Bootstrap初始化过程源码分析--netty客户端的启动

Bootstrap初始化过程

netty的客户端引导类是Bootstrap，我们看一下spark的rpc中客户端部分对Bootstrap的初始化过程

TransportClientFactory.createClient(InetSocketAddress address)

只需要贴出Bootstrap初始化部分的代码

// 客户端引导对象
Bootstrap bootstrap = new Bootstrap();
// 设置各种参数
bootstrap.group(workerGroup)
  .channel(socketChannelClass)
  // Disable Nagle's Algorithm since we don't want packets to wait
  // 关闭Nagle算法
  .option(ChannelOption.TCP_NODELAY, true)
  .option(ChannelOption.SO_KEEPALIVE, true)
  .option(ChannelOption.CONNECT_TIMEOUT_MILLIS, conf.connectionTimeoutMs())
  .option(ChannelOption.ALLOCATOR, pooledAllocator);

// socket接收缓冲区
if (conf.receiveBuf() > 0) {
  bootstrap.option(ChannelOption.SO_RCVBUF, conf.receiveBuf());
}

// socket发送缓冲区
// 对于接收和发送缓冲区的设置应该用如下的公式计算：
// 延迟 *带宽
// 例如延迟是1ms，带宽是10Gbps，那么缓冲区大小应该设为1.25MB
if (conf.sendBuf() > 0) {
  bootstrap.option(ChannelOption.SO_SNDBUF, conf.sendBuf());
}

final AtomicReference<TransportClient> clientRef = new AtomicReference<>();
final AtomicReference<Channel> channelRef = new AtomicReference<>();

// 设置handler（处理器对象）
bootstrap.handler(new ChannelInitializer<SocketChannel>() {
  @Override
  public void initChannel(SocketChannel ch) {
    TransportChannelHandler clientHandler = context.initializePipeline(ch);
    clientRef.set(clientHandler.getClient());
    channelRef.set(ch);
  }
});

// Connect to the remote server
long preConnect = System.nanoTime();
// 与服务端建立连接，启动方法
ChannelFuture cf = bootstrap.connect(address);

分为几个主要的步骤：

• 首先创建一个Bootstrap对象，调用的是无参构造器
• 设置各种参数，如通道类型，关闭Nagle算法，接收和发送缓冲区大小，设置处理器
• 调用connect与服务端建立连接

接下来，我们主要通过两条线索来分析Bootstrap的启动过程，即构造器和connect两个方法，而对于设置参数的过程仅仅是给内部的一些成员变量赋值，所以不需要详细展开。

Bootstrap.Bootstrap()

Bootstrap继承了AbstractBootstrap，看了一下他们的无参构造方法，都是个空方法。。。。。。所以这一步，我们就省了，瞬间感觉飞起来了有没有^_

Bootstrap.connect(SocketAddress remoteAddress)

public ChannelFuture connect(SocketAddress remoteAddress) {
    // 检查非空
    ObjectUtil.checkNotNull(remoteAddress, "remoteAddress");
    // 同样是对一些成员变量检查非空，主要检查EventLoopGroup，ChannelFactory，handler对象
    validate();
    return doResolveAndConnect(remoteAddress, config.localAddress());
}

主要是做了一些非空检查，需要注意的是，ChannelFactory对象的设置，前面的spark中在对Bootstrap初始化设置的时候调用了.channel(socketChannelClass)方法，这个方法如下：

public B channel(Class<? extends C> channelClass) {
    return channelFactory(new ReflectiveChannelFactory<C>(
            ObjectUtil.checkNotNull(channelClass, "channelClass")
    ));
}

创建了一个ReflectiveChannelFactory对象，并赋值给内部的channelFactory成员。这个工厂类会根据传进来的Class对象通过反射创建一个Channel实例。

doResolveAndConnect

从这个方法的逻辑中可以看出来，创建一个连接的过程分为两个主要的步骤;

• 初始化一个Channel对象并注册到EventLoop中
• 调用doResolveAndConnect0方法完成tcp连接的建立

值得注意的是，initAndRegister方法返回一个Future对象，这个类型通常用于异步机制的实现。在这里，如果注册没有立即成功的话，会给返回的futrue对象添加一个监听器，在注册成功以后建立tcp连接。

private ChannelFuture doResolveAndConnect(final SocketAddress remoteAddress, final SocketAddress localAddress) {
    // 初始化一个Channel对象并注册到EventLoop中
    final ChannelFuture regFuture = initAndRegister();
    final Channel channel = regFuture.channel();

    if (regFuture.isDone()) {
        // 如果注册失败，世界返回失败的future对象
        if (!regFuture.isSuccess()) {
            return regFuture;
        }
        return doResolveAndConnect0(channel, remoteAddress, localAddress, channel.newPromise());
    } else {// 如果注册还在进行中，需要向future对象添加一个监听器，以便在注册成功的时候做一些工作，监听器实际上就是一个回调对象
        // Registration future is almost always fulfilled already, but just in case it's not.
        final PendingRegistrationPromise promise = new PendingRegistrationPromise(channel);
        regFuture.addListener(new ChannelFutureListener() {
            @Override
            public void operationComplete(ChannelFuture future) throws Exception {
                // Directly obtain the cause and do a null check so we only need one volatile read in case of a
                // failure.
                Throwable cause = future.cause();
                if (cause != null) {
                    // Registration on the EventLoop failed so fail the ChannelPromise directly to not cause an
                    // IllegalStateException once we try to access the EventLoop of the Channel.
                    promise.setFailure(cause);
                } else {
                    // Registration was successful, so set the correct executor to use.
                    // See https://github.com/netty/netty/issues/2586
                    promise.registered();
                    // 注册成功后仍然调用doResolveAndConnect0方法完成连接建立的过程
                    doResolveAndConnect0(channel, remoteAddress, localAddress, promise);
                }
            }
        });
        return promise;
    }

initAndRegister

仍然分为两个步骤：

• 通过channel工厂类创建一个channel对象，通过反射获取指定的channel类型的无参构造器，调用构造器来创建对象
• 调用init方法对channel对象进行初始化，init方法是一个抽象方法，Bootstrap和ServerBootstrap的实现不同
• 将channel注册到EventLoopGroup中

注意看源码中的一段注释，这段注释对netty的线程模型的理解很有帮助，大致意思是说：

• 如果当前的代码是在EventLoopEvent线程中执行的，那么代码运行到这里说明channel已经成功注册到EventLoopEvent上了，此时再调用bind() 或 connect()方法肯定是没有问题的
• 如果当前代码不是在EventLoopEvent线程中执行的，也就是说当前线程是另外的线程，在这里继续调用bind() 或 connect()方法仍然是安全的，并不会由于并发引起方法执行顺序的错乱，原因是netty中一个channel只会绑定到一个线程上，所有关于这个channel的操作包括注册，bind或connect都会以排队任务的形式在一个线程中串行执行，这种做法也为netty规避了很多线程安全问题，从而减少了很多加锁，同步的代码，减少了线程之间的竞争资源导致的线程切换，侧面上提高了线程执行效率。

final ChannelFuture initAndRegister() {

Channel channel = null;

try {

// 通过channel工厂类创建一个channel对象

channel = channelFactory.newChannel();

// 调用init方法对channel进行一些初始化的设置

init(channel);

} catch (Throwable t) {

if (channel != null) {

// channel can be null if newChannel crashed (eg SocketException("too many open files"))

channel.unsafe().closeForcibly();

// as the Channel is not registered yet we need to force the usage of the GlobalEventExecutor

return new DefaultChannelPromise(channel, GlobalEventExecutor.INSTANCE).setFailure(t);

}

// as the Channel is not registered yet we need to force the usage of the GlobalEventExecutor

return new DefaultChannelPromise(new FailedChannel(), GlobalEventExecutor.INSTANCE).setFailure(t);

}

    // 注册到EventLoopGroup中
    ChannelFuture regFuture = config().group().register(channel);
    // 如果发生异常，需要关闭已经建立的连接
    if (regFuture.cause() != null) {
        if (channel.isRegistered()) {
            channel.close();
        } else {
            channel.unsafe().closeForcibly();
        }
    }

    // If we are here and the promise is not failed, it's one of the following cases:
    // 1) If we attempted registration from the event loop, the registration has been completed at this point.
    //    i.e. It's safe to attempt bind() or connect() now because the channel has been registered.
    // 2) If we attempted registration from the other thread, the registration request has been successfully
    //    added to the event loop's task queue for later execution.
    //    i.e. It's safe to attempt bind() or connect() now:
    //         because bind() or connect() will be executed *after* the scheduled registration task is executed
    //         because register(), bind(), and connect() are all bound to the same thread.

    return regFuture;
}

NioSocketChannel初始化

DEFAULT_SELECTOR_PROVIDER是默认的SelectorProvider对象，这时jdk中定义的一个类，主要作用是生成选择器selector对象和通道channel对象

public NioSocketChannel() {
    this(DEFAULT_SELECTOR_PROVIDER);
}

newSocket中通过调用provider.openSocketChannel()方法创建了一个SocketChannel对象，它的默认实现是SocketChannelImpl。

public NioSocketChannel(SelectorProvider provider) {

this(newSocket(provider));

}

然后经过几次调用，最后调用了下面的构造器，首先调用了父类AbstractNioByteChannel的构造器，

然后创建了一个SocketChannelConfig对象，这个类有点类似于门面模式，对NioSocketChannel对象和Socket对象的一些参数设置和获取的接口进行封装。

public NioSocketChannel(Channel parent, SocketChannel socket) {

super(parent, socket);

config = new NioSocketChannelConfig(this, socket.socket());

}

我们在接着看父类AbstractNioByteChannel的构造方法

AbstractNioByteChannel(Channel parent, SelectableChannel ch)

没有做任何工作，直接调用了父类的构造方法，注意这里多了一个参数SelectionKey.OP_READ，这个参数表示channel初始时的感兴趣的事件，channel刚创建好之后对read事件感兴趣

protected AbstractNioByteChannel(Channel parent, SelectableChannel ch) {

super(parent, ch, SelectionKey.OP_READ);

}

AbstractNioChannel(Channel parent, SelectableChannel ch, int readInterestOp)

主要还是调用父类的构造方法

protected AbstractNioChannel(Channel parent, SelectableChannel ch, int readInterestOp) {
    // 父类构造方法
    super(parent);
    this.ch = ch;
    this.readInterestOp = readInterestOp;
    try {
        // 设置非阻塞
        ch.configureBlocking(false);
    } catch (IOException e) {
        try {
            // 如果发生异常，关闭该channel
            ch.close();
        } catch (IOException e2) {
            if (logger.isWarnEnabled()) {
                logger.warn(
                        "Failed to close a partially initialized socket.", e2);
            }
        }

        throw new ChannelException("Failed to enter non-blocking mode.", e);
    }
}

AbstractChannel(Channel parent)

最关键的初始化逻辑在这个最顶层的基类中，其中很重的两个对象Unsafe对象和ChannelPipeline对象，前者封装了jdk底层api的调用，后者是实现netty对事件的链式处理的核心类。

protected AbstractChannel(Channel parent) {
    this.parent = parent;
    // 创建一个ChannelId对象，唯一标识该channel
    id = newId();
    // Unsafe对象，封装了jdk底层的api调用
    unsafe = newUnsafe();
    // 创建一个DefaultChannelPipeline对象
    pipeline = newChannelPipeline();
}

小结

前面一小节，我们主要简单分析了一下NioSocketChannel的初始化过程，可以看到最主要的逻辑在AbstractChannel的构造方法中，这里我们看到了两个重要的类的创建过程。

Bootstrap.init

回到AbstractBootstrap.initAndRegister方法中，在完成通过反射调用NioSocketChannel构造方法并创建一个实例后，紧接着就要对这个新创建的Channel实例进行初始化设置工作，我们看一下Bootstrap对新创建的Channel的初始化过程：

• 向channel的Pipeline中添加一个处理器，ChannelPipeline我们可以理解为一个流水线，在这条流水线上有各种各样的处理器，一个channel事件产生后会在这个流水线上进行传播，依次经过所有的处理器

• 设置参数，也就是以ChannelOption为key的一些参数，可以通过DefaultChannelConfig.setOption方法看到具体可以设置哪些参数。

• 设置属性

  void init(Channel channel) throws Exception {
  
  ChannelPipeline p = channel.pipeline();
  
  // 向ChannelPipeline中添加一个处理器，这个处理器就是我们之前设置的处理器
  
  p.addLast(config.handler());

    final Map<ChannelOption<?>, Object> options = options0();
    // 设置参数，最终是通过调用SocketChannelConfig的一些参数设置接口设置参数
    synchronized (options) {
        setChannelOptions(channel, options, logger);
    }
  
    final Map<AttributeKey<?>, Object> attrs = attrs0();
    // 设置属性
    synchronized (attrs) {
        for (Entry<AttributeKey<?>, Object> e: attrs.entrySet()) {
            channel.attr((AttributeKey<Object>) e.getKey()).set(e.getValue());
        }
    }
  

  }

MultithreadEventLoopGroup.register

在完成channel的创建和初始化之后，我们就要将这个channel注册到一个EventLoop中，NioNioEventLoop继承自MultithreadEventLoopGroup, 通过调用SingleThreadEventLoop的register方法完成注册

public ChannelFuture register(Channel channel) {
    return next().register(channel);
}

可以看到，通过next()方法选出了其中的一个EventLoop进行注册。MultithreadEventLoopGroup是对多个真正的EventLoopGroup的封装，每个实现了实际功能的真正的EventLoopGroup运行在一个线程内，

所以我们接下来应该看单个的EventLoopGroup的注册方法。

SingleThreadEventLoop.register

这里创建了一个DefaultChannelPromise对象，用于作为返回值。

public ChannelFuture register(Channel channel) {
    return register(new DefaultChannelPromise(channel, this));
}

最终调用了Unsafe的register方法将channel绑定到当前的EventLoopGroup对象上。

public ChannelFuture register(final ChannelPromise promise) {

ObjectUtil.checkNotNull(promise, "promise");

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

return promise;

}

AbstractChannel.AbstractUnsafe.register

• 首先是做一些前置检查，包括变量非空检查，重复注册检查，检查channel类型和EventLoopGroup类型是否匹配

• 将这个channel绑定到指定的eventLoop对象上，

• 调用register0完成注册

    public final void register(EventLoop eventLoop, final ChannelPromise promise) {
        // 做一些非空检查
        if (eventLoop == null) {
            throw new NullPointerException("eventLoop");
        }
        // 如果重复注册，通过future对象抛出一个异常
        // 一个channel只能注册到一个EventLoopGroup对象上
        if (isRegistered()) {
            promise.setFailure(new IllegalStateException("registered to an event loop already"));
            return;
        }
        // 检查channel类型和EventLoopGroup类型是否匹配
        if (!isCompatible(eventLoop)) {
            promise.setFailure(
                    new IllegalStateException("incompatible event loop type: " + eventLoop.getClass().getName()));
            return;
        }
  
        // 将channel内部的eventLoop成员设置为相应的对象
        // 也就是将这个channel绑定到指定顶eventLoop上
        AbstractChannel.this.eventLoop = eventLoop;
  
        // 这里做了一个判断，如果当前处于eventLoop对应的线程内，那么直接执行代码
        // 如果当前运行的线程与eventLoop不是同一个，那么将这个注册的任务添加到eventLoop的任务队列中
        if (eventLoop.inEventLoop()) {
            register0(promise);
        } else {
            try {
                eventLoop.execute(new Runnable() {
                    @Override
                    public void run() {
                        register0(promise);
                    }
                });
            } catch (Throwable t) {
                logger.warn(
                        "Force-closing a channel whose registration task was not accepted by an event loop: {}",
                        AbstractChannel.this, t);
                closeForcibly();
                closeFuture.setClosed();
                safeSetFailure(promise, t);
            }
        }
    }
  

AbstractChannel.AbstractUnsafe.register0

这个方法实现了实际的注册逻辑，

• 依然要做一些前置的设置和检查工作，包括在注册过程中不可取消，检查channel是否存活，

• 调用jdk的api完成注册。例如，对于jdk Nio的通道的注册就是调用SelectableChannel.register(Selector sel, int ops, Object att)

• 调用所有的已添加的处理器节点的ChannelHandler.handlerAdded方法,实际上这也会调用handler.handlerRemoved方法，如果在此之前有handler被移除掉的话

• 通知future对象已经注册成功了

• 触发一个channel注册成功的事件，这个事件会在pipeline中传播，所有注册的handler会依次接收到该事件并作出相应的处理

• 如果是第一次注册，还需要触发一个channel存活的事件，让所有的handler作出相应的处理

    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
            // 将ChannelPromise设置为不可取消，并检查channel是否还存活,通过内部的jdk的channel检查是否存活
            if (!promise.setUncancellable() || !ensureOpen(promise)) {
                return;
            }
            // 是否第一次注册，
            // TODO 说明情况下会注册多次？？
            boolean firstRegistration = neverRegistered;
            // 完成实际的注册，即底层api的调用
            // 如果对于jdk Nio的通道的注册就是调用SelectableChannel.register(Selector sel, int ops, Object att)
            doRegister();
            // 更新标志变量
            neverRegistered = false;
            registered = true;
  
            // Ensure we call handlerAdded(...) before we actually notify the promise. This is needed as the
            // user may already fire events through the pipeline in the ChannelFutureListener.
            // 调用所有的已添加的处理器节点的ChannelHandler.handlerAdded方法
            pipeline.invokeHandlerAddedIfNeeded();
  
            // 通过future对象已经注册成功了
            safeSetSuccess(promise);
            // 触发一个channel注册成功的事件，这个事件会在pipeline中传播，
            // 所有注册的handler会依次接收到该事件并作出相应的处理
            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 (isActive()) {
                if (firstRegistration) {
                    // 如果是第一次注册，还需要触发一个channel存活的事件，让所有的handler作出相应的处理
                    pipeline.fireChannelActive();
                } else if (config().isAutoRead()) {
                    // This channel was registered before and autoRead() is set. This means we need to begin read
                    // again so that we process inbound data.
                    //
                    // See https://github.com/netty/netty/issues/4805
                    // 开始接收读事件
                    // 对于Nio类型的channel, 通过调用jdk的相关api注册读事件为感兴趣的事件
                    beginRead();
                }
            }
        } catch (Throwable t) {
            // Close the channel directly to avoid FD leak.
            closeForcibly();
            closeFuture.setClosed();
            safeSetFailure(promise, t);
        }
    }
  

小结

到此，我们就完成了对channel的创建，初始化，和注册到EventLoop过程的分析，整个过程看下来，其实并不复杂，只不过代码的嵌套比较深，继承结构复杂，有些简单的功能可能要看好几层才能找到真正实现的地方，所以还需要耐心和熟悉。这里，我把主干逻辑再提炼一下，去掉所有细枝末节的逻辑，一遍能有一个整体的认识：

• 首先通过反射创建了一个NioSocketChannel(通过反射调用无参构造器)
• 然后对channel对象进行初始化，主要是想这个channel的ChannelPipeline中添加用户设置的handler
• 最后将这个channel注册到一个EventLoop上，注册过程设计jdk底层的selector注册api的调用，调用handler的回调方法，在channelPipeline中触发一个channel注册的事件，这些事件最终回调各个handler对象的channelRegistered方法。

接下来，我们回到Bootstrap.doResolveAndConnect方法中，继续完成建立连接的过程的分析。

Bootstrap.doResolveAndConnect0

连接的建立在方法doResolveAndConnect0中实现:

这个方法的主要工作就是对远程地址进行解析，比如通过dns服务器对域名进行解析，

然后使用解析后的地址进行连接的建立，连接建立调用doConnect方法

private ChannelFuture doResolveAndConnect0(final Channel channel, SocketAddress remoteAddress,
                                           final SocketAddress localAddress, final ChannelPromise promise) {
    try {
        final EventLoop eventLoop = channel.eventLoop();
        // 获取一个地址解析器
        final AddressResolver<SocketAddress> resolver = this.resolver.getResolver(eventLoop);

        // 如果解析器不支持该地址或者改地址已经被解析过了，那么直接开始创建连接
        if (!resolver.isSupported(remoteAddress) || resolver.isResolved(remoteAddress)) {
            // Resolver has no idea about what to do with the specified remote address or it's resolved already.
            doConnect(remoteAddress, localAddress, promise);
            return promise;
        }

        // 对远程地址进行解析
        final Future<SocketAddress> resolveFuture = resolver.resolve(remoteAddress);

        if (resolveFuture.isDone()) {
            final Throwable resolveFailureCause = resolveFuture.cause();

            if (resolveFailureCause != null) {
                // Failed to resolve immediately
                channel.close();
                promise.setFailure(resolveFailureCause);
            } else {
                // Succeeded to resolve immediately; cached? (or did a blocking lookup)
                // 解析成功后进行连接
                doConnect(resolveFuture.getNow(), localAddress, promise);
            }
            return promise;
        }

        // Wait until the name resolution is finished.
        // 给future对象添加一个回调，采用异步方法进行连接，
        resolveFuture.addListener(new FutureListener<SocketAddress>() {
            @Override
            public void operationComplete(Future<SocketAddress> future) throws Exception {
                if (future.cause() != null) {
                    channel.close();
                    promise.setFailure(future.cause());
                } else {
                    doConnect(future.getNow(), localAddress, promise);
                }
            }
        });
    } catch (Throwable cause) {
        promise.tryFailure(cause);
    }
    return promise;
}

Bootstrap.doConnect

调用channel的connect方法完成连接过程。

也许是之前看scala代码习惯了，回过头来看java代码感觉很冗余，一大堆代码就表达了那一点逻辑，感觉信息密度太低，现在有很多人认为java会渐渐的没落，而最优可能取代java的语言中，scala绝对是强有力的竞争者之一，没有对比就没有伤害，跟java比,scala语言真的是简洁太多了，几句话就能把所要表达的逻辑精准而又直接地表达出来。好像向声明式编程更靠近了一点。

private static void doConnect(
        final SocketAddress remoteAddress, final SocketAddress localAddress, final ChannelPromise connectPromise) {

    // This method is invoked before channelRegistered() is triggered.  Give user handlers a chance to set up
    // the pipeline in its channelRegistered() implementation.
    final Channel channel = connectPromise.channel();
    channel.eventLoop().execute(new Runnable() {
        @Override
        public void run() {
            if (localAddress == null) {
                // 调用 channel.connect方法完成连接
                channel.connect(remoteAddress, connectPromise);
            } else {
                channel.connect(remoteAddress, localAddress, connectPromise);
            }
            connectPromise.addListener(ChannelFutureListener.CLOSE_ON_FAILURE);
        }
    });
}

AbstractChannel.connect

public ChannelFuture connect(SocketAddress remoteAddress, ChannelPromise promise) {
    return pipeline.connect(remoteAddress, promise);
}

DefaultChannelPipeline.connect

这里稍微说明一下，tail是整个链条的尾节点，如果对netty比较熟悉的话，应该知道netty对于io事件的处理采用责任链的模式，即用户可以设置多个处理器，这些处理器组成一个链条，io事件在这个链条上传播，被特定的一些处理器所处理，而其中有两个特殊的处理器head和tail，他们分别是这个链条的头和尾，他们的存在主要是为了实现一些特殊的逻辑。

public final ChannelFuture connect(SocketAddress remoteAddress, ChannelPromise promise) {
    return tail.connect(remoteAddress, promise);
}

AbstractChannelHandlerContext.connect

中间经过几个调用之后，最终调用该方法。这里有一句关键代码findContextOutbound(MASK_CONNECT)，这个方法的代码我就不贴了，大概说一下它的作用，更为具体的机制等后面分析Channelpipeline是在详细说明。这个方法会在处理器链中从后向前遍历，直到找到能够处理connect事件的处理器，能否处理某种类型的事件是通过比特位判断的，每个AbstractChannelHandlerContext对象内部有一个int型变量用于存储标志各种类型事件的比特位。一般，connect事件会有头结点head来处理，也就是DefaultChannelPipeline.HeadContext类，所以我们直接看DefaultChannelPipeline.HeadContext.connect方法

public ChannelFuture connect(
        final SocketAddress remoteAddress, final SocketAddress localAddress, final ChannelPromise promise) {

    if (remoteAddress == null) {
        throw new NullPointerException("remoteAddress");
    }
    if (isNotValidPromise(promise, false)) {
        // cancelled
        return promise;
    }

    // 找到下一个能够进行connect操作的，这里用比特位来标记各种不同类型的操作，
    final AbstractChannelHandlerContext next = findContextOutbound(MASK_CONNECT);
    EventExecutor executor = next.executor();
    if (executor.inEventLoop()) {
        // 调用AbstractChannelHandlerContext.invokeConnect
        next.invokeConnect(remoteAddress, localAddress, promise);
    } else {
        safeExecute(executor, new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                next.invokeConnect(remoteAddress, localAddress, promise);
            }
        }, promise, null);
    }
    return promise;
}

DefaultChannelPipeline.HeadContext.connect

public void connect(
            ChannelHandlerContext ctx,
            SocketAddress remoteAddress, SocketAddress localAddress,
            ChannelPromise promise) {
        unsafe.connect(remoteAddress, localAddress, promise);
    }

unsafe对象的赋值：

    HeadContext(DefaultChannelPipeline pipeline) {
        super(pipeline, null, HEAD_NAME, HeadContext.class);
        unsafe = pipeline.channel().unsafe();
        setAddComplete();
    }

所以我们直接看unsafe.connect

AbstractNioChannel.connect

主要逻辑：

• 状态检查，非空检查
• 调用doConnect方法进行连接
• 如果立即就连接成功了，那么将future对象设置为成功
• 如果超时大于0，会提交一个延迟调度的任务，在超时时间到达后执行这个任务检查是否连接成功，如果为连接成功连接说明连接超时，需要关闭通道
• 向future对象添加一个回调，在future被外部调用者取消时将通道关闭

可见建立连接的核心方法是doConnect，这是一个抽象方法，我们看NioSocketChannel，也就是tcp连接的建立过程，查看AbstractNioChannel的实现类发现还有UDP,SCTP等协议

public final void connect(
            final SocketAddress remoteAddress, final SocketAddress localAddress, final ChannelPromise promise) {
        // 检查promise状态，channel存活状态
        if (!promise.setUncancellable() || !ensureOpen(promise)) {
            return;
        }

        try {
            // 防止重复连接
            if (connectPromise != null) {
                // Already a connect in process.
                throw new ConnectionPendingException();
            }

            boolean wasActive = isActive();
            // 调用doConnect方法进行连接
            if (doConnect(remoteAddress, localAddress)) {
                // 如果立即就连接成功了，那么将future对象设置为成功
                fulfillConnectPromise(promise, wasActive);
            } else {
                connectPromise = promise;
                requestedRemoteAddress = remoteAddress;

                // Schedule connect timeout.
                int connectTimeoutMillis = config().getConnectTimeoutMillis();
                // 如果超时大于0，那么会在超时到达后检查是否连接成功
                if (connectTimeoutMillis > 0) {
                    connectTimeoutFuture = eventLoop().schedule(new Runnable() {
                        @Override
                        public void run() {
                            ChannelPromise connectPromise = AbstractNioChannel.this.connectPromise;
                            ConnectTimeoutException cause =
                                    new ConnectTimeoutException("connection timed out: " + remoteAddress);
                            // 如果connectPromise能够标记为失败，说明此时还没有连接成功，也就是连接超时了
                            // 此时需要关闭该通道
                            if (connectPromise != null && connectPromise.tryFailure(cause)) {
                                close(voidPromise());
                            }
                        }
                    }, connectTimeoutMillis, TimeUnit.MILLISECONDS);
                }

                // 向future对象添加一个回调，在future被外部调用者取消时将通道关闭
                promise.addListener(new ChannelFutureListener() {
                    @Override
                    public void operationComplete(ChannelFuture future) throws Exception {
                        if (future.isCancelled()) {
                            if (connectTimeoutFuture != null) {
                                connectTimeoutFuture.cancel(false);
                            }
                            connectPromise = null;
                            close(voidPromise());
                        }
                    }
                });
            }
        } catch (Throwable t) {
            promise.tryFailure(annotateConnectException(t, remoteAddress));
            closeIfClosed();
        }
    }

NioSocketChannel.doConnect

• 首先绑定指定的本地地址

• 调用SocketUtils.connect建立连接

  protected boolean doConnect(SocketAddress remoteAddress, SocketAddress localAddress) throws Exception {
  
  // 绑定指定的本地地址
  
  if (localAddress != null) {
  
  doBind0(localAddress);
  
  }

    // 这个变量标记建立连接的动作是否发起成功
    // 成功发起建立连接的工作并不表示连接已经成功建立
    boolean success = false;
    try {
        // 实际建立连接的语句
        boolean connected = SocketUtils.connect(javaChannel(), remoteAddress);
        if (!connected) {
            selectionKey().interestOps(SelectionKey.OP_CONNECT);
        }
        success = true;
        // 返回连接是否已经成功建立
        return connected;
    } finally {
        if (!success) {
            doClose();
        }
    }
  

  }

SocketUtils.connect

可以看到，最终是通过调用jdk的api来实现连接的建立，也就是SocketChannel.connect方法

public static boolean connect(final SocketChannel socketChannel, final SocketAddress remoteAddress)
        throws IOException {
    try {
        return AccessController.doPrivileged(new PrivilegedExceptionAction<Boolean>() {
            @Override
            public Boolean run() throws IOException {
                // 调用jdk api建立连接，SocketChannel.connect
                return socketChannel.connect(remoteAddress);
            }
        });
    } catch (PrivilegedActionException e) {
        throw (IOException) e.getCause();
    }
}

总结

一句话，这代码是真的很深! 非常不直接，初次看的话，如果没有一个代码框架图在旁边参考，很容易迷失在层层的继承结构中，很多代码层层调用，真正有用的逻辑隐藏的很深，所以看这中代码必须要有耐心，有毅力，要有打破砂锅问到底的决心。不过这样的复杂的代码结构好处也是显而易见的，那就是良好的扩展性，你可以在任意层级进行扩展。

总结一下建立连接的过程，我认为可以归结为三个主要的方面：

• 第一, 实际建立逻辑的代码肯定还是jdk api
• 第二，这么多方法调用，主要的作用就是迎合框架的要求，本质上是为了代码的扩展性，比如ChannelPipeline的处理器链
• 第三，另一个主要的工作就是对future对象的处理，这时实现异步的重要手段，future对象也是外部调用者和对象内部状态之间的连接纽带，调用者通过future对象完成一些功能，如查状态，发出取消动作，实现阻塞等待等。