Netty源码学习(2)--服务器启动

2018-01-08 本文已影响95人未名枯草

公司自研rpc框架，底层网络通信框架为netty；作为it小白，有必要学习rpc框架及对应的系统底层网络通信框架。前一篇文章初步了解nio内容，下面开始逐步学习netty源码内容。

内容参考https://www.jianshu.com/p/c5068caab217 中的部分内容。

使用版本为：

Netty 服务端创建的时序图，如下（摘自《Netty权威指南（第二版）》）

举例：服务端启动代码：

开启一个服务端，端口绑定在8888，使用nio模式，下面讲下每一个步骤的处理细节

EventLoopGroup ：

是一个死循环，不停地检测IO事件，处理IO事件，执行任务，后面详细描述；初始化用于Acceptor的主"线程池"以及用于I/O工作的从"线程池"；

ServerBootstrap ：

初始化ServerBootstrap实例，此实例是netty服务端应用开发的入口是服务端的一个启动辅助类，通过给他设置一系列参数来绑定端口启动服务;

.channel(NioServerSocketChannel.class) ：

指定通道channel的类型，由于是服务端，故而是NioServerSocketChannel；表示服务端启动的是nio相关的channel，channel在netty里面是一大核心概念，可以理解为一条channel就是一个连接或者一个服务端bind动作;

b.childHandler(new NettyServerFilter()) 表表示一条新的连接进来之后，该怎么处理，NettyServerFilter代码如图中所示：

ChannelFuturef =b.bind(port).sync() 这里就是真正的启动过程了，绑定6789端口，等待服务器启动完毕，才会进入下行代码。

详细描述：

ServerBootstrap的各个参数的配置不再描述；直接跳入到bind()方法：

逐步step：

通过端口号创建一个 InetSocketAddress，然后继续step:

其中validate()方法用于验证服务启动需要的必要参数是否合格

如果参数合格，则调用dobind()

去掉细枝末节，让我们专注于核心方法，其实就两大核心一个是 initAndRegister()，以及doBind0();

initAndRegister() 联系到nio里面轮询器的注册，可能是把某个东西初始化好了之后注册到selector上面去，最后bind，像是在本地绑定端口号，带着这些猜测，我们深入下去

initAndRegister()

核心代码如图中红框部分；

1. new 一个channel，

2. init这个channel，即调用init(channel)初始化通道信息

3. 将这个channel register到某个对象。

后面逐一分析：

1. new 一个channel

final Channel channel = channelFactory().newChannel();

调用channelFactory生成通道channel实例，通过serverbootstrap的channel方法来指定通道类型，其实是调用基类AbstractBoostrap的channel方法，其内部其实是实例化了一个产生指定channel类型的channelFactory。

所以，initAndRegister中的channelFactory.newChannel()方法就是生成了一个NioServerSocketChannel的实例。

channel的定义，netty官方对channel的描述如下

A nexus to a network socket or a component which is capable of I/O operations such as read, write, connect, and bind

这里的channel，由于是在服务启动的时候创建，我们可以和普通Socket编程中的ServerSocket对应上，表示服务端绑定的时候经过的一条流水线。这条channel是通过一个 channelFactory new出来的，channelFactory 的接口很简单：

就一个方法，我们查看channelFactory被赋值的地方

在这里被赋值，我们层层回溯，查看该函数被调用的地方，发现最终是在这个函数channel()中，ChannelFactory被new出

demo程序调用channel(channelClass)方法的时候，传入参数

将channelClass作为BootstrapChannelFactory的构造函数创建一个BootstrapChannelFactory。

最终，在initAndRegister() 方法的开始阶段final Channel channel = channelFactory().newChannel()；初始化创建channel是调用的BootstrapChannelFactory.newChannel（）方法，即AbstractBootstrap类中的内部类BootstrapChannelFactory中的newChannel();

看到clazz.newInstance() 是通过反射的方式来创建一个对象，而这个clazz就是我们在ServerBootstrap中传入的NioServerSocketChannel.class

创建channel相当于调用默认构造函数new出一个 NioServerSocketChannel对象

下面分析 NioServerSocketChannel的默认构造函数：

无参构造方法中有两个关键点：

1、使用默认的多路复用器辅助类 DEFAULT_SELECTOR_PROVIDER

2、通过newSocket创建ServerSocketChannel

通过SelectorProvider.openServerSocketChannel()创建一条server端channel（后面会在AbstractNioChannel.java的构造函数中保存为成员变量），然后进入到以下方法，即：将newSocket生成的ServerSocketChannel对象继续传递给本类中的NioServerSocketChannel(ServerSocketChannel channel)构造方法

因为是服务端新生成的channel，第一个参数指定为null，表示没有父channel，

第二个参数指定为ServerSocketChannel，第三个参数指定ServerSocketChannel关心的事件类型为SelectionKey.OP_ACCEPT。

第一行代码就跑到父类里面去了;

第二行new出来一个 NioServerSocketChannelConfig，其顶层接口为 ChannelConfig，.

super(null, channel, SelectionKey.OP_ACCEPT);

追踪到 NioServerSocketChannel 的父类 : AbstractNioMessageChannel.java

继续追踪到父类：AbstractNioChannel.java

将前面 provider.openServerSocketChannel(); 创建出来的 ServerSocketChannel保存到成员变量ch

然后调用ch.configureBlocking(false);设置该channel为非阻塞模式

这里的 readInterestOp 即前面层层传入的 SelectionKey.OP_ACCEPT，接下来重点分析 super(parent);(这里的parent其实是null，由前面写死传入)；

在AbstractNioChannel中做了下面几件事：

1、继续调用父类AbstractChannel(Channel parent)构造方法；

2、通过this.ch = ch 保存ServerSocketChannel， 因为NioServerSocketChannel是Netty封装的对象，而ServerSocketChannel是有前面默认selector_provider生成的，是java nio的，其实“this.ch = ch”可以被认为是绑定java nio服务端通道至netty对象中；

3、设置ServerSocketChannel关心的事件类型；

4、设置ServerSocketChannel为非阻塞的（熟悉Java NIO的都知道如果不设置为false，启动多路复用器会报异

父类为AbstractChannel.java; 构造函数入切图：

此构造方法中，主要做了三件事：

1、给channel生成一个新的id

2、通过newUnsafe初始化channel的unsafe属性

3、pipeline =new DefaultChannelPipeline(this) 初始化channel的pipeline属性

此处：new出来三大组件，赋值到成员变量，分别为

1 this.parent = parent; 此时传入的是null

2 unsafe = newUnsafe();

在AbstractChannel类中，newUnsafe()是一个抽象方法

AbstractNioMessageChannel类中有newUnsafe()的实现

此方法返回一个NioMessageUnsafe实例对象，而NioMessageUnsafe是AbstractNioMessageChannel的内部类

NioMessageUnsafe 只覆盖了父类AbstractNioUnsafe中的read方法，通过NioMessageUnsafe 及其父类的代码便可以知道，其实unsafe对象是真正的负责底层channel的连接/读/写等操作的，unsafe就好比一个底层channel操作的代理对象。

OP_ACCEPT都已经注册上了，当接收到新用户连接时就会触发unsafe.read()方法。read()会不断调用doReadMessages()，将产生的readBuf逐一发送给Pipeline.fireChannelRead()去处理。

unsafe内容后续学习；

3 pipeline =new DefaultChannelPipeline(this);

初始化了HeadContext及TailContext对象。

head及tail初始化完成后，它们会相互连接。

通过上面的代码可以得出，pipeline就是一个双向链表。

回到NioServerSocketChannel的构造方法 NioServerSocketChannel(ServerSocketChannel channel)

config =newNioServerSocketChannelConfig(this, javaChannel().socket());

ioServerSocketChannelConfig是NioServerSocketChannel的内部类

而NioServerSocketChannelConfig 又是继承自DefaultServerSocketChannelConfig，通过代码分析，此config对象就是就会对底层ServerSocket一些配置设置行为的封装。

至此NioServerSocketChannel对象应该创建完成。

总结：

用户调用方法 Bootstrap.bind(port) 第一步就是通过反射的方式new一个NioServerSocketChannel对象，并且在new的过程中创建了一系列的核心组件，进一步研究：

1、NioServerSocketChannel对象内部绑定了Java NIO创建的ServerSocketChannel对象；

2、Netty中，每个channel都有一个unsafe对象，此对象封装了Java NIO底层channel的操作细节；

3、Netty中，每个channel都有一个pipeline对象，此对象就是一个双向链表；

NioServerSocketChannel的类继承结构图：

2.init这个channel

init(channel);

// 设置引导类配置的option

finalMap, Object> options = options0();

option： 设置通道的选项参数，对于服务端而言就是ServerSocketChannel，客户端而言就是SocketChannel；

// 设置引导类配置的attr，attr： 设置通道的属性；

attrs = attrs();

1. 上图这里先调用options0()以及attrs0()，然后将得到的options和attrs注入到channelConfig或者channel中

2. 上图代码第一行，获取当前通道的pipeline，然后为 NioServerSocketChanne l绑定的 pipeline 添加 Handler；

3. 将用于服务端注册的 Handler ServerBootstrapAcceptor 添加到 ChannelPipeline 中。ServerBootstrapAcceptor 为一个接入器，专门接受新请求，把新的请求扔给某个事件循环器。对应到新进来连接对应的channel。

p.addLast()向serverChannel的流水线处理器中加入了一个 ServerBootstrapAcceptor，从名字上就可以看出来，这是一个接入器，专门接受新请求，把新的请求扔给某个事件循环器

3.将这个channel register到某个对象

ChannelFuture regFuture = group().register(channel);

调用到MultithreadEventLoopGroup的register；

然后调用到SingleThreadEventLoop中的register方法：

关键是：channel().unsafe().register(this, promise);

register跳转到AbstractUnsafe.java中的register

先将EventLoop事件循环器绑定到该NioServerSocketChannel上，然后调用 register0()

register0()方法定义了注册到EventLoop的整体框架，整个流程如下：

(1).注册的具体细节由doRegister()方法完成，子类中实现。

(2).注册后将处理业务逻辑的用户Handler添加到ChannelPipeline。fireChannelRegistered方法中实现。

invokeHandlerAddedIfNeeded()

(3).异步结果设置为成功，触发Channel的Registered事件。

(4).对于服务端接受的客户端连接，如果首次注册，触发Channel的Active事件，如果已设置autoRead，则调用read()开始读取数据。

上面的条件isActive() 方法， NioServerSocketChannel接受的Channel此时已被激活

在NioServerSocketChannel中重写此方法：

最终调用到jdk中，bound初始定义为false；oldImpl 标识为false

最终isBound返回false；

所以 isActive() 返回false；

如果isActive返回true（例如使用旧socket导致oldImpl为true）此时跳入到下列方法中：

跳转到AbstractChannelHandlerContext类中的下列方法：

在 Outbound 事件(例如 Connect 事件)的传输过程中时, 我们也有类似的操作:

首先调用 findContextInbound, 从 Pipeline 的双向链表中中找到第一个属性 inbound 为真的 Context, 然后返回

调用这个 Context 的 invokeChannelActive

这个方法和 Outbound 的对应方法(例如 invokeConnect) 如出一辙. 同 Outbound 一样, 如果用户没有重写 channelActive 方法, 那么会调用 ChannelInboundHandlerAdapter 的 channelActive 方法，channelHandler相关内容后续学习。

isAutoRead方法默认返回true，于是进入到以下方法。

最终AbstractChannelHandlerContext中的read方法

findContextOutbound() 顾名思义, 它的作用是以当前 Context 为起点, 向 Pipeline 中的 Context 双向链表的前端寻找第一个 outbound属性为真的 Context(即关联着 ChannelOutboundHandler 的 Context), 然后返回.