本文深入探讨Netty框架中的核心组件，包括ChannelPipeline、ChannelHandlerContext及ChannelHandler等，解析它们的工作原理、交互方式以及如何动态调整ChannelPipeline。
本章介绍
- ChannelPipeline
- ChannelHandlerContext
- ChannelHandler
- Inbound vs outbound(入站和出站)
6.1 ChannelPipeline
ChannelPipeline是ChannelHandler实例的列表，用于处理或截获通道的接收和发送数据。ChannelPipeline提供了一种高级的截取过滤器模式，让用户可以在ChannelPipeline中完全控制一个事件及如何处理ChannelHandler与ChannelPipeline的交互。
对于每个新的通道，会创建一个新的ChannelPipeline并附加至通道。一旦连接，Channel和ChannelPipeline之间的耦合是永久性的。Channel不能附加其他的ChannelPipeline或从ChannelPipeline分离。
下图描述了ChannelHandler在ChannelPipeline中的I/O处理，一个I/O操作可以由一个ChannelInboundHandler或ChannelOutboundHandler进行处理，并通过调用ChannelInboundHandler处理入站IO或通过ChannelOutboundHandler处理出站IO。
如上图所示，ChannelPipeline是ChannelHandler的一个列表；如果一个入站I/O事件被触发，这个事件会从第一个开始依次通过ChannelPipeline中的ChannelHandler；若是一个入站I/O事件，则会从最后一个开始依次通过ChannelPipeline中的ChannelHandler。ChannelHandler可以处理事件并检查类型，如果某个ChannelHandler不能处理则会跳过，并将事件传递到下一个ChannelHandler。ChannelPipeline可以动态添加、删除、替换其中的ChannelHandler，这样的机制可以提高灵活性。
修改ChannelPipeline的方法：
- addFirst(...)，添加ChannelHandler在ChannelPipeline的第一个位置
- addBefore(...)，在ChannelPipeline中指定的ChannelHandler名称之前添加ChannelHandler
- addAfter(...)，在ChannelPipeline中指定的ChannelHandler名称之后添加ChannelHandler
- addLast(ChannelHandler...)，在ChannelPipeline的末尾添加ChannelHandler
- remove(...)，删除ChannelPipeline中指定的ChannelHandler
- replace(...)，替换ChannelPipeline中指定的ChannelHandler
ChannelPipeline pipeline = ch.pipeline();
FirstHandler firstHandler = new FirstHandler();
pipeline.addLast("handler1", firstHandler);
pipeline.addFirst("handler2", new SecondHandler());
pipeline.addLast("handler3", new ThirdHandler());
pipeline.remove("handler3");
pipeline.remove(firstHandler);
pipeline.replace("handler2", "handler4", new FourthHandler()); ChannelPipeline除了一些修改的方法，还有很多其他的方法，具体是方法及使用可以看API文档或源码。
6.2 ChannelHandlerContext
每个ChannelHandler被添加到ChannelPipeline后，都会创建一个ChannelHandlerContext并与之创建的ChannelHandler关联绑定。ChannelHandlerContext允许ChannelHandler与其他的ChannelHandler实现进行交互，这是相同ChannelPipeline的一部分。ChannelHandlerContext不会改变添加到其中的ChannelHandler，因此它是安全的。
6.2.1 通知下一个ChannelHandler
在相同的ChannelPipeline中通过调用ChannelInboundHandler和ChannelOutboundHandler中各个方法中的一个方法来通知最近的handler，通知开始的地方取决你如何设置。下图显示了ChannelHandlerContext、ChannelHandler、ChannelPipeline的关系：
如果你想有一些事件流全部通过ChannelPipeline，有两个不同的方法可以做到：
- 调用Channel的方法
- 调用ChannelPipeline的方法
下面的代码显示了一个写事件如何通过ChannelPipeline从尾部开始：
@Override
protected void initChannel(SocketChannel ch) throws Exception {
ch.pipeline().addLast(new ChannelInboundHandlerAdapter() {
@Override
public void channelActive(ChannelHandlerContext ctx) throws Exception {
//Event via Channel
Channel channel = ctx.channel();
channel.write(Unpooled.copiedBuffer("netty in action", CharsetUtil.UTF_8));
//Event via ChannelPipeline
ChannelPipeline pipeline = ctx.pipeline();
pipeline.write(Unpooled.copiedBuffer("netty in action", CharsetUtil.UTF_8));
}
});
}
可能你想从ChannelPipeline的指定位置开始，不想流经整个ChannelPipeline，如下情况：
- 为了节省开销，不感兴趣的ChannelHandler不让通过
- 排除一些ChannelHandler
// Get reference of ChannelHandlerContext
ChannelHandlerContext ctx = ..;
// Write buffer via ChannelHandlerContext
ctx.write(Unpooled.copiedBuffer("Netty in Action", CharsetUtil.UTF_8));
如上图显示的，从指定的ChannelHandlerContext开始，跳过前面所有的ChannelHandler，使用ChannelHandlerContext操作是常见的模式，最常用的是从ChannelHanlder调用操作，也可以在外部使用ChannelHandlerContext，因为这是线程安全的。
6.2.2 修改ChannelPipeline
调用ChannelHandlerContext的pipeline()方法能访问ChannelPipeline，能在运行时动态的增加、删除、替换ChannelPipeline中的ChannelHandler。可以保持ChannelHandlerContext供以后使用，如外部Handler方法触发一个事件，甚至从一个不同的线程。
下面代码显示了保存ChannelHandlerContext供之后使用或其他线程使用：
public class WriteHandler extends ChannelHandlerAdapter {
private ChannelHandlerContext ctx;
@Override
public void handlerAdded(ChannelHandlerContext ctx) throws Exception {
this.ctx = ctx;
}
public void send(String msg){
ctx.write(msg);
}
}@Sharable
public class NotSharableHandler extends ChannelInboundHandlerAdapter {
private int count;
@Override
public void channelRead(ChannelHandlerContext ctx, Object msg) throws Exception {
count++;
System.out.println("channelRead(...) called the " + count + " time");
ctx.fireChannelRead(msg);
}
}为什么要共享ChannelHandler？使用@Sharable注解共享一个ChannelHandler在一些需求中还是有很好的作用的，如使用一个ChannelHandler来统计连接数或来处理一些全局数据等等。
6.3 状态模型
Netty有一个简单但强大的状态模型，并完美映射到ChannelInboundHandler的各个方法。下面是Channel生命周期四个不同的状态：
- channelUnregistered
- channelRegistered
- channelActive
- channelInactive
还可以看到额外的状态变化，因为用户允许从EventLoop中注销Channel暂停事件执行，然后再重新注册。在这种情况下，你会看到多个channelRegistered和channelUnregistered状态的变化，而永远只有一个channelActive和channelInactive的状态，因为一个通道在其生命周期内只能连接一次，之后就会被回收；重新连接，则是创建一个新的通道。
下图显示了从EventLoop中注销Channel后再重新注册的状态变化：
6.4 ChannelHandler和其子类
Netty中有3个实现了ChannelHandler接口的类，其中2个是接口，一个是抽象类。如下图：
6.4.1 ChannelHandler中的方法
Netty定义了良好的类型层次结构来表示不同的处理程序类型，所有的类型的父类是ChannelHandler。ChannelHandler提供了在其生命周期内添加或从ChannelPipeline中删除的方法。
- handlerAdded，ChannelHandler添加到实际上下文中准备处理事件
- handlerRemoved，将ChannelHandler从实际上下文中删除，不再处理事件
- exceptionCaught，处理抛出的异常
6.4.2 ChannelInboundHandler
ChannelInboundHandler提供了一些方法再接收数据或Channel状态改变时被调用。下面是ChannelInboundHandler的一些方法：
- channelRegistered，ChannelHandlerContext的Channel被注册到EventLoop；
- channelUnregistered，ChannelHandlerContext的Channel从EventLoop中注销
- channelActive，ChannelHandlerContext的Channel已激活
- channelInactive，ChannelHanderContxt的Channel结束生命周期
- channelRead，从当前Channel的对端读取消息
- channelReadComplete，消息读取完成后执行
- userEventTriggered，一个用户事件被处罚
- channelWritabilityChanged，改变通道的可写状态，可以使用Channel.isWritable()检查
- exceptionCaught，重写父类ChannelHandler的方法，处理异常
看下面代码：
/**
* 实现ChannelInboundHandlerAdapter的Handler，不会自动释放接收的消息对象
* @author c.k
*
*/
public class DiscardHandler extends ChannelInboundHandlerAdapter {
@Override
public void channelRead(ChannelHandlerContext ctx, Object msg) throws Exception {
//手动释放消息
ReferenceCountUtil.release(msg);
}
}/**
* 继承SimpleChannelInboundHandler，会自动释放消息对象
* @author c.k
*
*/
public class SimpleDiscardHandler extends SimpleChannelInboundHandler<Object> {
@Override
protected void channelRead0(ChannelHandlerContext ctx, Object msg) throws Exception {
//不需要手动释放
}
}ChannelInitializer用来初始化ChannelHandler，将自定义的各种ChannelHandler添加到ChannelPipeline中。
6.4.3 ChannelOutboundHandler
ChannelOutboundHandler用来处理“出站”的数据消息。ChannelOutboundHandler提供了下面一些方法：
- bind，Channel绑定本地地址
- connect，Channel连接操作
- disconnect，Channel断开连接
- close，关闭Channel
- deregister，注销Channel
- read，读取消息，实际是截获ChannelHandlerContext.read()
- write，写操作，实际是通过ChannelPipeline写消息，Channel.flush()属性到实际通道
- flush，刷新消息到通道
看下面的代码：
public class DiscardOutboundHandler extends ChannelOutboundHandlerAdapter {
@Override
public void write(ChannelHandlerContext ctx, Object msg, ChannelPromise promise) throws Exception {
ReferenceCountUtil.release(msg);
promise.setSuccess();
}
}如果消息被消费并且没有被传递到ChannelPipeline中的下一个ChannelOutboundHandler，那么就需要调用ReferenceCountUtil.release(message)来释放消息资源。一旦消息被传递到实际的通道，它会自动写入消息或在通道关闭是释放。
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