一文讲透Netty核心源码

末蓝、 2023-10-04 23:18 65阅读 0赞

### 1. Netty是什么 ###

Netty是 一个异步的，事件驱动的网络应用程序框架，基于Java Nio的Api实现 ...

> 定义较长，看完估计 懂的人感觉没营养，不懂的人依然茫然；不妨换个角度理解下

大部分同学对Spring Mvc、Mybatis框架很熟悉，对其所实现功能、提供哪些Api 都了然于大脑。

**Netty框架与Java Nio之间关系， 类似于 Spring Mvc框架与Java Servlet ，Mybatis框架与Jdbc 之间的关系；** 框架会让对应的功能开发更简洁、高效。

基于Spring Mvc框架开发web服务端应用，通常只需开发出 Controller、通用拦截器、参数/返回值解析器（框架有已提供多个选项）。

基于netty框架开发 Nio服务端应用，通常也只需开发出 请求处理器、通用过滤器、编/解码器（框架有已提供多个选项）。

> netty与spring mvc 工作层次和原理很不一样，以上只是从框架对功能封装角度进行类比

### 2. 换个方式理解Netty Nio通讯 ###

#### 2.1 借助一个生活中的例子 ####

假设你是老板，需要开家电话客服公司；提供的服务很简单：接电话并与用户沟通。

你为了更高效的服务大量用户，准备设置两个团队A和B，职责分派如下：

*  A团队：守着呼叫总台，接听并转交给B团队某一个人的电话
 *  B团队：守着自己的工位电话，记录转交来的用户电话号码并与用户进行沟通

A团队活少，理论上可多个人干，你公司初期接听业务量不大，一个人即可；

B团队活多，理论上一个人干也行，通常会多个人一起干（按公司业务量分配）。

![format_png][]

在开工前你准备好办公场所，为了节省人力成本、你分别告诉A和B职位的中介，等有活时在招聘对应人过来，一旦人招聘来之后，就按对应工位的工作职责夜以继日的干活。

等一切就绪之后，你给A团队工位1扔去第一个任务（开机）并告诉中介A找人干活，然后就坐到一边休息去了。

![format_png 1][]

A1员工开启呼叫台后，就能接到广大用户的咨询电话，当来电话后，A1员工将对应呼叫信息包装成任务【和老板的沟通方式一致】扔给B团队中的某一个工位任务表，若工位没人则告诉中介B找人干活。

![format_png 2][]

【故事end】

故事核心角色有 老板、A团队员工、A团队人力中介、B团队员工、B团队人力中介；重点要理解各角色的职责、交互方式（若已阅读过源码应该能对应到netty的各个组件）。

> AB团队的员工在处理大多数任务时，会按照固定的流程 **顺序**或**倒序**执行，下文用netty组件描述；暂不用故事描述了（否则题主讲的难受，读者看的更难受）

#### 2.2 Netty交互流程 ####

BossGroup(A团队)主要处理连接事件，各组件间关系，核心交互流程如下

![format_png 3][]

*  ThreadPreTaskExecutor： 每次执行任务会创建新线程执行任务，NioEventLoopGroup 持有该线程池属性
 *  NioEventLoopGroup：是线程池组 或 线程池集群，启动netty server的线程（幕后老板）提交任务到bossGroup，bossGroup轮询选择一个NioEventLoop并提交任务到任务队列中
 *  NioEventLoop：仅有一个线程的线程池，当往线程池第一次提交任务时，通过ThreadPreTaskExecutor创建线程并赋值给NioEventLoop.thread属性，并且持有nio selector
 *  连接op\_accept事件select出之后，会交给NioServerSocketChannel的内部Unsafe对象进行read（op\_accept事件读取的是连接），之后会通过pipeline方法传播channelRead事件
 *  Channel：netty server程序中有NioServerSocketChannel(端口监听channel)，NioSocketChannel(与client通讯channel)；
 *  各自封装了jdk nio channel，扩展了bind、connect、register、close、read、write等io事件；其内部类UnSafe主要用于和jdk nio 中的类进行交互
 *  ChannelPipeline：与channel对象相互引用 ，内部包装了ChannelHandler链，类似于过滤器中的 FilterChain。

![format_png 4][]

workGroup读取client消息与bossGroup读取client连接 流程基本一致，内容不一样而已；

业务handler处理完请求后通常会调用netty Channel的writeAndFlush方法、再经过ChannelPipeline中的ChannelHandler链传播到内部Unsafe对象，最终调用javachannel的write方法写出响应给client。

**read 与 write对比**

*  read消息，消息到网卡，经过nio selector 后传播到应用程序的ChannelHandler，从外向内传播（inbound 事件），对应用程序来说被动接收

**jdkChannel（read到了消息) → unsafe → pipeline → head → businessHandler → tail**

*  write返回值，应用程序调用channel.write方法后传播到Javachannel.write 写出到网卡并发送，从内向外传播（outbound 事件），是应用程序主动发起

**nettychannel → pipeline → tail → businessHandler → head → unsafe → jdkChannel**

### 3. Netty组件详解 ###

**inbound、outbound 唯一区别是事件传播方向不一样**，从Java nio层 向 应用程序层(netty代码和用户代码) 方法传播 是inbound事件，从应用程序层方法 向 Java nio层传播 是 outbound事件。

![format_png 5][]

**inbound事件不一定都是由client发起，也可能是netty server自身发起的。**

如：channel注册功能，从netty框架代码经过pipeline传播到Java nio层 属于outbound事件

当注册完成之后，netty框架会反方向(从Java nio层向应用程序层方法)传播 channelRegistered (inbound事件)

*  ChannelOutboundInvoker ：用于传播outbound事件（如：writeAndFlush）
 *  ChannelInboundInvoker ：用于传播Inbound事件 (如：fireChannelRead)
 *  ChannelOutboundHandler ：处理outbound事件业务逻辑（如：bind，write，connect）
 *  ChannelInboundHandler ：处理inbound事件逻辑 (如：channelActive，channelRead)
 *  ChannelPipeline、ChannelHandlerContext 组件都实现了ChannelOutboundInvoker与ChannelInboundInvoker，两者都可传递inbound和outbound事件
 *  Channel组件只实现了ChannelOutboundInvoker，若阅读到对应代码，可能会疑问：为什么只实现了ChannelOutboundInvoker？难道不能传播inbound事件？

> 通过上面流程得知所有的io事件都会经过Channel， 题主认为不实现ChannelInboundInvoker是因为用不到，原因如下：

1.  inbound事件是从 jdk nio 层 向应用程序层传播，通过 javachannel可以引用获取到nettychannel进而能引用到unsafe对象，直接调用unsafe或pipeline进行传播事件即可，netty内部也是这么操作的。
2.  outbound事件是从应用程序层向jdk nio 层传播，需要提供对应的write、bind、close、等方法给调用方使用。

ChannelPipeline中的ChannelHandler在被添加时会包装成ChannelHandlerContext，具体的某一个ChannelHandler可只处理inbound或outbound事件。

**但每个ChannelHandlerContext对象都具有传播inbound和outbound事件的能力，才能传播所有事件。**

HeadContext特殊性

1.  实现了inbound与outbound接口但强制设置inbound为false（题主对这里理解还不成熟、暂不表述）
2.  head比tail多了个unsafe属性，从调用层次来看head紧挨着unsafe，事件传播时会相互调用
    
        final class HeadContext extends AbstractChannelHandlerContext
                implements ChannelOutboundHandler, ChannelInboundHandler {
        
            /**
             * HeadContext比TailContext多了个 unsafe属性
             */
            private final Unsafe unsafe; 
        
            HeadContext(DefaultChannelPipeline pipeline) {
                super(pipeline, null, HEAD_NAME, false(inbound), true(outbound));
                unsafe = pipeline.channel().unsafe();
                setAddComplete();
            }
            。。。
        复制代码
    
    \}

### 4. 走读Netty Nio代码 ###

netty server启动四大步骤

1.  创建NioServerSocketChannel
2.  初始化NioServerSocketChannel参数
3.  注册channel到selector
4.  绑定端口

> 端口绑定后，可接受客户端连接，并收发消息

> 注意Main线程、boss io线程、worker io线程之间的交互

> 代码流程较长、建议在电脑端对着源码阅读

![format_png 6][]

### 5. 本文作者及团队介绍 ###

「**三翼鸟\*\*\*\*数字化技术平台-智能运营平台**」以用户行为数据为基础，利用推荐引擎为用户提供“千人千面”的个性化推荐服务，改善用户体验，持续提升核心业务指标。通过构建高效、智能的线上运营系统，全面整合数据资产，实现数据分析-人群圈选-用户触达-后效分析-策略优化的运营闭环，并提供可视化报表，一站式操作提升数字化运营效率。

作者：三翼鸟数字化技术团队  
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