Channel和Unsafe

最新推荐文章于 2024-11-21 11:04:04 发布

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本文详细介绍了Netty框架中Channel的设计理念与实现细节，包括为何重新设计Channel接口、Channel的工作原理及其实现方式。此外，还深入探讨了Unsafe接口的作用及其实现机制。

　　提起Channel，会想到JDK的NIO类库的重要组成部分：java.nio.SocketChannel和java.nio.ServerSocketChannel，用于非阻塞的I/O操作。
　　类似于NIO的Channel，Netty提供自己的Channel及其子类实现，用于异步I/O操作和其他相关的操作。
　　Unsafe是内部接口，聚合在Channel中协助进行网络读写相关的操作，因为它的设计初衷就是Channel的内部辅助类，不应该被Netty框架的上层使用者调用。

Channel工作原理

　　Channel是Netty抽象出来的网络I/O读写相关的接口，为什么不使用JDK NIO原生的Channel而要另外炉灶，主要原因：
　　1）JDK的SocketChannel和ServerSocketChannel没有统一的Channel接口供业务开发者使用，对于用户而言，没有统一的操作视图，使用起来并不方便；
　　2）JDK的SocketChannel和ServerSocketChannel的主要职责就是网络I/O操作，由于他们是SPI类接口，由具体的虚拟机厂家来提供，所以通过继承SPI功能类来扩展其功能的难度很大；直接实现ServerSocketChannel和SocketChannel抽象类，其工作量和重新开发一个新的Channel功能类是差不多的；
　　3）Netty的Channel需要能够跟Netty的整体架构融合在一起，例如I/O模型、基于ChannelPipeline的定制模型，以及基于元数据描述配置化的TCP参数等，这些JDK的ScoketChannel和ServerSocketChannel都没有提供，需要重新封装；
　　4）自定义的Channel，功能实现更加灵活。

　　基于上述4个原因，Netty重新设计了Channel接口，并且给予了很多不同的实现。它的设计原理比较简单，但是功能却比较繁杂，主要的设计理念：
　　1）在Channel接口层，采用Façade模式进行统一封装，将网络I/O操作、网络I/O相关联的其他操作封装起来，统一对外提供；
　　2）Channel接口的定义尽量大而全，为SocketChannel和ServerSocketChannel提供统一的视图，由不同子类实现不同的功能，公共功能在抽象父类中实现，最大程度上实现功能和接口的重用；
　　3）具体实现采用聚合而非包含的方式，将相关的功能聚合在Channel中，由Channel统一负责配置和调度。

　　io.netty.channel.Channel是Netty网络操作抽象类的主要功能：
　　1）网络的读、写；
　　2）客户端发起连接、主动关闭连接
　　3）链路关闭
　　4）获取通信双方的网络地址
　　5）获取该Channel的EventLoop
　　6）获取缓冲区分类器ByteBufAllocator和pipeline等
　　7）获取元数据metadata()
　　4）parent()：对于服务端Channel为空；对于客户端Channel为创建它的ServerSocketChannel
　　5）id() 返回ChannelId对象 Channel的唯一标识符：机器MAC地址+当前进程ID+时间毫秒+时间纳秒+32位随机整数+32位自增序列数。

　　Channel类图
这里写图片描述　

　　AbstractChannel：采用聚合的方式封装各种功能：

public abstract class AbstractChannel extends DefaultAttributeMap implements Channel {

    ……

    private final Channel parent;
    private final ChannelId id;
    private final Unsafe unsafe;
    private final DefaultChannelPipeline pipeline;
    private final VoidChannelPromise unsafeVoidPromise = new VoidChannelPromise(this, false);
    private final CloseFuture closeFuture = new CloseFuture(this);

    private volatile SocketAddress localAddress;
    private volatile SocketAddress remoteAddress;
    private volatile EventLoop eventLoop;
    private volatile boolean registered;

    /** Cache for the string representation of this channel */
    private boolean strValActive;
    private String strVal;

　　可以从成员变量的定义可以看出来，聚合了：parent, id, unsafe, pipeline, eventLoop等。

Unsafe

　　Unsafe接口实际上是Channel接口的辅助接口，它不应该被用户直接调用。实际的网络I/O读写操作都是由Unsafe接口及其功能类负责实现的。它的含义不是说它的方法是不安全的，而是说它的接口是给框架本身调用的，不要暴露给业务层调用。
这里写图片描述
　　Unsafe的最底层实现类采用了模板方法模式，NioMessageUnsafe绑定到了NioServerSocketChannel，NioByteUnsafe绑定到NioSocketChannel，最终的IO读写方法实现在NioServerSocketChannel和NioByteUnsafe中，调用了Java的ServerSocketChannel和SocketChannel来实现。