Netty服务端接收的新连接是如何绑定到worker线程池的？

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前言

原文：Netty服务端接收的新连接是如何绑定到worker线程池的？

前面分析Netty服务端检测新连接的过程提到了NioServerSocketChannel读完新连接后会循环调用服务端Channel绑定的pipeline.fireChannelRead()方法，将每条新连接打包当做参数传入，然后通过这个方法将其沿着服务端Channel的pipeline传递下去，即在Channel的handler链条上流动，这部分细节后续会详细分解。

下面看下，新连接在服务端Channel的pipeline的流动过程中，Netty配置的boss线程池和worker线程池是如何配合的。

服务器的新连接接入器源码分析

简单回顾前面文章：Netty是如何处理新连接接入事件的？中分析了Netty服务端检测新连接的过程，回忆NioMessageUnsafe类的read()方法源码：

看最后的红色方框，是在循环中将新连接顺着Channel的pipeline传递下去，NioMessageUnsafe是前面说的Netty的Channel的内部接口——Unsafe的服务端的实现类。

那么这些新连接后续被传递时会发生什么呢？这也是重点问题——即Netty客户端新连接的Channel被封装后，如何与Netty的I/O线程关联。下面看之前提到的新连接接入器，关联的功能主要是这个接入器实现。

言归正传看ServerBootstrapAcceptor源码，它是一个内部类，继承了ChannelInboundHandlerAdapter（后面详解Netty的pipeline机制）。

现在先复习一下服务端启动流程。服务端启动的核心操作是绑定端口，即在用户代码中serverBootstrap.bind(xx);方法中启动，里面会调用ServerBootstrap的doBind方法，在doBind方法里调用了ServerBootstrap的initAndRegister()方法，这是一个初始化服务端Channel并注册I/O多路复用器的方法，如下图：

该方法通过反射创建了服务端的NioServerSocketChannel，并且创建保存了JDK的ServerSocketChannel以及一些组件，比如pipeline等，接着执行Channel的初始化操作——即ServerBootstrap的init(channel)方法（分析的是服务端代码，故只看ServerBootstrap类对init的实现），init方法里就有新连接接入器的创建逻辑。如下红框处，在init里配置服务端的pipeline时，默认添加了一个ServerBootstrapAcceptor handler：

先捋一捋完整过程：

1、首先ServerBootstrap的init方法为服务端Channel的pipeline添加了一个ChannelInitializer，在该类实现的void initChannel(Channel ch)方法里先将用户代码里配置的服务端的handler添加，前面我也说过，这个服务端的handler配置一般很少用到（即.handler() API），常用的主要是给客户端配置handler，即.childHandler()

2、然后异步的添加一个新连接接入器——ServerBootstrapAcceptor，具体的，是把添加ServerBootstrapAcceptor到pipeline的操作封装为了一个task，委托给服务端的NIO线程异步执行，等到有新连接到来时，该task已执行完毕。即Netty服务端Channel的pipeline最小结构如下：

这里提前接触Netty的入站事件和出站事件的概念，所谓入站事件——即inbound事件，即Netty的NIO线程主动发起的，是面向用户业务handler的操作，即都是被动发起的事件，通过fireXXX方法传播。

比如Channel连接成功，Channel关闭，Channel有数据可读，Channel上注册I/O多路复用器成功，Channel解除I/O多路复用器的注册，异常抛出等，这些都是被动执行的回调事件，它们的处理有专门的handler实现，统一叫入站handler。反之还有出站事件和出站handler，出站事件——即outbound事件，都是用户线程或者用户代码主动发起的事件，如下是出站事件：

比如服务器主动绑定端口，主动关闭连接，客户端主动连接服务器，服务器（客户端）主动写出消息等操作，这些事件的特点就是由用户主动发起。针对这两类事件，除了Netty默认提供的handler，用户还可以自定义入站/出站handler以实现自己的拦截逻辑，这也是职责链（也叫责任链）模式的思想。

言归正传，继续分析服务器读取新连接的过程，现在分析的是新连接接入，故只看入站handler。先知道入站事件流动的顺序是从pipeline的头部节点开始，途径各个入站handler节点，一直流动到尾部节点结束，这里就是Head->ServerBootstrapAcceptor->Tail。如下：

还得知道tail节点本质是一个入站handler，head节点本质是一个出站handler，后续会详细拆解，这里不知道为什么也无所谓。

前面说到，NioMessageUnsafe类的read()方法，最后会将读到的客户端新连接传递出去，如下：

具体来说是触发后续的各个入站handler的ChannelRead事件（前面说了ChannelRead是一个入站事件），入站事件都是从pipeline的头部节点——HeadContext开始传播的，而触发这个事件传播的正是pipeline.fireChannelRead(xxx)方法。

还记得服务端启动的时候，如下有一段代码：serverBootstrap.handler(new ServerHandler())和serverBootstrap.childHandler(new ServerHandler())；

当时给了这样一个结论：.handler方法添加的handler是添加到服务端Channel的pipeline上，是在服务端初始化的时候就添加的，而.childHandler方法添加的handler是添加到客户端Channel的pipeline上，是在处理新连接接入的时候添加的。现在知道原因了，ServerBootstrap调用init时，先pipeline.addLast(handler)，然后添加一个ServerBootstrapAccepter，这样服务端的pipeline也可能是head-hander>serverBootStrapAccepter>tail这种组成结构，如下（很熟悉的结构）：

这里一定要明白，两个操作是分别把handler加到了服务端和客户端的pipeline。

serverBootStrapAccepter本身也是一个入站的handler。根据前面的分析，入站事件的传播顺序是head->用户定义的入站handler->ServerBootstrapAcceptor->tail，我的demo里没有为服务器定义handler，故直接调用到ServerBootstrapAcceptor的channelRead方法，该方法是接入器的重点，需要重点学习，ServerBootstrapAcceptor的channelRead方法源码如下；

ServerBootstrapAcceptor是ServerBootstrap的一个内部类。下面看debug过程，一上来就把msg强转为了Channel，即这里接收到的msg变量本质是刚刚读取到的客户端新连接——被Netty封装为了其自定义的Channel。后续的ServerBootstrapAcceptor主要做了三件事：

1、黄色1处，就是前面分析的，在接入器里添加用户配置的客户端Channel的handler：即将用户在服务器代码里通过.childHandler()自定义的ChannelHandler添加到客户端的pipeline，后续详解。

2、黄色2处，设置用户配置的options和attrs，主要是设置客户端Channel的childOptions和childAttrs，childOptions是channel底层为TCP协议配置的属性，childAttrs是channel本身的一些属性，它的本质是个map，比如可以存储当前channel存活时间，密钥等。

3、黄色3处，选择worker线程池的一根NIO线程，并将其绑定到该客户端Channel——即代码里的child变量。这步是异步操作，并通过register方法实现，这个方法复用了服务端启动时为服务端Channel注册I/O多路复用器的代码逻辑。这最后一步又分为两小步：

• worker线程池通过EventLoop的线程选择器——Chooser的next()方法选择一个NioEventLoop线程和新连接绑定，和服务端线程池一样的逻辑

• 注册客户端的新Channel到这个NioEventLoop的I/O多路复用器，并为其注册OP_READ事件

下面详细分析这两小步，我通过debug跟进register，来到了MultithreadEventLoopGroup的register方法，如下源码：

最后进入到父类io/netty/util/concurrent/MultithreadEventExecutorGroup类，看到这里就很熟悉了，会进入到前面分析过的NioEventLoopGroup的线程选择器。

这里使用的优化方法——通过位运算选择一个NioEventLoop线程。如下发现idx是0，即workerGroup线程池里的线程此时才刚刚选择第一个，因为这是我当前运行的服务器接收到的第一条客户端连接，所以后续再来新连接时，会顺次启动后续的线程与之绑定，如果绑定到最后一根，那么idx会重新从0开始，循环往复。。。注意此时NIO线程还没有启动。Netty做了优化，前面也说了，Netty的线程池都是延迟启动的。

在MultithreadEventLoopGroup类的register方法里选择NioEventLoop线程后，next()方法会返回一个NioEventLoop实例，然后继续调用该实例的register方法，即下一步过会跳转到NioEventLoop直接父类SingleThreadEventLoop的register方法，如下源码：

调用到了第二个register方法里，里面的channel()方法返回的就是客户端的NioSocketChannel，unsafe()方法就是NioByteUnsafe实例，即最后调用了客户端channel的Unsafe的register方法。即AbstractChannel的内部类——AbstractUnsafe的register方法，源码如下：

看到这个方法的代码就应该很熟悉了，我在前面Netty服务端启动的时候分析过，即给客户端新连接注册I/O多路复用器的逻辑复用了这一套代码，这也得益于Netty良好的架构设计。

下面再分析一下，执行AbstractUnsafe的register方法的逻辑：

1、首先对当前客户端的I/O线程以及Channel做校验，然后在黄色1处，判断当前线程是不是NIO线程，显然这里是false，因为虽然此时已经选择了一个客户端NIO线程，但是该NIO线程还没有启动，整个注册逻辑还是运行在用户线程下，我的demo是main线程，如下佐证，故1这里判断失败，接下来执行else里的代码，将真正的注册逻辑委托给刚刚启动的客户端的NIO线程异步执行，这样做也能保证线程安全。

2、看黄色2处，即else代码里，会通过NioEventLoop的execute方法启动之前选择的NIO线程（当然，如果已经启动了，那么会略过启动步骤），同时驱动注册的这个task，这里才真正启动NIO线程，也能佐证Netty的线程池实现了延迟启动，

3、最后看黄色3处，我进入到这个register0方法，看它的实现源码，如下：

最关键的方法是其中的doRegister()方法，看红色方框处。我进入该方法，发现其实现在了子类AbstractNioChannel里。这就非常熟悉了，还是和服务端注册ServerSocketChannel流程一样，如下：

正是Netty封装的JDK注册Channel的Selector的逻辑。在该方法里将客户端Channel注册到客户端NioEventLoop线程的I/O多路复用器，并将NioSocketChannel对象附加到JDK Channel，不过此时注册的感兴趣的I/O事件还是0，即什么都不关注，即该客户端Channel还处于初始化状态，真正注册I/O事件还在后面流程里。

注意该方法将注册逻辑写在了一个死循环里，学会这种用法，目的是为了保证一个事情必须完成，即使出现某些异常。

回到register0方法，再看一遍，注册完成后，会先触发处于挂起状态的handlerAdded事件，即先执行黄色1处的代码，这里对应了为该客户端新连接添加用户自定义的客户端handler的逻辑。然后才执行黄色2处，触发并传播当前Channel已经注册成功的事件。如果当前Channel依然存活，那么会继续执行3处的代码，即为首次注册的新Channel传播Channel成功连接（处于活跃状态）的事件。

最后，如果当前Channel不是第一次注册，那么会判断是否配置的自动读消息（Netty默认都是读优先），如果是，那么会执行黄色4处的代码，后续详解。

小结

为新连接分配NIO线程和对新连接注册I/O多路复用器的核心——是理解ServerBootstrapAcceptor，并由此知道服务端Channel的pipeline最小构成:Head->ServerBootstrapAcceptor->Tail

理解ServerBootstrapAcceptor:

1.延迟添加childHandler——将自定义ChannelHandler添加到新连接的pipeline，必须等当前Channel注册I/O多路复用器完毕后，才会添加

2.设置options和attrs——设置childOptions和childAttrs

3.选择NioEventLoop并注册到Selector，核心是调用worker线程池的Chooser的next()方法选择一个NioEventLoop，通过其doRegister()方法，将新连接注册到worker线程绑定的Selector上。这里的新连接和Selector是多对一的关系。

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