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【Netty】服务端和客户端

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【Netty】服务端和客户端

本文是基于Netty4.1.36进行分析

服务端

Netty服务端的启动代码基本都是如下：

private void start() throws Exception {

        final EchoServerHandler serverHandler = new EchoServerHandler();
        /**
         * NioEventLoop并不是一个纯粹的I/O线程，它除了负责I/O的读写之外
         * 创建了两个NioEventLoopGroup，
         * 它们实际是两个独立的Reactor线程池。
         * 一个用于接收客户端的TCP连接，
         * 另一个用于处理I/O相关的读写操作，或者执行系统Task、定时任务Task等。
         */
        EventLoopGroup bossGroup = new NioEventLoopGroup();
        EventLoopGroup childGroup = new NioEventLoopGroup();

        try {
            //ServerBootstrap负责初始化netty服务器，并且开始监听端口的socket请求
            ServerBootstrap b = new ServerBootstrap();
            b.group(bossGroup, childGroup)
                    .channel(NioServerSocketChannel.class)
                    .localAddress(new InetSocketAddress(port))
                    .childHandler(new ChannelInitializer<SocketChannel>() {
                        @Override
                        protected void initChannel(SocketChannel socketChannel) throws Exception {
//                            为监听客户端read/write事件的Channel添加用户自定义的ChannelHandler
                            socketChannel.pipeline().addLast(serverHandler);
                        }
                    });

            ChannelFuture f = b.bind().sync();

            f.channel().closeFuture().sync();
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            bossGroup.shutdownGracefully().sync();
            childGroup.shutdownGracefully().sync();
        }
    }

从上图的代码可以总结为以下几个步骤：

1、创建ServerBootStrap实例

2、设置并绑定Reactor线程池：EventLoopGroup，EventLoop就是处理所有注册到本线程的Selector上面的Channel

3、设置并绑定服务端的channel

4、5、创建处理网络事件的ChannelPipeline和handler，网络时间以流的形式在其中流转，handler完成多数的功能定制：比如编解码 SSl安全认证

6、绑定并启动监听端口

7、当轮训到准备就绪的channel后，由Reactor线程：NioEventLoop执行pipline中的方法，最终调度并执行channelHandler

服务端创建时序图

【Netty】服务端和客户端

ServerBootStrap引导启动服务端

它就是主要引导启动服务端，工作包括以下：

1.创建服务端Channel
2.初始化服务端Channel
3.将Channel注册到selector
4.端口绑定

1.创建服务端Channel

流程：

首先从用户代码的bind()其实就是AbstractBootstrap.bind(),然后通过反射工厂将用户通过b.channel(NioServerSocketChannel.class)传入的NioServerSocketChannel通过调用底层的jdk的SelectorProvider创建 channel ，同时也接着创建好对应的 ChannelPipeline 。

详情可以参考下图，自己去查看一下源码：

【Netty】服务端和客户端

2.初始化服务端Channel

主要工作如下：

1）设置的option缓存到NioServerSocketChannelConfig里

2）设置的attr设置到channel里

3）保存配置的childOptions，配置的childAttrs 到ServerBootstrapAcceptor里

4）往NioSocketChannel的pipeline中添加一个 ServerBootstrapAcceptor

【Netty】服务端和客户端

主要的核心源码如下：

@Override
    void init(Channel channel) throws Exception {
        final Map<ChannelOption<?>, Object> options = options0();
        synchronized (options) {
            setChannelOptions(channel, options, logger);
        }

        final Map<AttributeKey<?>, Object> attrs = attrs0();
        synchronized (attrs) {
            for (Entry<AttributeKey<?>, Object> e: attrs.entrySet()) {
                @SuppressWarnings("unchecked")
                AttributeKey<Object> key = (AttributeKey<Object>) e.getKey();
                channel.attr(key).set(e.getValue());
            }
        }

        ChannelPipeline p = channel.pipeline();

        final EventLoopGroup currentChildGroup = childGroup;
        final ChannelHandler currentChildHandler = childHandler;
        final Entry<ChannelOption<?>, Object>[] currentChildOptions;
        final Entry<AttributeKey<?>, Object>[] currentChildAttrs;
        synchronized (childOptions) {
            currentChildOptions = childOptions.entrySet().toArray(newOptionArray(0));
        }
        synchronized (childAttrs) {
            currentChildAttrs = childAttrs.entrySet().toArray(newAttrArray(0));
        }

        p.addLast(new ChannelInitializer<Channel>() {
            @Override
            public void initChannel(final Channel ch) throws Exception {
                final ChannelPipeline pipeline = ch.pipeline();
                ChannelHandler handler = config.handler();
                if (handler != null) {
                    pipeline.addLast(handler);
                }

                ch.eventLoop().execute(new Runnable() {
                    @Override
                    public void run() {
                        pipeline.addLast(new ServerBootstrapAcceptor(
                                ch, currentChildGroup, currentChildHandler, currentChildOptions, currentChildAttrs));
                    }
                });
            }
        });
    }

小结：

总体如上面工作流程所述。

特别地建议：查看ServerBootstrapAcceptor源码，你可以发现ServerBootstrapAcceptor在channelRead事件触发的时候（也就有客户端连接的时候），把childHandler加到childChannel Pipeline的末尾，设置childHandler的options和attrs，最后把childHandler注册进childGroup

3.将Channel注册到selector

注册过程如下图

【Netty】服务端和客户端

小结：

Channel 注册过程所做的工作就是将 Channel 与对应的 EventLoop 关联。

1）.每个 Channel 都会关联一个特定的 EventLoop, 并且这个 Channel 中的所有 IO 操作都是在这个 EventLoop 中执行的;

2）.当关联好 Channel 和 EventLoop 后, 会继续调用底层的 Java NIO SocketChannel 的 register 方法, 将底层的 Java NIO SocketChannel 注册到指定的 selector 中.

通过这两步, 就完成了 Netty Channel 的注册过程.

4.端口绑定

端口绑定的源码流程基本如下图，详情可以还是你自己读一下源码比较好点。

【Netty】服务端和客户端

小结：

其实netty端口绑定是调用 jdk的javaChannel().bind(localAddress, config.getBacklog());进行绑定，然后TCP链路建立成功，Channel激活事件，通过channelPipeline进行传播。

客户端

客户端启动的常规代码如下：

private void start() throws Exception {

        /**
         * Netty用于接收客户端请求的线程池职责如下。
         * （1）接收客户端TCP连接，初始化Channel参数；
         * （2）将链路状态变更事件通知给ChannelPipeline
         */
        EventLoopGroup group = new NioEventLoopGroup();
        try {
            Bootstrap b = new Bootstrap();
            b.group(group)
                    .channel(NioSocketChannel.class)
                    .remoteAddress(new InetSocketAddress(host,port))
                    .handler(new ChannelInitializer<SocketChannel>() {
                        @Override
                        protected void initChannel(SocketChannel socketChannel) throws Exception {
                            socketChannel.pipeline().addLast(new EchoClientHandler());
                        }
                    });
            //绑定端口
            ChannelFuture f = b.connect().sync();

            f.channel().closeFuture().sync();
        } catch (Exception e) {
            group.shutdownGracefully().sync();
        }


    }

【Netty】服务端和客户端

流程：

1.用户线程创建Bootstrap实例，通过API设置创建客户端相关的参数，异步发起客户端连接。

2.创建处理客户端连接、I/O读写的Reactor线程组NioEventLoopGroup，默认为CPU内核数的2倍。

3.通过Bootstrap的ChannelFactory和用户指定的Channel类型创建用于客户端NioSocketChannel，它的功能类似于JDK NIO类库提供的SocketChannel

4.创建默认的Channel Handler Pipeline，用于调度和执行网路事件。

5.异步发起TCP连接，判断连接是否成功。如果成功，则直接将NioSocketChannel注册到多路复用器上，监听读操作位，用于数据包读取和消息发送，如果没有立即连接成功，则注册连接监听为到多路复用器，等待连接结果。

6.注册对应的网络监听状态为到多路复用器。

7.由多路复用器在I/O现场中轮询个Channel，处理连接结果。

8.如果连接成功，设置Future结果，发送连接成功事件，触发ChannelPipeline执行。

9.由ChannelPipeline调度执行系统和用户的ChannelHandler，执行逻辑。

源码调用流程如下图：

【Netty】服务端和客户端

小结：

客户端是如何发起 TCP 连接的？

如下图：

【Netty】服务端和客户端

特别提醒：

在AbstractChannelHandlerContext.connect()#findContextOutbound这步操作是返回的结果next其实是 头节点 ，也就是说在下一步next.invokeConnect()这里的next就是 头节点 ，所以最终是调用 HeadContext .connect()