Netty概述

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#netty #数据结构与算法 #python

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Netty is an asynchronous event-driven network application framework for rapid development of maintainable high performance protocol servers & clients.

‍‍‍异步的、事件驱动的网络应用程序框架‍‍‍

Channel

Channel是Netty最核心的接口，一个Channel就是一个联络Socket的通道，通过Channel，你可以对Socket进行各种操作。

ChannelHandler

Pipeline after creation

Upstream → Inbound, Downstream → Outbound

对于初学者来说，术语'upstream'（译者注：直译为向上游，有点像TCP/IP协议栈中从下往上，从物理层最终到达应用层这么一个流程）和'downstream'有点让人迷惑。在4.0中，只要可能，都会使用'inbound'（译者注：直译为开往内地的，相对于upstream确实更贴切，即指数据从外部网络经历层层filter到达我们的处理逻辑）和'outbound'来替换他们。用Netty编写网络程序的时候，你很少直接操纵Channel，而是通过ChannelHandler来间接操纵Channel。

Netty中的所有handler都实现自ChannelHandler接口。按照输出输出来分，分为ChannelInboundHandler、ChannelOutboundHandler两大类。

ChannelInboundHandler对从客户端发往服务器的报文进行处理，一般用来执行解码、读取客户端数据、进行业务处理等；

ChannelOutboundHandler对从服务器发往客户端的报文进行处理，一般用来进行编码、发送报文到客户端。

ChannelPipeline

ChannelPipeline实际上应该叫做ChannelHandlerPipeline，可以把ChannelPipeline看成是一个ChandlerHandler的链表，当需要对Channel进行某种处理的时候，Pipeline负责依次调用每一个Handler进行处理。每个Channel都有一个属于自己的Pipeline，调用Channel#pipeline()方法可以获得Channel的Pipeline，调用Pipeline#channel()方法可以获得Pipeline的Channel。

ChannelPipeline的方法有很多，其中一部分是用来管理ChannelHandler的，如下面这些：

ChannelPipeline addFirst(String name, ChannelHandler handler);
ChannelPipeline addLast(String name, ChannelHandler handler);
ChannelPipeline addBefore(String baseName, String name, ChannelHandler handler);
ChannelPipeline addAfter(String baseName, String name, ChannelHandler handler);
ChannelPipeline remove(ChannelHandler handler);
ChannelHandler remove(String name);
ChannelHandler removeFirst();
ChannelHandler removeLast();
ChannelPipeline replace(ChannelHandler oldHandler, String newName, ChannelHandler newHandler);
ChannelHandler replace(String oldName, String newName, ChannelHandler newHandler);
ChannelHandler first();
ChannelHandler last();
ChannelHandler get(String name);

ChannelHandlerContext

ChannelPipeline并不是直接管理ChannelHandler，而是通过ChannelHandlerContext来间接管理，这一点通过ChannelPipeline的默认实现DefaultChannelPipeline可以看出来。

调用ChannelHandlerContext#channel()方法可以得到和Context绑定的Channel，调用ChannelHandlerContext#handler()方法可以得到和Context绑定的Handler。

ChannelPipeline和ChannelHandlerContext默认实现

DefaultChannelHandlerContext和DefaultChannelPipeline是ChannelHandlerContext和ChannelPipeline的默认实现，下面是它们的部分代码：

final class DefaultChannelHandlerContext extends DefaultAttributeMap implements ChannelHandlerContext {

    volatile DefaultChannelHandlerContext next;
    volatile DefaultChannelHandlerContext prev;

    private final boolean inbound;
    private final boolean outbound;
    private final AbstractChannel channel;
    private final DefaultChannelPipeline pipeline;
    private final String name;
    private final ChannelHandler handler;
    private boolean removed;

    // ...
}

final class DefaultChannelPipeline implements ChannelPipeline {
    // ...

    final DefaultChannelHandlerContext head;
    final DefaultChannelHandlerContext tail;

    // ...
}

从上面的代码可以看出，在DefaultPipeline内部，DefaultChannelHandlerContext组成了一个双向链表：

再来看看DefaultChannelPipeline的构造函数：

public DefaultChannelPipeline(AbstractChannel channel) {
    if (channel == null) {
        throw new NullPointerException("channel");
    }
    this.channel = channel;

    TailHandler tailHandler = new TailHandler();
    tail = new DefaultChannelHandlerContext(this, null, generateName(tailHandler), tailHandler);

    HeadHandler headHandler = new HeadHandler(channel.unsafe());
    head = new DefaultChannelHandlerContext(this, null, generateName(headHandler), headHandler);

    head.next = tail;
    tail.prev = head;
}

可以看到，DefaultChinnelPipeline内部使用了两个特殊的Handler来表示Handler链的头和尾：

ChannelHandler的种类

Netty中的所有handler都实现自ChannelHandler接口。按照输出输出来分，分为ChannelInboundHandler、ChannelOutboundHandler两大类。ChannelInboundHandler对从客户端发往服务器的报文进行处理，一般用来执行解码、读取客户端数据、进行业务处理等；ChannelOutboundHandler对从服务器发往客户端的报文进行处理，一般用来进行编码、发送报文到客户端。

从上面DefaultChannelHandlerContext代码可以知道，Handler实际上分为两种，Inbound和Outbound，这一点也可以从ChannelHandler接口的子接口得到证明：

public interface ChannelInboundHandler extends ChannelHandler {
  // ...
}

public interface ChannelOutboundHandler extends ChannelHandler {
  // ...
}

事件的传播

为了搞清楚事件如何在Pipeline里传播，让我们从Channel的抽象子类AbstractChannel开始，下面是AbstractChannel#write()方法的实现：

public abstract class AbstractChannel extends DefaultAttributeMap implements Channel {
    // ...
    @Override
    public Channel write(Object msg) {
        return pipeline.write(msg);
    }
    // ...
}

AbstractChannel直接调用了Pipeline的write()方法：

final class DefaultChannelPipeline implements ChannelPipeline {
    // ...
    @Override
    public ChannelFuture write(Object msg) {
        return tail.write(msg);
    }
    // ...
}

因为write是个outbound事件，所以DefaultChannelPipeline直接找到tail部分的context，调用其write()方法：

接着看DefaultChannelHandlerContext的write()方法：

final class DefaultChannelHandlerContext extends DefaultAttributeMap implements ChannelHandlerContext {
    // ...
    @Override
    public ChannelFuture write(Object msg) {
        return write(msg, newPromise());
    }

    @Override
    public ChannelFuture write(final Object msg, final ChannelPromise promise) {
        if (msg == null) {
            throw new NullPointerException("msg");
        }

        validatePromise(promise, true);

        write(msg, false, promise);

        return promise;
    }

    private void write(Object msg, boolean flush, ChannelPromise promise) {
        DefaultChannelHandlerContext next = findContextOutbound();
        next.invokeWrite(msg, promise);
        if (flush) {
            next.invokeFlush();
        }
    }

    private DefaultChannelHandlerContext findContextOutbound() {
        DefaultChannelHandlerContext ctx = this;
        do {
            ctx = ctx.prev;
        } while (!ctx.outbound);
        return ctx;
    }

    private void invokeWrite(Object msg, ChannelPromise promise) {
        try {
            ((ChannelOutboundHandler) handler).write(this, msg, promise);
        } catch (Throwable t) {
            notifyOutboundHandlerException(t, promise);
        }
    }

    // ...
}

context的write()方法沿着context链往前找，直至找到一个outbound类型的context为止，然后调用其invokeWrite()方法：

invokeWrite()接着调用handler的write()方法：

最后看看ChannelOutboundHandlerAdapter的write()方法实现：

public class ChannelOutboundHandlerAdapter extends ChannelHandlerAdapter implements ChannelOutboundHandler {
    // ...
    @Override
    public void write(ChannelHandlerContext ctx, Object msg, ChannelPromise promise) throws Exception {
        ctx.write(msg, promise);
    }
    // ...
}

默认的实现调用了context的write()方法而不做任何处理，这样write事件就沿着outbound链继续传播：