Netty 源码分析系列（二）Netty 架构设计

Channel 注册到 Selector
使用 SelectableChannel的register方法，可将Channel注册到Selector。方法接口源码如下：

public final SelectionKey register(Selector sel, int ops)
    throws ClosedChannelException
{
    return register(sel, ops, null);
}

public abstract SelectionKey register(Selector sel, int ops, Object att) throws ClosedChannelException;

其中各选项说明如下：

sel：指定 Channel 要注册的 Selector。
ops : 指定 Selector需要查询的通道的操作。
一个Channel在Selector注册其代表的是一个SelectionKey事件，SelectionKey的类型包括：

OP_READ：可读事件；值为：1<<0
OP_WRITE：可写事件；值为：1<<2
OP_CONNECT：客户端连接服务端的事件(tcp连接)，一般为创建SocketChannel客户端channel；值为：1<<3
OP_ACCEPT：服务端接收客户端连接的事件，一般为创建ServerSocketChannel服务端channel；值为：1<<4
具体的注册代码如下：

// 1.创建通道管理器(Selector)
Selector selector = Selector.open();

// 2.创建通道ServerSocketChannel
ServerSocketChannel serverSocketChannel = ServerSocketChannel.open();

// 3.channel要注册到Selector上就必须是非阻塞的，所以FileChannel是不可以使用Selector的，因为FileChannel是阻塞的
serverSocketChannel.configureBlocking(false);

// 4.第二个参数指定了我们对 Channel 的什么类型的事件感兴趣
SelectionKey key = serverSocketChannel.register(selector , SelectionKey.OP_READ);

// 也可以使用或运算|来组合多个事件，例如
SelectionKey key = serverSocketChannel.register(selector , SelectionKey.OP_READ | SelectionKey.OP_WRITE);
值得注意的是：一个 Channel 仅仅可以被注册到一个 Selector 一次, 如果将 Channel 注册到 Selector 多次, 那么其实就是相当于更新 SelectionKey 的 interest set。

SelectionKey
Channel 和 Selector 关系确定后之后，并且一旦 Channel 处于某种就绪状态，就可以被选择器查询到。这个工作再调用 Selector 的 select 方法完成。select 方法的作用，就是对感兴趣的通道操作进行就绪状态的查询。

// 当注册事件到达时，方法返回，否则该方法会一直阻塞
selector.select();
SelectionKey 包含了 interest 集合，代表了所选择的感兴趣的事件集合。可以通过 SelectionKey 读写 interest 集合，例如：

// 返回当前感兴趣的事件列表
int interestSet = key.interestOps();

// 也可通过interestSet判断其中包含的事件
boolean isInterestedInAccept = interestSet & SelectionKey.OP_ACCEPT;
boolean isInterestedInConnect = interestSet & SelectionKey.OP_CONNECT;
boolean isInterestedInRead = interestSet & SelectionKey.OP_READ;
boolean isInterestedInWrite = interestSet & SelectionKey.OP_WRITE;

// 可以通过interestOps(int ops)方法修改事件列表
key.interestOps(interestSet | SelectionKey.OP_WRITE);
可以看到，用位与操作 interest 集合和给定的 SelectionKey 常量，可以确定某个确定的事件是否在 interest 集合中。

SelectionKey 包含了ready集合。ready 集合是通道已经准备就绪的操作的集合。在一次选择之后，会首先访问这个 ready 集合。可以这样访问 ready 集合：

int readySet = key.readyOps();

// 也可通过四个方法来分别判断不同事件是否就绪
key.isReadable(); //读事件是否就绪
key.isWritable(); //写事件是否就绪
key.isConnectable(); //客户端连接事件是否就绪
key.isAcceptable(); //服务端连接事件是否就绪
我们可以通过SelectionKey来获取当前的channel和selector

//返回当前事件关联的通道，可转换的选项包括:ServerSocketChannel和SocketChannel
Channel channel = key.channel();

//返回当前事件所关联的Selector对象
Selector selector = key.selector();
可以将一个对象或者其他信息附着到 SelectionKey 上，这样就能方便地识别某个特定的通道。

key.attach(theObject);
Object attachedObj = key.attachment();
还可以在用 register() 方法向 Selector 注册 Channel 的时候附加对象。

SelectionKey key = channel.register(selector, SelectionKey.OP_READ, theObject);
遍历 SelectionKey
一旦调用了 select 方法，并且返回值表明有一个或更多个通道就绪了，然后可以通过调用 selector 的 selectedKey()方法，访问 SelectionKey 集合中的就绪通道，如下所示：

Set selectionKeys = selector.selectedKeys();
可以遍历这个已选择的键集合来访问就绪的通道，代码如下：

// 获取监听事件
Set selectionKeys = selector.selectedKeys();
Iterator iterator = selectionKeys.iterator();
// 迭代处理
while (iterator.hasNext()) {
// 获取事件
SelectionKey key = iterator.next();
// 移除事件，避免重复处理
iterator.remove();
// 可连接
if (key.isAcceptable()) {
…
}
// 可读
if (key.isReadable()) {
…
}
//可写
if(key.isWritable()){
…
}
}
事件驱动
Netty是一款异步的事件驱动的网络应用程序框架。在 Netty 中，事件是指对某些操作感兴趣的事。例如，在某个Channel注册了 OP_READ，说明该 Channel 对读感兴趣，当 Channel 中有可读的数据时，它会得到一个事件的通知。

在 Netty 事件驱动模型中包括以下核心组件。

Channel
Channel（管道）是 Java NIO 的一个基本抽象，代表了一个连接到如硬件设备、文件、网络 socket 等实体的开放连接，或者是一个能够完成一种或多种不同的I/O 操作的程序。

回调
回调 就是一个方法，一个指向已经被提供给另外一个方法的方法的引用。这使得后者可以在适当的时候调用前者，Netty 在内部使用了回调来处理事件；当一个回调被触发时，相关的事件可以被一个ChannelHandler接口处理。

例如：在上一篇文章中，Netty 开发的服务端的管道处理器代码中，当Channel中有可读的消息时，NettyServerHandler的回调方法channelRead就会被调用。

public class NettyServerHandler extends ChannelInboundHandlerAdapter {

//读取数据实际(这里我们可以读取客户端发送的消息)
@Override
public void channelRead(ChannelHandlerContext ctx, Object msg) throws Exception {
    System.out.println("server ctx =" + ctx);
    Channel channel = ctx.channel();
    //将 msg 转成一个 ByteBuf
    //ByteBuf 是 Netty 提供的，不是 NIO 的 ByteBuffer.
    ByteBuf buf = (ByteBuf) msg;
    System.out.println("客户端发送消息是:" + buf.toString(CharsetUtil.UTF_8));
    System.out.println("客户端地址:" + channel.remoteAddress());
}


//处理异常, 一般是需要关闭通道
@Override
public void exceptionCaught(ChannelHandlerContext ctx, Throwable cause) throws Exception {
    ctx.close();
}

}
Future
Future 可以看作是一个异步操作的结果的占位符；它将在未来的某个时刻完成，并提供对其结果的访问，Netty 提供了 ChannelFuture 用于在异步操作的时候使用，每个 Netty 的出站 I/O 操作都将返回一个 ChannelFuture(完全是异步和事件驱动的)。

以下是一个 ChannelFutureListener使用的示例。

@Override
public void channelRead(ChannelHandlerContext ctx, Object msg) throws Exception {
    ChannelFuture future = ctx.channel().close();
    future.addListener(new ChannelFutureListener() {
        @Override
        public void operationComplete(ChannelFuture channelFuture) throws Exception {
            //..
        }
    });
}

事件及处理器
在 Netty 中事件按照出/入站数据流进行分类：

入站数据或相关状态更改触发的事件包括：

连接已被激活或者失活。
数据读取。
用户事件。
错误事件，
出站事件是未来将会出发的某个动作的操作结果：

打开或者关闭到远程节点的连接。
将数据写或者冲刷到套接字。
每个事件都可以被分发给ChannelHandler类中的某个用户实现的方法。如下图展示了一个事件是如何被一个这样的ChannelHandler链所处理的。
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