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Netty 学习(五):服务端启动核心流程源码说明

作者: Grey

原文地址:

博客园:Netty 学习(五):服务端启动核心流程源码说明

CSDN:Netty 学习(五):服务端启动核心流程源码说明

说明

本文使用的 Netty 版本是 4.1.82.Final,

        <dependency>
            <groupId>io.netty</groupId>
            <artifactId>netty-all</artifactId>
            <version>4.1.82.Final</version>
        </dependency>

服务端在启动的时候,主要流程有如下几个

  1. 创建服务端的 Channel

  2. 初始化服务端的 Channel

  3. 注册 Selector

  4. 端口绑定

我们可以写一个简单的服务端代码,通过 Debug 的方式查看这几个关键流程的核心代码。

package source;

import io.netty.bootstrap.ServerBootstrap;
import io.netty.channel.ChannelFuture;
import io.netty.channel.ChannelHandlerContext;
import io.netty.channel.ChannelInboundHandlerAdapter;
import io.netty.channel.ChannelInitializer;
import io.netty.channel.EventLoopGroup;
import io.netty.channel.nio.NioEventLoopGroup;
import io.netty.channel.socket.SocketChannel;
import io.netty.channel.socket.nio.NioServerSocketChannel;

/**
 * 代码阅读
 *
 * @author <a href="mailto:410486047@qq.com">Grey</a>
 * @date 2022/9/12
 * @since
 */
public final class SimpleServer {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        // EventLoopGroup: 服务端的线程模型外观类。这个线程要做的事情
        // 就是不停地检测IO事件,处理IO事件,执行任务。
        EventLoopGroup bossGroup = new NioEventLoopGroup();
        EventLoopGroup workerGroup = new NioEventLoopGroup();
        try {
            // 服务端的一个启动辅助类。通过给它设置一系列参数来绑定端口启动服务。
            ServerBootstrap b = new ServerBootstrap();
            b
                    // 设置服务端的线程模型。
                    // bossGroup 负责不断接收新的连接,将新的连接交给 workerGroup 来处理。
                    .group(bossGroup, workerGroup)
                    // 设置服务端的 IO 类型是 NIO。Netty 通过指定 Channel 的类型来指定 IO 类型。
                    .channel(NioServerSocketChannel.class)
                    // 服务端启动过程中,需要经过哪些流程。
                    .handler(new ChannelInboundHandlerAdapter() {
                        @Override
                        public void channelActive(ChannelHandlerContext ctx) {
                            System.out.println("channelActive");
                        }

                        @Override
                        public void channelRegistered(ChannelHandlerContext ctx) {
                            System.out.println("channelRegistered");
                        }

                        @Override
                        public void handlerAdded(ChannelHandlerContext ctx) {
                            System.out.println("handlerAdded");
                        }
                    })
                    // 用于设置一系列 Handler 来处理每个连接的数据
                    .childHandler(new ChannelInitializer<SocketChannel>() {
                        @Override
                        protected void initChannel(SocketChannel socketChannel) {

                        }
                    });
            // 绑定端口同步等待。等服务端启动完毕,才会进入下一行代码
            ChannelFuture f = b.bind(8888).sync();
            // 等待服务端关闭端口绑定,这里的作用是让程序不会退出
            f.channel().closeFuture().sync();
        } finally {
            bossGroup.shutdownGracefully();
            workerGroup.shutdownGracefully();
        }
    }
}

通过

ChannelFuture f = b.bind(8888).sync();

bind方法,进入源码进行查看。

首先,进入的是AbstractBootstrap中,调用的最关键的方法是如下两个:

……
    private ChannelFuture doBind(final SocketAddress localAddress) {
        ……
        final ChannelFuture regFuture = initAndRegister();
        ……
        doBind0(regFuture, channel, localAddress, promise);
        ……
    }
……

进入initAndResgister()方法中

……
    final ChannelFuture initAndRegister() {
        ……
        // channel 的新建
        channel = channelFactory.newChannel();
        // channel 的初始化
        init(channel);
        ……
    }
……

这里完成了 Channel 的新建和初始化,Debug 进去,发现channelFactory.newChannel()实际上是调用了ReflectiveChannelFactorynewChannel方法,

public class ReflectiveChannelFactory<T extends Channel> implements ChannelFactory<T> {
……
    private final Constructor<? extends T> constructor;

    public ReflectiveChannelFactory(Class<? extends T> clazz) {
        ……
        this.constructor = clazz.getConstructor();
        ……
    }

    @Override
    public T newChannel() {
        ……
        return constructor.newInstance();
        ……
    }
……
}

这里调用了反射方法,其实就是将服务端代码中的这一行.channel(NioServerSocketChannel.class)中的NioServerSocketChannel.class传入进行对象创建,创建一个NioServerSocketChannel实例。

在创建NioServerSocketChannel的时候,调用了NioServerSocketChannel的构造方法,构造方法的主要逻辑如下

……
    public NioServerSocketChannel(SelectorProvider provider, InternetProtocolFamily family) {
        this(newChannel(provider, family));
    }
    public NioServerSocketChannel(ServerSocketChannel channel) {
        super(null, channel, SelectionKey.OP_ACCEPT);
        config = new NioServerSocketChannelConfig(this, javaChannel().socket());
    }
    private static ServerSocketChannel newChannel(SelectorProvider provider, InternetProtocolFamily family) {
        ……
            ServerSocketChannel channel =
                    SelectorProviderUtil.newChannel(OPEN_SERVER_SOCKET_CHANNEL_WITH_FAMILY, provider, family);
            return channel == null ? provider.openServerSocketChannel() : channel;
        ……
    }
……

其中provider.openServerSocketChannel()就是调用底层 JDK 的 API,获取了 JDK 底层的java.nio.channels.ServerSocketChannel

通过super(null, channel, SelectionKey.OP_ACCEPT);一路跟踪进去,进入AbstractNioChannel中,

   protected AbstractNioChannel(Channel parent, SelectableChannel ch, int readInterestOp) {
        super(parent);
        ……
        ch.configureBlocking(false);
        ……
    }

关键代码是ch.configureBlocking(false),设置 I/O 模型为非阻塞模式。

通过super(parent)跟踪上去,

    protected AbstractChannel(Channel parent) {
        this.parent = parent;
        id = newId();
        unsafe = newUnsafe();
        pipeline = newChannelPipeline();
    }

其中 id 是 Netty 中每条 Channel 的唯一标识。

以上就是服务端 Channel 的创建过程。

接下来是服务端 Channel 的初始化过程,回到AbstractBootstrap.initAndResgister()方法

……
    final ChannelFuture initAndRegister() {
        ……
        // channel 的新建
        channel = channelFactory.newChannel();
        // channel 的初始化
        init(channel);
        ……
    }
……

其中的init(channel)方法就是服务端的 Channel 的初始化过程,Debug 进入,发现是调用了ServerBootstrap.init(channel)方法,


    @Override
    void init(Channel channel) {
        ……
        // 设置一些 Channel 的属性和配置信息
        ……
        p.addLast(new ChannelInitializer<Channel>() {
            @Override
            public void initChannel(final Channel ch) {
                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));
                    }
                });
            }
        });
    }

其核心代码如上,主要用于定义服务端启动过程中需要执行哪些逻辑。主要分为两块:

  1. 一块是添加用户自定义的处理逻辑到服务端启动流程。

  2. 另一块是添加一个特殊的处理逻辑,ServerBootstrapAcceptor 是一个接入器,接受新请求,把新的请求传递给某个事件循环器。

以上就是服务端的 Channel 的初始化过程。接下来是服务端 Channel 的注册 Selector 的过程。

    @Override
    protected void doRegister() throws Exception {
        boolean selected = false;
        for (;;) {
            try {
                selectionKey = javaChannel().register(eventLoop().unwrappedSelector(), 0, this);
                return;
            } catch (CancelledKeyException e) {
                if (!selected) {
                    // Force the Selector to select now as the "canceled" SelectionKey may still be
                    // cached and not removed because no Select.select(..) operation was called yet.
                    eventLoop().selectNow();
                    selected = true;
                } else {
                    // We forced a select operation on the selector before but the SelectionKey is still cached
                    // for whatever reason. JDK bug ?
                    throw e;
                }
            }
        }
    }

在这个步骤中,我们可以看到关于 JDK 底层的操作

selectionKey = javaChannel().register(eventLoop().unwrappedSelector(), 0, this);

首先拿到在前面过程中创建的 JDK 底层的 Channel,然后调用 JDK 的 register() 方法,将 this 也即 NioServerSocketChannel 对象当作 attachment 绑定到 JDK 的 Selector 上,这样后续从 Selector 拿到对应的事件之后,就可以把 Netty 领域的 Channel 拿出来。

接下来是服务端绑定端口的逻辑,见AbstractBootstrap中的doBind0方法

    private static void doBind0(
            final ChannelFuture regFuture, final Channel channel,
            final SocketAddress localAddress, final ChannelPromise promise) {

        // This method is invoked before channelRegistered() is triggered.  Give user handlers a chance to set up
        // the pipeline in its channelRegistered() implementation.
        channel.eventLoop().execute(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                if (regFuture.isSuccess()) {
                    channel.bind(localAddress, promise).addListener(ChannelFutureListener.CLOSE_ON_FAILURE);
                } else {
                    promise.setFailure(regFuture.cause());
                }
            }
        });
    }

图例

本文所有图例见:processon: Netty学习笔记

代码

hello-netty

更多内容见:Netty专栏

参考资料

跟闪电侠学 Netty:Netty 即时聊天实战与底层原理

深度解析Netty源码

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