistered();
}
});
}
return this;
}
这个方法的第一句是调用 findContextInbound 获取一个 Context, 那么它返回的 Context 到底是什么呢? 我们跟进代码中看一下:
private AbstractChannelHandlerContext findContextInbound() {
AbstractChannelHandlerContext ctx = this;
do {
ctx = ctx.next;
} while (!ctx.inbound);
return ctx;
}
很显然, 这个代码会从 head 开始遍历 Pipeline 的双向链表, 然后找到第一个属性 inbound 为 true 的 ChannelHandlerContext 实例. 想起来了没? 我们在前面分析 ChannelInitializer 时, 花了大量的笔墨来分析了 inbound 和 outbound 属性, 你看现在这里就用上了. 回想一下, ChannelInitializer 实现了 ChannelInboudHandler, 因此它所对应的 ChannelHandlerContext 的 inbound 属性就是 true, 因此这里返回就是 ChannelInitializer 实例所对应的 ChannelHandlerContext. 即:
当获取到 inbound 的 Context 后, 就调用它的 invokeChannelRegistered 方法:
private void invokeChannelRegistered() {
try {
((ChannelInboundHandler) handler()).channelRegistered(this);
} catch (Throwable t) {
notifyHandlerException(t);
}
}
我们已经强调过了, 每个 ChannelHandler 都与一个 ChannelHandlerContext 关联, 我们可以通过 ChannelHandlerContext 获取到对应的 ChannelHandler. 因此很显然了, 这里 handler() 返回的, 其实就是一开始我们实例化的 ChannelInitializer 对象, 并接着调用了 ChannelInitializer.channelRegistered 方法.
@Override
@SuppressWarnings("unchecked")
public final void channelRegistered(ChannelHandlerContext ctx) throws Exception {
initChannel((C) ctx.channel());
ctx.pipeline().remove(this);
ctx.fireChannelRegistered();
}
initChannel 这个方法我们很熟悉了吧, 它就是我们在初始化 Bootstrap 时, 调用 handler 方法传入的匿名内部类所实现的方法:
.handler(new ChannelInitializer() {
@Override
public void initChannel(SocketChannel ch) throws Exception {
ChannelPipeline p = ch.pipeline();
p.addLast(new EchoClientHandler());
}
});
因此当调用了这个方法后, 我们自定义的 ChannelHandler 就插入到 Pipeline 了, 此时的 Pipeline 如下图所示:
当添加了自定义的 ChannelHandler 后, 会删除 ChannelInitializer 这个 ChannelHandler, 即 "ctx.pipeline().remove(this)", 因此最后的 Pipeline 如下: