Netty5源码解析

今天让我来总结下netty5的服务端代码。

  1. 服务端(ServerBootstrap)

    示例代码如下:

    import io.netty.bootstrap.ServerBootstrap;
    import io.netty.channel.ChannelFuture;
    import io.netty.channel.ChannelInitializer;
    import io.netty.channel.ChannelOption;
    import io.netty.channel.EventLoopGroup;
    import io.netty.channel.nio.NioEventLoopGroup;
    import io.netty.channel.socket.SocketChannel;
    import io.netty.channel.socket.nio.NioServerSocketChannel; /**
    * Created by yaojiafeng on 16/1/17.
    */
    public class SimpleServer { public void bind(int port) throws Exception {
    // 配置服务端的NIO线程组
    EventLoopGroup bossGroup = new NioEventLoopGroup(1);
    EventLoopGroup workerGroup = new NioEventLoopGroup(1);
    try {
    ServerBootstrap b = new ServerBootstrap();
    b.group(bossGroup, workerGroup)
    .channel(NioServerSocketChannel.class)
    .option(ChannelOption.SO_BACKLOG, 1024)
    .childHandler(new ChildChannelHandler());
    // 绑定端口,同步等待成功
    ChannelFuture f = b.bind(port).sync(); // 等待服务端监听端口关闭
    f.channel().closeFuture().sync();
    } finally {
    // 优雅退出,释放线程池资源
    bossGroup.shutdownGracefully();
    workerGroup.shutdownGracefully();
    }
    } private class ChildChannelHandler extends ChannelInitializer<SocketChannel> {
    @Override
    protected void initChannel(SocketChannel arg0) throws Exception {
    arg0.pipeline().addLast(new SimpleServerHandler());
    }
    } /**
    * @param args
    * @throws Exception
    */
    public static void main(String[] args) throws Exception {
    int port = 8081;
    if (args != null && args.length > 0) {
    try {
    port = Integer.valueOf(args[0]);
    } catch (NumberFormatException e) {
    // 采用默认值
    }
    }
    new SimpleServer().bind(port);
    }
    }

    1.1. 设置EventLoopGroup

    首先创建2个EventLoopGroup,一个parentGroup(用于接受新连接),childGroup(用于执行读写事件),NioEventLoopGroup内部根据设置的nEventLoops参数创建对应大小的NioEventLoop数组,并且每个NioEventLoop默认使用ForkJoinPool的一个线程,所以NioEventLoop称为单线程事件循环。

    1.2. 构造ServerBootstrap

    构造ServerBootstrap对象,并设置EventLoopGroup,channel(NioServerSocketChannel服务端套接字),一些option例如ChannelOption.SO_BACKLOG,childHandler(客户端连接后在管道链设置的ChannelHandler)

    1.3. 同步绑定端口

    b.bind(port).sync()

    1.3.1 validate方法

    validate方法验证parentGroup和channelFactory不能为null

    1.3.2 initAndRegister方法

    刚方法内部使用channelFactory通过反射构造NioServerSocketChannel的实例对象,NioServerSocketChannel实例对象构造内部主要包含ServerSocketChannel,DefaultChannelId(标识唯一性),Unsafe(所有IO操作都在这个类里),DefaultChannelPipeline(通道处理器管道链,自定义的ChannelHandler都在这里),NioServerSocketChannelConfig(一些配置信息)。

    构造完调用init初始化NioServerSocketChannel,包括设置自定义的ChannelHandler,ServerBootstrapAcceptor(专门用于接受客户端新连接时,初始化NioSocketChannel并注册进childGroup进行读写监听)。

    ChannelFuture regFuture = group().register(channel)

    异步注册NioServerSocketChannel到parentGroup里的NioEventLoop。

    因为注册过程是在NioEventLoop异步执行的,这里直接先分析register方法

    1.3.3 异步register

    channel.unsafe().register(this, promise)

    注册的时候会调用以上方法,委派给Unsafe的register方法,内部会给NioServerSocketChannel的字段eventLoop初始化(NioServerSocketChannel关联唯一的一个NioEventLoop),然后会调用

    eventLoop.execute(new OneTimeTask() {
    @Override
    public void run() {
    register0(promise);
    }
    });

    这个会开启NioEventLoop的事件循环线程,并放task到taskQueue里,作为异步执行register0方法。

    register0方法会调用外部类(NioServerSocketChannel)的doRegister方法,

    protected void doRegister() throws Exception {
    boolean selected = false;
    for (;;) {
    try {
    selectionKey = javaChannel().register(((NioEventLoop) eventLoop().unwrap()).selector, 0, this);
    return;
    } 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.
    ((NioEventLoop) eventLoop().unwrap()).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;
    }
    }
    }
    }

    这里使用了NIO的API,把NioServerSocketChannel里的ServerSocketChannel注册到NioServerSocketChannel关联的NioEventLoop里的selector。

    接下来的safeSetSuccess会把Main线程设置的监听器,设置bind任务。

    1.3.4 执行bind操作

    private static void doBind0(
    final ChannelFuture regFuture, final Channel channel,
    final SocketAddress localAddress, final ChannelPromise promise) { // This method is invoked before channelRegistered() is triggered. Give user handlers a chance to set up
    // the pipeline in its channelRegistered() implementation.
    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());
    }
    }
    });
    }

    注册成功的情况下,执行bind操作(NioServerSocketChannel的bind方法),一路追踪到

    unsafe.bind(localAddress, promise);

    unsafe的bind方法,内部调用NioServerSocketChannel的doBind方法

    protected void doBind(SocketAddress localAddress) throws Exception {
    javaChannel().socket().bind(localAddress, config.getBacklog());
    }

    并且设置pipeline.fireChannelActive()任务,fireChannelActive任务会调用channel.read()方法,内部会调用到unsafe.beginRead()方法,最终调用的是NioServerSocketChannel的doBeginRead方法,重新设置SelectionKey的感兴趣的事件readInterestOp(NioServerSocketChannel构造的时候确定的为SelectionKey.OP_ACCEPT),开始接收新连接。

    protected void doBeginRead() throws Exception {
    // Channel.read() or ChannelHandlerContext.read() was called
    if (inputShutdown) {
    return;
    } final SelectionKey selectionKey = this.selectionKey;
    if (!selectionKey.isValid()) {
    return;
    } readPending = true; final int interestOps = selectionKey.interestOps();
    if ((interestOps & readInterestOp) == 0) {
    selectionKey.interestOps(interestOps | readInterestOp);
    }
    }

    1.4. NioEventLoop事件循环接受新连接

    NioEventLoop不停的通过ForkJoinPool执行它的asRunnable任务(通过每次执行任务将要完成时,重新把asRunnable设置到ForkJoinPool里)。

    从asRunnable的run方法开始,内部先执行selector的select操作,然后先调用processSelectedKeys()方法,获取到激活的selectedKeys数组,这里如果有新连接进来,那么就有一个SelectionKey,获取它的attachment(NioServerSocketChannel),然后调用processSelectedKey方法。

    private static void processSelectedKey(SelectionKey k, AbstractNioChannel ch) {
    final AbstractNioChannel.NioUnsafe unsafe = ch.unsafe();
    if (!k.isValid()) {
    // close the channel if the key is not valid anymore
    unsafe.close(unsafe.voidPromise());
    return;
    } try {
    int readyOps = k.readyOps();
    // Also check for readOps of 0 to workaround possible JDK bug which may otherwise lead
    // to a spin loop
    if ((readyOps & (SelectionKey.OP_READ | SelectionKey.OP_ACCEPT)) != 0 || readyOps == 0) {
    unsafe.read();
    if (!ch.isOpen()) {
    // Connection already closed - no need to handle write.
    return;
    }
    }
    if ((readyOps & SelectionKey.OP_WRITE) != 0) {
    // Call forceFlush which will also take care of clear the OP_WRITE once there is nothing left to write
    ch.unsafe().forceFlush();
    }
    if ((readyOps & SelectionKey.OP_CONNECT) != 0) {
    // remove OP_CONNECT as otherwise Selector.select(..) will always return without blocking
    // See https://github.com/netty/netty/issues/924
    int ops = k.interestOps();
    ops &= ~SelectionKey.OP_CONNECT;
    k.interestOps(ops); unsafe.finishConnect();
    }
    } catch (CancelledKeyException ignored) {
    unsafe.close(unsafe.voidPromise());
    }
    }

    1.4.1 执行获取新连接方法

    if ((readyOps & (SelectionKey.OP_READ | SelectionKey.OP_ACCEPT)) != 0 || readyOps == 0) {
    unsafe.read();
    if (!ch.isOpen()) {
    // Connection already closed - no need to handle write.
    return;
    }
    }

    当readyOps等于SelectionKey.OP_ACCEPT调用unsafe.read(),这里调用到了AbstractNioMessageChannel的内部类NioMessageUnsafe的read方法。

    read方法会循环接受新连接,一次默认能接受16个连接,具体调用doReadMessages方法。

    protected int doReadMessages(List<Object> buf) throws Exception {
    SocketChannel ch = javaChannel().accept(); try {
    if (ch != null) {
    buf.add(new NioSocketChannel(this, ch));
    return 1;
    }
    } catch (Throwable t) {
    logger.warn("Failed to create a new channel from an accepted socket.", t); try {
    ch.close();
    } catch (Throwable t2) {
    logger.warn("Failed to close a socket.", t2);
    }
    } return 0;
    }

    这里调用NIO的API,accept方法获取SocketChannel,并封装成NioSocketChannel(NioSocketChannel的构造字段和NioServerSocketChannel类似,只是NioSocketChannel默认的感兴趣事件为SelectionKey.OP_READ)。

    接受连接完成,循环调用pipeline.fireChannelRead()方法。

    1.4.2 ServerBootstrapAcceptor的channelRead方法

    上面的管道调用fireChannelRead方法,通过责任链方式依次调用ChannelHandler的channelRead方法,最重要的就是ServerBootstrapAcceptor的channelRead方法。

    它这个方法设置了childHandler到NioSocketChannel(新连接)的管道链里,然后又是异步注册NioSocketChannel到childGroup里的NioEventLoop里,注册过程和前面1.3章节的大体一致,也是启动了childGroup里的NioEventLoop的事件循环异步注册。只是因为是NioSocketChannel一些实现的方法不一样,执行的代码有点差别,最终注册完成也会调用pipeline的fireChannelActive()方法。

    1.4.3 fireChannelActive方法

    public ChannelPipeline fireChannelActive() {
    head.fireChannelActive(); if (channel.config().isAutoRead()) {
    channel.read();
    } return this;
    }

    channel的read方法最终委派调用到unsafe.beginRead()方法,然后又是NioSocketChannel的doBeginRead方法,重新设置SelectionKey的感兴趣事件为SelectionKey.OP_READ(NioSocketChannel的默认值)。到这里连接已经建立,并且开启了客户端连接读事件的监听。

PS:上面的SimpleServerHandler代码如下:

import io.netty.buffer.ByteBuf;
import io.netty.buffer.Unpooled;
import io.netty.channel.ChannelHandlerAdapter;
import io.netty.channel.ChannelHandlerContext; /**
* Created by yaojiafeng on 16/1/17.
*/
public class SimpleServerHandler extends ChannelHandlerAdapter { @Override
public void channelRead(ChannelHandlerContext ctx, Object msg)
throws Exception {
ByteBuf body = (ByteBuf) msg;
byte[] bytes = new byte[body.readableBytes()];
body.readBytes(bytes);
System.out.println(new String(bytes)); ByteBuf resp = Unpooled.copiedBuffer(bytes);
ctx.writeAndFlush(resp);
} @Override
public void exceptionCaught(ChannelHandlerContext ctx, Throwable cause) {
ctx.close();
}
}

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