Netty——事件传播机制

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1. 介绍

Netty 的 ChannelPipeline 是其事件处理机制的核心组件，负责管理和调度事件在 ChannelHandler 之间的传播。它基于 责任链模式 (Chain of Responsibility)，允许开发者通过添加多个 ChannelHandler 构建灵活的事件处理流程。

2 入站 (Inbound) 事件 与出站 (Outbound) 事件

要想看懂 Netty 段事件传播机制，首先得了解 Inbound 和 Outbound 事件 的区别：

• Inbound 事件：由 外部触发 的事件（如 数据到达、连接建立），由 ChannelInboundHandler 处理。
• Outbound 事件：由 应用主动触发 的操作（如 写数据、连接关闭），由 ChannelOutboundHandler 处理。

注：每个 ChannelHandler 可以选择实现 Inbound、Outbound 这两个接口，甚至可以同时实现两个接口。

3. ChannelPipeline 的结构

3.1 双向双端链表

ChannelPipeline 内部维护了一个由 ChannelHandlerContext 构成的 双向双端链表，每个 ChannelHandlerContext 关联一个 ChannelHandler。

3.2 头尾节点

一般来说，在 Netty 中使用的 ChannelPipeline 的实现类是 DefaultChannelPipeline，在 DefaultChannelPipeline 的构造器中，设置了默认的 头节点 和 尾节点，这两个节点可以做一些特殊的事情：

3.2.1 头节点

1. 基本概述

HeadContext 是 ChannelPipeline 中的 第一个节点，它实现了 ChannelInboundHandler 和 ChannelOutboundHandler 接口，这意味着它 既能处理 Inbound 事件，也能处理 Outbound 事件。它与底层的 Channel 直接交互，负责与底层的 I/O 操作进行对接。

2. Inbound 事件处理

• 事件接收：Inbound 事件从底层的 I/O 操作产生后，首先会传递到 HeadContext。例如，当有新的数据被读取到 Channel 中时，HeadContext 会接收到这个事件。
• 事件传播：HeadContext 会将接收到的 Inbound 事件传递给 ChannelPipeline 中的下一个 ChannelInboundHandler。它通过调用 ctx.fireChannelRead(msg) 等方法来触发后续处理器的相应事件处理方法。

3. Outbound 事件处理

• 触发底层 I/O 操作：当上层业务逻辑发起 Outbound 事件时，这些事件会在 ChannelPipeline 中传播，最终到达 HeadContext。HeadContext 会负责触发实际的底层 I/O 操作。例如，当调用 ctx.writeAndFlush(msg) 时，最终会由 HeadContext 来将数据写入到网络中。
• 异常处理：在执行底层 I/O 操作时，如果发生异常，HeadContext 会负责捕获并处理这些异常。它会将异常信息传递给 ChannelPipeline 中的其他处理器进行处理。

3.2.2 尾节点

1. 基本概述

TailContext 是 ChannelPipeline 中的最后一个节点，它只实现了 ChannelInboundHandler 接口，主要用于处理未被其他处理器消费的 Inbound 事件。它起到了 事件处理的兜底作用。

2. Inbound 事件处理

• 事件终结处理：如果 Inbound 事件在 ChannelPipeline 中传播时，没有被任何一个 ChannelInboundHandler 完全处理，那么最终会到达 TailContext。TailContext 会对这些未处理的 Inbound 事件进行 默认处理，通常是记录日志或者抛出异常。
• 资源释放：当 Inbound 事件处理完成后，TailContext 可以负责释放相关的资源，确保资源的有效利用。例如，对于接收到的 ByteBuf 类型的数据，在处理完成后可以在 TailContext 中进行释放。

3. Outbound 事件处理

• 异常处理：TailContext 只实现了 ChannelInboundHandler 接口，在 Outbound 事件处理中一般不承担主要职责。不过，如果在 Outbound 事件处理过程中发生异常，且异常没有被其他处理器捕获，最终会传递到 TailContext。TailContext 会将异常信息记录下来，并可以根据需要进行进一步的处理。

4. 事件传播机制

4.1 示意图

4.2 事件传播方向

• Inbound 事件：从 头节点 到 尾节点（即链表的正向顺序）传播。
• Outbound 事件：从 尾节点 到 头节点（即链表的反向顺序）传播。

4.3 事件传播的触发方法

• Inbound 事件：通过 ChannelHandlerContext 的 fireXxx() 方法触发下一个 ChannelInboundHandler 的处理。例如通过 ctx.fireChannelRead(msg) 将数据传递给下一个 ChannelInboundHandler。
• Outbound 事件：通过 ChannelHandlerContext 的 write()、connect() 等方法触发上一个 ChannelOutboundHandler 的处理。例如通过 ctx.write(msg) 将数据传递给上一个 ChannelOutboundHandler。

4.4 事件传播流程的典型示例

4.4.1 数据读取 (Inbound 事件)

1. 数据从网络到达 Netty 的底层 I/O 线程，触发 ChannelRead 事件。
2. 事件从 头节点 开始传播，依次经过所有 ChannelInboundHandler。
3. 每个 ChannelInboundHandler 可以选择 处理事件 或 调用 fireChannelRead 直接传递。
4. 最终到达 尾节点，完成 默认处理 和 释放资源。

4.4.2 数据写出 (Outbound 事件)

1. 应用调用 ctx.write(msg)，触发 write 事件。
2. 事件从 尾节点 开始传播，依次经过所有 ChannelOutboundHandler。
3. 每个 ChannelOutboundHandler 可以 修改数据（如编码）或 控制行为（如流量控制）。
4. 最终到达 头节点，执行底层 I/O 操作（如将数据写入 Socket 缓冲区）。

5. 特性

5.1 事件中断

• 如果某个 Handler 未调用传播方法（如 fireChannelRead 或 write），事件链会中断。
• 典型场景：在 Handler 中处理完数据后不再传递，避免资源泄漏或重复处理。

5.2 异常传播

• 如果事件处理过程中抛出异常，会触发 exceptionCaught 事件，从发生异常的节点开始传播，直到被某个 Handler 捕获处理。

6. 注意事项

• 明确处理与传递：在 Handler 中决定是否继续传播事件。
• 资源管理：确保 ByteBuf 等资源在 Handler 链中被正确释放。
• 线程安全：Handler 中的 共享数据 需考虑线程安全（Handler 默认单线程执行）。

7. 总结

通过 ChannelPipeline 的事件传播机制，Netty 实现了高效、灵活的 I/O 事件处理。除了开发者自定义的 Handler 之外，Netty 还内置了具有特殊功能的头节点和尾节点，用于 封装底层 I/O 操作 和 做兜底处理。