Netty源码分析(一) 服务端 Channel 创建原理

1. 唠叨

既然您点开此文,那您在工作或学习中一定使用过 Netty。Netty 不仅使用起来十分方便,而且,它的设计也非常优雅,值得我们学习研究。出于这点,我开始了对 Netty 源码的学习,同时也将学习所得及时分享。希望与您共勉,一起学习共同进步。

2. 使用 Netty

我们先从一段启动服务端的源码开始(下文会多次引用序号源码位置进行说明)

源码 1

        EventLoopGroup bossGroup = new NioEventLoopGroup(1);
        EventLoopGroup workerGroup = new NioEventLoopGroup();

        try {
            ServerBootstrap b = new ServerBootstrap();  // 1
            b.group(bossGroup, workerGroup)  // 2
                    .channel(NioServerSocketChannel.class)  // 3
                    .childOption(ChannelOption.TCP_NODELAY, true)  // 4
                    .childAttr(AttributeKey.newInstance("key"), "val")  // 5
                    .handler(new ServerHandler())   // 6
                    .childHandler(new ChannelInitializer<SocketChannel>() {  // 7
                        @Override
                        public void initChannel(SocketChannel ch) {
                            ChannelPipeline p = ch.pipeline();
                            if (sslCtx != null) {
                                 p.addLast(sslCtx.newHandler(ch.alloc()));
                            }
                            p.addLast(new LoggingHandler(LogLevel.INFO));
                            p.addLast(serverHandler);
                        }
                    });

            // Start the server.
            ChannelFuture f = b.bind(8888).sync();  // 8
            // Wait until the server socket is closed.
            f.channel().closeFuture().sync();  // 9
        } finally {
            // Shut down all event loops to terminate all threads.
            bossGroup.shutdownGracefully();   // 10
            workerGroup.shutdownGracefully();  // 11
        }

3. 服务端 Channel 创建

(重点)在一头扎进细节(源码)之前,我们应该把握住大局(主线流程)。以便在细致的学习中不迷失。下面是 Netty 创建服务端 Channel 的主线,请牢记。

1. ServerBootstrap.bind(int inetPort) 
2. bind(SocketAddress localAddress) 
3. oBind
4. initAndRegister
5. ReflectiveChannelFactory.newChannel

3.1 一起看源码

现在最好打开您的 IDE 我们一起走一遍上面的流程。您发现 ReflectiveChannelFactory 的 newChannel 最终通过如下源码为我们创建了服务端 Channel。
源码 2

    public T newChannel() {
        try {
            return clazz.newInstance();
        } catch (Throwable t) {
            throw new ChannelException("Unable to create Channel from class " + clazz, t);
        }
    }

恭喜您,您已经掌握了服务端 Channel 的创建原理。等等... 这 clazz 是什么?
你(作者)来看看我的 IDE,newChannel 有那么多实现类,为什么就是 ReflectiveChannelFactory 的实现?


ReflectiveChannelFactory.newChannel

以上这些问题还没解决呢,你在忽悠我吧!
先别急,您也不用怀疑,流程就是这么简单。返回的结果就是这个 clazz 的默认构造函数。
还有为什么是 ReflectiveChannelFactory 的实现?想知道吗?那我们继续?(网络真好,我卖关子,你能怎样)

3.2 为什么是 ReflectiveChannelFactory

我们先来看下 initAndRegister 的源码,channelFactory 是否是 ReflectiveChannelFactory 的实例?channelFactory 是何时初始化的?

源码 3

  final ChannelFuture initAndRegister() {
        // 省略...
            channel = channelFactory.newChannel();
        // 省略...
  }

(唠叨)等等... initAndRegister 是什么?看来您已经把我前面画的重点忘了?;故抢鲜祷氐角懊娲蚩?IDE 一起走一遍流程吧,一定吃透主流程,吃透主流程,吃透主流程。
以上都理解后,我们来看看 channelFactory 的初始化

源码 4

   public B channel(Class<? extends C> channelClass) {
        // 省略
        return channelFactory(new ReflectiveChannelFactory<C>(channelClass));
    }
    public B channelFactory(ChannelFactory<? extends C> channelFactory) {
        // 省略
        this.channelFactory = channelFactory;
        return (B) this;
    }

以上代码,是在 源码 1 ,标注 3 处,调用的 .channel(NioServerSocketChannel.class)方法,并传入了 NioServerSocketChannel.class。最终,我们实例化了 ReflectiveChannelFactory 并将它保存在 channelFactory 中。至此,我们知道了为什么是 ReflectiveChannelFactory。

3.3 clazz 是什么

我们一起来看 ReflectiveChannelFactory 的构造函数。clazz 是在构造 ReflectiveChannelFactory 时传入的。
源码 5

  public ReflectiveChannelFactory(Class<? extends T> clazz) {
        if (clazz == null) {
            throw new NullPointerException("clazz");
        }
        this.clazz = clazz;
    }

那 ReflectiveChannelFactory 又是如何构造的呢?需要我们回到 源码 4 我们在构造 ReflectiveChannelFactory 时传入了 channelClass,而 channelClass 就是 NioServerSocketChannel.class。所以 clazz 是 NioServerSocketChannel。

3.4 NioServerSocketChannel

至此,我们知道服务端 Channel 就是通过 NioServerSocketChannel 的默认构造器创建的。那我们一起看看 NioServerSocketChannel 的默认构造器做了什么。
源码 6

    public NioServerSocketChannel() {
        this(newSocket(DEFAULT_SELECTOR_PROVIDER)); 
    }

首先调用 newSocket 方法,并处传入 DEFAULT_SELECTOR_PROVIDER,而 DEFAULT_SELECTOR_PROVIDER 就是 JDK 自带的 java.nio.channels.spi.SelectorProvider

private static final SelectorProvider DEFAULT_SELECTOR_PROVIDER = SelectorProvider.provider();

我们继续看 newSocket 方法。
源码 7

    private static ServerSocketChannel newSocket(SelectorProvider provider) {
        try {
            /**
             *  Use the {@link SelectorProvider} to open {@link SocketChannel} and so remove condition in
             *  {@link SelectorProvider#provider()} which is called by each ServerSocketChannel.open() otherwise.
             *
             *  See <a >#2308</a>.
             */
            return provider.openServerSocketChannel(); 
        } catch (IOException e) {
            throw new ChannelException(
                    "Failed to open a server socket.", e);
        }
    }

newSocket 方法很简单,通过 provider.openServerSocketChannel() 返回了 ServerSocketChannel。最后,源码 6 将 ServerSocketChannel 传给包含一个参数的构造器。该方法有继续调用父类构造函数,最终将 ServerSocketChannel 保存在 AbstractNioChannel 的 ch 实例变量中。
源码 8

    public NioServerSocketChannel(ServerSocketChannel channel) {
        super(null, channel, SelectionKey.OP_ACCEPT);
        config = new NioServerSocketChannelConfig(this, javaChannel().socket());
    }

注:这里还创建了 NioServerSocketChannelConfig 对象,服务端的配置信息会存在 config 中,我们之后的学习中会遇到。

通过以上分析,相信您已经掌握了服务端 Channel 的创建原理。
最后,感谢您的阅读,希望以上内容对您有所帮助。如果有疑问,欢迎留言与我讨论。

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