我是怎样阅读 Netty Channel 源码的

Channel 功能说明

我在使用 ServerBootstrap 来创建服务的时候通过 channel(NioServerSocketChannel.class) 来设置 Channel, 那么 Channel 的主要作用是什么呢?

在分析 Channel 之前, 需要先弄懂 NioServerSocketChannel 类, 它的功能对于 JDK NIO 类库中的
ServerSocketChannel 类, 它是用来监听TCP连接的(并不管读写).

而 NioServerSocketChannel 最主要就是实现 Channel 接口. Channel 接口, 采用 Facade 模式进行统一封装, 将网络的读、写, 客户端发起连接, 主动关闭连接, 链路关闭, 获取通信双方的网络地址等.

Channel 接口下有一个重要的抽象类 AbstractChannel, 一些公共的基础方法都在这个抽象类中实现, 而特定一些功能, 都可以通过各个不同的实现类去实现, 这样最大程度的实现功能和接口的重用.

为什么不实用 JDK NIO 原生的 Channel 而要另起炉灶呢?

1. JDK SocketChannel 和 ServerSocketChannel 没有统一的 Channel.
2. JDK 的 SocketChannel 和 ServerSocketChannel 的主要职责就是网络 IO 操作, 由于他们的 SPI 类接口, 由具体的虚拟机厂家提供, 所以通过继承 SPI 功能类来扩展其功能的难度很大; SocketChannel 和 ServerSocketChannel 抽象类, 其工作量和重新开发一个新的 Channel 功能类是差不多的.
3. Netty 的 Channel 需要能够跟 Netty 的整体架构融合在一起, 例如 IO 模型、基于 ChannelPipeline 的定制模型, 以及基于元数据描述配置化的 TCP 参数等, 这些 JDK 的 SocketChannel 和 ServerSocketChannel 都没有提供, 需要重新封装.
4. 自定义的 Channel, 功能实现更加灵活.

Channel 方法介绍

Channel read(): 从当前的 Channel 中读取数据到第一个 inbound 缓冲区中, 如果数据被成功读取, 触发 ChannelHandler.channelRead(ChannelHandlerContext, Object) 事件.

读取操作 API 调用完成之后, 紧接着会触发 ChannelHandler.channelReadComplete(ChannelHandlerContext) 事件, 这样业务的 ChannelHandler 可以决定是否需要继承读取数据. 如果已经有读操作请求被挂起, 则后续的读操作会被忽略.

ChannelFuture write(Object): 请求将当前的 msg 通过 ChannelPipeline 写入到目标 Channel 中. 注意, write 操作只是将消息存入到消息发送环数组中, 并没有真正被发送, 只有调用 flush 操作才会被写入到 Channel 中, 发送给对方.

ChannelFuture write(Object, ChannelPromise): 功能与 Channel read() 相同, 但是携带了 ChannelPromise 参数负责设置写入操作的结果.

ChannelFuture writeAndFlush(Objec, ChannelPromise): 与上面方法功能类似, 不同之处在于它会将消息写入 Channel 中发送, 等价于单独调用 write 和 flush 操作的组合.

Channel flush(): 将之前写入到发送环形中的消息全部写入到目标 Channel 中, 发送给通信对方.

ChannelFuture close(ChannelPromise): 主动关闭当前连接, 通过 ChannelPromise 设置操作结果并执行结果通知, 无论操作是否成功, 都可以通过 ChannelPromise 获取操作结果. 该操作会级联触发 ChannelPipeline 中所有 ChannelHandler 的 ChannelHandler.close(ChannelHandlerContext, ChannelPromise) 事件.

ChannelFuture disconnect(ChannelPromise): 请求断开与远程通信对端的连接并使用 ChannelPromise 来获取操作结果的通知消息. 该方法会级联触发 ChannelHandler.disconnect(ChannelHandlerContext, ChannelPromise) 事件.

ChannelFuture connect(SocketAddress remoteAddress): 客户端使用指定的服务端地址 remoteAddress 发起连接请求, 如果连接因为应答超时而失败, ChannelFuture 中的操作结果就是 ConnectTimeoutException 异常; 如果连接被拒绝, 操作结果为 ConnectException. 该方法会级联触发 ChannelHandler.connect(ChannelHandlerContext, SocketAddress, SocketAddress, ChannelPromise) 事件.

ChannelFuture bind(SocketAddress localAddress): 绑定指定的本地 Socket 地址 localAddress, 该方法会级联触发 ChannelHandler.bind(ChannelHandlerContext, SocketAddress, ChannelPromise) 事件.

ChannelConfig config(): 获取当前 Channel 的配置信息, 例如 CONNECT_TIMEOUT_MILLIS.

boolean isOpen(): 判断当前 Channel 是否已经打开.

boolean isRegistered(): 判断当前 Channel 是否已经注册到 EventLoop 上.

boolean isActive(): 判断当前 Channel 是否已经处于激活状态.

ChannelMetadata metadata(): 获取当前 Channel 的元数据描述信息, 包括 TCP 参数配置等.

SocketAddress localAddress(): 获取当前 Channel 的本地绑定地址.

SocketAddress remoteAddress(): 获取当前 Channel 通信的远程 Socket 地址.

eventLoop(): Channel 需要注册到 EventLoop 的多路复用器上, 用于处理 IO 事件, 通过 eventLoop() 方法可以获取到 Channel 上注册的 EventLoop. EventLoop 本质上就是处理网络读写事件的 Reactor 线程. 也可以用来执行定时任务和用户自定义 NioTask 等任务.

id(): 它返回 ChannelId 对象, 是 Channel 的唯一标识, 它的可能生成策略如下:

1. 机器的 MAC 地址(EUI-48 或 EUI-64) 等可以代表全局唯一的信息;
2. 当前的进程 ID;
3. 当前系统的毫秒-- System.currentTimeMillis();
4. 当前系统的纳秒-- System.nanoTime();
5. 32 位的随机整数;
6. 32 位自增的序列数.

AbstractChannel 源码分析

AstractChannel 聚合了所有 Channel 使用到的对象, 由 AbstractChannel 提供初始化和统一封装, 如果功能和具体子类相关, 则定义成抽象方法由子类具体实现.

static final ClosedChannelException CLOSED_CHANNEL_EXCEPTION = new ClosedChannelException();
static final NotYetConnectedException NOT_YET_CONNECTED_EXCEPTION = new NotYetConnectedException();

static {
    CLOSED_CHANNEL_EXCEPTION.setStackTrace(EmptyArrays.EMPTY_STACK_TRACE);
    NOT_YET_CONNECTED_EXCEPTION.setStackTrace(EmptyArrays.EMPTY_STACK_TRACE);
}

private MessageSizeEstimator.Handle estimatorHandle;

private final Channel parent;
private final ChannelId id = DefaultChannelId.newInstance();
private final Unsafe unsafe;
private final DefaultChannelPipeline pipeline;
private final ChannelFuture succeededFuture = new SucceededChannelFuture(this, null);
private final VoidChannelPromise voidPromise = new VoidChannelPromise(this, true);
private final VoidChannelPromise unsafeVoidPromise = new VoidChannelPromise(this, false);
private final CloseFuture closeFuture = new CloseFuture(this);

....

protected AbstractChannel(Channel parent, EventLoop eventLoop) {
    this.parent = parent;
    this.eventLoop = validate(eventLoop);
    unsafe = newUnsafe();
    pipeline = new DefaultChannelPipeline(this);
}

每一个 Channel 中包含一个 ChannelPipeline. 在 AbstractChannel 的构造方法中初始化. AbstractChannel 也提供了一些公共 API 的具体实现, 例如 localAddress() 和 remoteAddress().

当 Channel 进行 IO 操作时会产生对应的 IO 事件, 然后驱动事件在 ChannelPipeline 中传播, 由对应的 ChannelHandler 对事件进行拦截和处理, 不关心的事件可以直接忽略.

网络 IO 操作直接调用 DefaultChannelPipeline 的相关方法, 由 DefaultChannelPipeline 中对应的 ChannelHandler 进行具体逻辑的处理.