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Netty Review - ServerBootstrap源码解析

Netty Review - NioServerSocketChannel源码分析

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Netty主从Reactor线程模型

Netty 使用主从 Reactor 线程模型来处理并发连接和网络事件。

在 Netty 中，通常有两种类型的线程池：

1. Boss 线程池：用于接受客户端连接请求，并将接受到的连接注册到 Worker 线程池的 EventLoop 中。Boss 线程池中的线程负责监听 ServerSocketChannel，并将接受到的连接分配给 Worker 线程池中的某个 EventLoop 处理。

2. Worker 线程池：每个 Worker 线程池包含多个 EventLoop，每个 EventLoop 负责处理一组连接的读写和事件处理。当一个连接被注册到某个 Worker 线程池的 EventLoop 中时，该 EventLoop 将负责处理这个连接的所有事件，包括读取数据、写入数据、处理网络事件等。

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主从 Reactor 线程模型的工作流程如下：

1. 主线程池（Boss 线程池）负责监听 ServerSocketChannel 上的连接请求，并将接受到的连接请求分配给 Worker 线程池中的某个 EventLoop。

2. Worker 线程池中的每个 EventLoop 都独立负责一组连接的读写和事件处理。当一个连接被注册到某个 EventLoop 上时，该 EventLoop 将会不断地轮询连接上是否有可读事件或可写事件，并在事件发生时进行相应的处理。

3. 当有读写事件发生时，EventLoop 将调用对应的 ChannelHandler 进行处理。这些 ChannelHandler 可以进行数据解析、业务逻辑处理等操作。

4. 处理完事件后，EventLoop 可能会将结果写回到连接中，或者关闭连接等。

通过主从 Reactor 线程模型，Netty 可以高效地处理大量的并发连接和网络事件，提高了网络应用程序的性能和可扩展性。

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服务端channel注册流程

在Netty中，服务端Channel注册流程涉及以下几个关键步骤：

1. 创建ServerBootstrap实例: 首先，需要创建一个ServerBootstrap实例，它是Netty提供的用于启动服务端的引导类。

2. 配置ServerBootstrap: 使用ServerBootstrap实例，设置一系列参数，包括线程模型、Channel类型、处理器等。

3. 绑定端口并启动服务: 调用ServerBootstrap的bind方法，指定端口并启动服务端。在bind方法内部，会进行以下操作：

   • 创建NioServerSocketChannel实例：用于表示服务端的Channel，内部封装了Java NIO中的ServerSocketChannel。

   • 初始化ChannelPipeline：为NioServerSocketChannel实例创建一个ChannelPipeline对象，用于管理ChannelHandler链。

   • 创建ChannelInitializer并添加到ChannelPipeline：ChannelInitializer是一个特殊的ChannelHandler，它用于在Channel注册到EventLoop之后初始化ChannelPipeline。在ChannelInitializer的initChannel方法中，可以向ChannelPipeline中添加自定义的ChannelHandler。

   • 获取EventLoopGroup并注册Channel：从ServerBootstrap中获取Boss EventLoopGroup，然后调用其register方法注册NioServerSocketChannel到EventLoop上。

4. 注册Channel到EventLoop: 在调用register方法时，会将NioServerSocketChannel注册到Boss EventLoop上。在注册过程中，会执行以下操作：

   • 获取EventLoop：根据配置，从Boss EventLoopGroup中选择一个EventLoop。

   • 调用EventLoop的register方法：将NioServerSocketChannel注册到选定的EventLoop上。注册过程中，会创建一个NioServerSocketChannelUnsafe实例来处理注册过程，其中会调用底层的Java NIO方法将ServerSocketChannel注册到Selector上，并监听ACCEPT事件。

5. 事件处理: 一旦NioServerSocketChannel注册到了EventLoop上，就会开始监听ACCEPT事件。当有新的连接接入时，会触发ACCEPT事件，EventLoop会调用相关的ChannelHandler进行处理，如调用ChannelInitializer的initChannel方法，添加用户自定义的ChannelHandler到新的连接的ChannelPipeline中。接着，新的连接就可以接受和处理客户端的请求了。

通过以上流程，服务端Channel在Netty中的注册过程就完成了，它可以接受客户端的连接，并将连接注册到EventLoop上进行事件处理。

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源码解读

当我们梳理完

Netty Review - ServerBootstrap源码解析

Netty Review - NioServerSocketChannel源码分析

接下来让我们从下面这一行代码开始

ChannelFuture channelFuture = serverBootstrap.bind(9000).sync();
channelFuture.channel().closeFuture().sync();

这段代码用于启动服务端并阻塞当前线程直到服务端关闭。

1. serverBootstrap.bind(9000)：调用serverBootstrap的bind()方法绑定端口9000，并返回一个ChannelFuture对象，表示绑定操作的异步结果。

2. .sync()：调用sync()方法阻塞当前线程，直到绑定操作完成。这样做是为了确保服务端在端口绑定完成后再继续执行后续代码。

3. channelFuture.channel().closeFuture().sync()：获取channelFuture中的channel()，然后调用其closeFuture()方法获取一个表示关闭操作的ChannelFuture对象。接着，再次调用sync()方法阻塞当前线程，直到关闭操作完成。这样做是为了让当前线程一直等待直到服务端关闭。

入口 serverBootstrap.bind(port)

这段代码是bind(int inetPort)方法的实现。让我们逐步解释其含义：

/*** Create a new {@link Channel} and bind it.*/
public ChannelFuture bind(int inetPort) {// 调用bind方法，传入一个InetSocketAddress对象，该对象使用指定的端口号创建return bind(new InetSocketAddress(inetPort));
}

创建一个新的Channel并绑定到指定的端口。

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doBind(final SocketAddress localAddress)

这段代码是doBind(final SocketAddress localAddress)方法的实现。

private ChannelFuture doBind(final SocketAddress localAddress) {// 初始化并注册Channel，并返回一个ChannelFuturefinal ChannelFuture regFuture = initAndRegister();// 获取注册完成的Channelfinal Channel channel = regFuture.channel();// 如果注册过程中发生异常，则直接返回注册的ChannelFutureif (regFuture.cause() != null) {return regFuture;}if (regFuture.isDone()) {// 如果注册已经完成，则创建一个新的ChannelPromise，并执行绑定操作ChannelPromise promise = channel.newPromise();doBind0(regFuture, channel, localAddress, promise);return promise;} else {// 如果注册尚未完成，则创建一个PendingRegistrationPromise，并添加一个监听器等待注册完成后再执行绑定操作final PendingRegistrationPromise promise = new PendingRegistrationPromise(channel);regFuture.addListener(new ChannelFutureListener() {@Overridepublic void operationComplete(ChannelFuture future) throws Exception {Throwable cause = future.cause();if (cause != null) {// 如果注册过程中发生异常，则直接设置失败状态promise.setFailure(cause);} else {// 注册成功后执行绑定操作promise.registered();doBind0(regFuture, channel, localAddress, promise);}}});return promise;}
}

这段代码的作用是执行绑定操作，并返回一个与绑定操作相关的ChannelFuture。

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initAndRegister()

final ChannelFuture initAndRegister() {Channel channel = null;try {// 使用channelFactory创建一个新的Channel实例channel = channelFactory.newChannel();// 对新创建的Channel进行初始化init(channel);} catch (Throwable t) {if (channel != null) {// 如果初始化过程中发生异常，关闭Channelchannel.unsafe().closeForcibly();// 创建一个新的ChannelPromise，并设置失败状态return new DefaultChannelPromise(channel, GlobalEventExecutor.INSTANCE).setFailure(t);}// 如果channel为null，则创建一个FailedChannel实例，并设置失败状态return new DefaultChannelPromise(new FailedChannel(), GlobalEventExecutor.INSTANCE).setFailure(t);}// 使用ChannelConfig的EventLoopGroup进行注册ChannelFuture regFuture = config().group().register(channel);// 如果注册过程中发生异常，则关闭Channelif (regFuture.cause() != null) {if (channel.isRegistered()) {channel.close();} else {channel.unsafe().closeForcibly();}}// 返回注册的ChannelFuturereturn regFuture;
}

创建一个新的Channel实例并对其进行初始化，然后使用EventLoopGroup将其注册到事件循环中。最后返回一个与注册操作相关的ChannelFuture。

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channelFactory.newChannel()

channelFactory.newChannel() 中的实现，请移步 Netty Review - NioServerSocketChannel源码分析

init(channel)

@Override
void init(Channel channel) throws Exception {// 设置Channel的选项final Map<ChannelOption<?>, Object> options = options0();synchronized (options) {setChannelOptions(channel, options, logger);}// 设置Channel的属性final Map<AttributeKey<?>, Object> attrs = attrs0();synchronized (attrs) {for (Entry<AttributeKey<?>, Object> e: attrs.entrySet()) {@SuppressWarnings("unchecked")AttributeKey<Object> key = (AttributeKey<Object>) e.getKey();channel.attr(key).set(e.getValue());}}// 获取Channel的PipelineChannelPipeline p = channel.pipeline();// 复制当前的子组、子处理器、子选项和子属性final EventLoopGroup currentChildGroup = childGroup;final ChannelHandler currentChildHandler = childHandler;final Entry<ChannelOption<?>, Object>[] currentChildOptions;final Entry<AttributeKey<?>, Object>[] currentChildAttrs;synchronized (childOptions) {currentChildOptions = childOptions.entrySet().toArray(newOptionArray(0));}synchronized (childAttrs) {currentChildAttrs = childAttrs.entrySet().toArray(newAttrArray(0));}// 向Channel的Pipeline中添加一个ChannelInitializerp.addLast(new ChannelInitializer<Channel>() {@Overridepublic void initChannel(final Channel ch) throws Exception {final ChannelPipeline pipeline = ch.pipeline();ChannelHandler handler = config.handler();if (handler != null) {// 添加用户配置的处理器到Pipeline中pipeline.addLast(handler);}// 在Channel的事件循环中执行ch.eventLoop().execute(new Runnable() {@Overridepublic void run() {// 添加一个ServerBootstrapAcceptor到Pipeline中，用于接收新连接pipeline.addLast(new ServerBootstrapAcceptor(ch, currentChildGroup, currentChildHandler, currentChildOptions, currentChildAttrs));}});}});
}

init()方法的作用是初始化Channel，设置Channel的选项和属性，然后向Channel的Pipeline中添加一个ChannelInitializer，该Initializer在Channel的事件循环中执行，并向Pipeline中添加一个ServerBootstrapAcceptor，用于接收新连接。

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config().group().register(channel)

    @Overridepublic ChannelFuture register(Channel channel) {return next().register(channel);}

next()

io.netty.util.concurrent.DefaultEventExecutorChooserFactory.PowerOfTwoEventExecutorChooser#next

private static final class PowerOfTwoEventExecutorChooser implements EventExecutorChooser {// 使用原子整数来维护索引，以确保在多线程环境中安全地获取下一个 EventExecutor 实例。private final AtomicInteger idx = new AtomicInteger();// 存储所有可用的 EventExecutor 实例的数组。private final EventExecutor[] executors;// 构造方法，接收一个 EventExecutor 实例数组作为参数，并将其存储在 executors 成员变量中。PowerOfTwoEventExecutorChooser(EventExecutor[] executors) {this.executors = executors;}// 选择下一个要使用的 EventExecutor 实例。// 通过对索引进行按位与操作（idx.getAndIncrement() & executors.length - 1），// 来确保索引始终在 executors 数组的有效范围内。// 由于 executors.length 必须是 2 的幂次方，因此使用按位与运算（&）可以有效地实现取模操作，// 从而将索引限制在数组长度范围内。@Overridepublic EventExecutor next() {return executors[idx.getAndIncrement() & executors.length - 1];}
}

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源码流程图

图都给你画好了，戳这里

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