Netty源码分析

引子

在学习Netty的过程中，涉及到很多Java NIO和多线程编程的知识，为此边学边将这些东西进行梳理，帮助理解。

Socket通信

上学学习Linux中Socket通信的时候，课本上就是用这张经典图片来描述客户端和服务器之间的Socket通信交互。

Socket通信交互

NIO实现客户端和服务端通信

在NIO中引入了通道和选择器的概念来实现IO的多路复用，下面是一个完整的示例代码来描述这个使用过程。

        // 创建一个ServerSocketChannel示例
        ServerSocketChannel serverSocketChannel = ServerSocketChannel.open();

        // 通道设置为非阻塞模式以支持选择器的多路复用
        serverSocketChannel.configureBlocking(false);

        // 获取java底层的ServerSocket
        ServerSocket serverSocket = serverSocketChannel.socket();

        serverSocket.setReuseAddress(true);

        // 绑定地址和端口号:127.0.0.1:8080
        serverSocket.bind(new InetSocketAddress(8080));

        // 创建一个选择器
        Selector selector = Selector.open();

        // 将服务端通道注册到选择器中，并表示对accept事件感兴趣
        serverSocketChannel.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT);

        // 启动客户端
        startClient();

        // 死循环，轮询获取选择器的最新触发的事件
        while(true) {

            // 执行选择器的选择操作
            //如果条件成立，说明本次询问selector，并没有获取到任何准备好的、感兴趣的事件
            if(selector.select(100) == 0) {
                continue;
            }

            // 取出已经触发的事件
            Iterator<SelectionKey> selectionKeys = selector.
                    selectedKeys().iterator();

            // 遍历事件
            while(selectionKeys.hasNext()) {

                // 取出事件的Key
                SelectionKey readyKey = selectionKeys.next();

                // 将当前事件的key从集合中删除，防止下次重复处理
                selectionKeys.remove();

                SelectableChannel selectableChannel = readyKey.channel();

                if(readyKey.isValid() && readyKey.isAcceptable()) {

                    ServerSocketChannel serverChannel = (ServerSocketChannel)selectableChannel;

                    java.nio.channels.SocketChannel socketChannel = serverChannel.accept();

                    socketChannel.configureBlocking(false);
                    socketChannel.register(selector, SelectionKey.OP_READ , ByteBuffer.allocate(2048));
                    System.out.println("accept operation");
                } else if(readyKey.isValid() && readyKey.isConnectable()) {
                    System.out.println("connect operation");
                } else if(readyKey.isValid() && readyKey.isReadable()) {
                    System.out.println("read operation");
                }
            }
        }

示例中startClient()方法用于在定时任务中模拟客户端发出请求：

        ScheduledThreadPoolExecutor scheduled = new ScheduledThreadPoolExecutor(2);
        scheduled.scheduleAtFixedRate(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                try {
                      SocketChannel socketChannel =SocketChannel.open(new InetSocketAddress(8080){});
                } catch (IOException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }, 0, 4, TimeUnit.SECONDS);//0表示首次执行任务的延迟时间，40表示每次执行任务的间隔时间，TimeUnit.MILLISECONDS执行的时间间隔数值单位

这样每隔四秒，客户端向服务器发出一次连接，服务器接收到连接后，选择器select出一个accept事件，由此创建socketChannel，并注册到选择器中，这样后面这个新连接接入的客户端通道的读写事件就可以也被选择器select出来并处理了。所以这个示例中客户端和服务端的通道都被注册到了选择器中的。

Netty实现

Netty对Java NIO进行封装，简化客户端和服务器之间的通信过程。从BootStrap.bind()方法分析服务端初始化过程，可以看出主要实现下面几步：

1. 服务端通道ServerSocketChannel绑定指定端口号
2. 创建服务端Channel，向选择器Selector注册，表明对accept事件感兴趣。
3. 新建一个线程，在线程内部执行死循环，去轮询针对选择器执行select()操作，判断当前触发了什么事件，并进行相应处理。
   光看这几步发现和NIO中的内容是一样的，但不仅是这些实现，还加入了多线程相关的技术，所以值得我们深入分析内部实现。

参考文章

• https://segmentfault.com/q/1010000016888465 Netty内部实现ServerSocketChannel向选择器注册的时候interestops字段为0，如果单就这个配置来看，选择器是不会select出accept事件的，这篇文章对这个问题进行了解答。
• https://blog.csdn.net/u010963948/article/details/78507255 这篇文章介绍了使用Java NIO来实现客户端和服务器之间的Socket通信。