一文讲透Netty核心源码

深入分析 Netty Reactor 线程模型的实现原理
以生活中场景为例，类比说明 Netty 各核心组件的原理、交互流程
详细分析 Netty 核心源码流程

1. Netty是什么

1.1 这个没营养的定义好长...

“ Netty是 一个异步的，事件驱动的网络应用程序框架，基于Java Nio的Api实现 ... ”

定义较长，看完估计懂的人感觉没营养，不懂的人依然茫然；不妨换个角度理解下。

1.2 我的理解

大部分同学对 Spring Mvc、Mybatis 框架很熟悉，对其所实现功能、提供哪些 Api 都了然于大脑。

Netty 框架与 Java Nio 之间的关系， 类似于 Spring Mvc 框架与 Java Servlet 、Mybatis 框架与 Jdbc 之间的关系， 框架会让对应的功能开发更简洁、高效。

基于 Spring Mvc 框架开发 web 服务端应用，通常只需开发出 Controller、通用拦截器、参数/返回值解析器（框架有已提供多个选项）。

基于 Netty 框架开发 Nio 服务端应用，通常也只需开发出请求处理器、通用过滤器、编/解码器（框架有已提供多个选项）。

Netty 与 Spring Mvc 工作层次和原理很不一样，以上只是从框架对功能封装角度进行类比。

2. 换个方式理解Netty Nio通讯

2.1借助一个生活中的例子

假设你是老板，需要开家电话客服公司，提供的服务很简单：接电话并与用户沟通。

你为了更高效地服务大量用户，准备设置两个团队A和B，职责分派如下：

• A团队：守着呼叫总台，接听并转交给B团队某一个人的电话

• B团队：守着自己的工位电话，记录转交来的用户电话号码并与用户进行沟通

A团队活少，理论上可多个人干，你公司初期接听业务量不大，一个人即可；

B团队活多，理论上一个人干也行，通常会多个人一起干（按公司业务量分配）。

在开工前你准备好办公场所，为了节省人力成本，你分别告诉A和B职位的中介，等有活时在招聘对应人过来，一旦人招聘来之后，就按对应工位的工作职责夜以继日地干活。

等一切就绪之后，你给A团队工位1扔去第一个任务（开机）并告诉中介A找人干活，然后就坐到一边休息去了。

A1员工开启呼叫台后，就能接到广大用户的咨询电话。当来电话后，A1员工将对应呼叫信息包装成任务【和老板的沟通方式一致】扔给B团队中的某一个工位任务表，若工位没人则告诉中介B找人干活。

【故事 End】

故事核心角色有 老板、A团队员工、A团队人力中介、B团队员工、B团队人力中介，重点要理解各角色的职责、交互方式（若已阅读过源码应该能对应到netty的各个组件）。

AB团队的员工在处理大多数任务时，会按照固定的流程顺序或倒序执行，下文用 Netty 组件描述，暂不用故事描述了（否则题主讲的难受，读者看的更难受）。

2.2 Netty交互流程

BossGroup(A团队)主要处理连接事件，各组件间关系，核心交互流程如下：

• ThreadPreTaskExecutor：每次执行任务会创建新线程执行任务，NioEventLoopGroup 持有该线程池属性；

• NioEventLoopGroup：是线程池组或线程池集群，启动 Netty server 的线程（幕后老板）提交任务到 bossGroup，bossGroup 轮询选择一个 NioEventLoop 并提交任务到任务队列中；

• NioEventLoop：仅有一个线程的线程池，当往线程池第一次提交任务时，通过 ThreadPreTaskExecutor 创建线程并赋值给 NioEventLoop.thread 属性，并且持有 nio selector；

• 连接 op_accept 事件 select 出之后，会交给 NioServerSocketChannel 的内部 Unsafe 对象进行 read（op_accept事件读取的是连接），之后会通过 pipeline 方法传播 channelRead 事件；

• Channel：Netty server 程序中有 NioServerSocketChannel (端口监听 channel )，NioSocketChannel (与 client 通讯 channel )；

• 各自封装了 jdk nio channel，扩展了 bind、connect、register、close、read、write 等 io 事件；其内部类 UnSafe 主要用于和 jdk nio 中的类进行交互；

• ChannelPipeline：与 channel 对象相互引用 ，内部包装了 ChannelHandler 链，类似于过滤器中的 FilterChain。

workGroup 读取 client 消息与 bossGroup 读取 client 连接流程基本一致，内容不一样而已。

业务 handler 处理完请求后通常会调用 netty Channel 的 writeAndFlush 方法，再经过 ChannelPipeline 中的 ChannelHandler 链传播到内部 Unsafe 对象，最终调用 javachannel 的 write 方法写出响应给 client。

read 与 write 对比

1. read 消息，消息到网卡，经过 nio selector 后传播到应用程序的 ChannelHandler，从外向内传播（inbound 事件），对应用程序来说被动接收

jdkChannel（read到了消息) → unsafe → pipeline → head → businessHandler → tail

2. write 返回值，应用程序调用 channel.write 方法后传播到 Javachannel.write 写出到网卡并发送，从内向外传播（outbound 事件），是应用程序主动发起

nettychannel → pipeline → tail → businessHandler → head → unsafe → jdkChannel

3. Netty组件详解

3.1 inbound 和 outbound 的区别

inbound、outbound 唯一区别是事件传播方向不一样：

• 从 Java nio 层向应用程序层（Netty代码和用户代码）方法传播 是 inbound 事件

• 从应用程序层方法向 Java nio 层传播是 outbound 事件。

3.2 inbound 事件如何发起

inbound 事件不一定都是由 client 发起，也可能是 Netty server 自身发起的。

如：channel 注册功能，从 Netty 框架代码经过 pipeline 传播到 Java nio 层属于 outbound 事件。当注册完成之后，Netty 框架会反方向（从Java nio层向应用程序层方法）传播 channelRegistered (inbound事件)。

• ChannelOutboundInvoker ：用于传播outbound事件（如：writeAndFlush）

• ChannelInboundInvoker ：用于传播Inbound事件 (如：fireChannelRead)

• ChannelOutboundHandler ：处理outbound事件业务逻辑（如：bind，write，connect）

• ChannelInboundHandler ：处理inbound事件逻辑 (如：channelActive，channelRead)

ChannelPipeline、ChannelHandlerContext 组件都实现了 ChannelOutboundInvoker 与 ChannelInboundInvoker，两者都可传递 inbound 和 outbound 事件。

Channel 组件只实现了 ChannelOutboundInvoker，若阅读到对应代码，可能会疑问：

为什么只实现了 ChannelOutboundInvoker？难道不能传播 inbound 事件？

通过上面流程得知，所有的 io 事件都会经过 Channel， 题主认为不实现 ChannelInboundInvoker 是因为用不到，原因如下：

1. inbound 事件是从 jdk nio 层向应用程序层传播，通过 javachannel 可以引用获取到 nettychannel 进而能引用到 unsafe 对象，直接调用 unsafe 或 pipeline 进行传播事件即可，netty 内部也是这么操作的。

2. outbound 事件是从应用程序层向 jdk nio 层传播，需要提供对应的 write、bind、close 等方法给调用方使用。

ChannelPipeline 中的 ChannelHandler 在被添加时会包装成 ChannelHandlerContext，具体的某一个 ChannelHandler 可只处理 inbound 或 outbound 事件。

但每个 ChannelHandlerContext 对象都具有传播 inbound 和 outbound 事件的能力，才能传播所有事件。

3.3 HeadContext 特殊性

1. 实现了 inbound 与 outbound 接口但强制设置 inbound 为 false（题主对这里理解还不成熟、暂不表述）。

2. head 比 tail 多了个 unsafe 属性，从调用层次来看 head 紧挨着 unsafe，事件传播时会相互调用。

finalclass HeadContext extends AbstractChannelHandlerContext
            implements ChannelOutboundHandler, ChannelInboundHandler {

        /**
         * HeadContext比TailContext多了个 unsafe属性
         */
        privatefinal Unsafe unsafe; 

        HeadContext(DefaultChannelPipeline pipeline) {
            super(pipeline, null, HEAD_NAME, false(inbound), true(outbound));
            unsafe = pipeline.channel().unsafe();
            setAddComplete();
        }
        。。。
   }

4. 走读Netty Nio代码

4.1 Nnetty server启动四大步骤

1. 创建 NioServerSocketChannel

2. 初始化 NioServerSocketChannel 参数

3. 注册 channel 到 selector

4. 绑定端口

4.2 解读

• 端口绑定后，可接受客户端连接，并收发消息

• 注意 Main 线程、boss io 线程、worker io 线程之间的交互

• 代码流程较长、建议在电脑端对着源码阅读

5. 作者团队介绍

三翼鸟数字化技术平台-智能运营平台团队主要以用户行为数据为基础，利用推荐引擎为用户提供“千人千面”的个性化推荐服务，改善用户体验，持续提升核心业务指标。通过构建高效、智能的线上运营系统，全面整合数据资产，实现数据分析-人群圈选-用户触达-后效分析-策略优化的运营闭环，并提供可视化报表，一站式操作提升数字化运营效率。