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【死磕Netty】-----服务端启动过程分析

2017-12-04 21:20 671 查看
原文出处http://cmsblogs.com/ 『chenssy』
转载请注明原创出处,谢谢!

上篇博客(【死磕Netty】—-Netty的核心组件及其设计),了解了 Netty 的核心组件及其设计,但是这些都是零散的,不成体系。那么 Netty 是如何利用这些组件构建成一个高性能的异步通信框架。通过这篇博客可以初步了解。

下面先来一段 Netty 服务端的代码:

public class NettyServer {

public void bind(int port){
// 创建EventLoopGroup
EventLoopGroup bossGroup = new NioEventLoopGroup();        //创建BOSS线程组 用于服务端接受客户端的连接
EventLoopGroup workerGroup = new NioEventLoopGroup();      //创建WORK线程组 用于进行SocketChannel的网络读写

try {
// 创建ServerBootStrap实例
// ServerBootstrap 用于启动NIO服务端的辅助启动类,目的是降低服务端的开发复杂度
ServerBootstrap b = new ServerBootstrap();
// 绑定Reactor线程池
b.group(bossGroup, workerGroup)
// 设置并绑定服务端Channel
// 指定所使用的NIO传输的Channel
.channel(NioServerSocketChannel.class)
.option(ChannelOption.SO_BACKLOG, 1024)
.handler(new LoggingServerHandler())
.childHandler(new ChannelInitializer(){

@Override
protected void initChannel(Channel ch) throws Exception {
//do something
}
});

// 绑定端口,同步等待成功
ChannelFuture future = b.bind(port).sync();
// 等待服务端监听端口关闭
future.channel().closeFuture().sync();

} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
} finally {
// 优雅地关闭
bossGroup.shutdownGracefully();
workerGroup.shutdownGracefully();
}
}

private class LoggingServerHandler extends ChannelInboundHandlerAdapter{
@Override
public void channelActive(ChannelHandlerContext ctx) throws Exception {
System.out.println("loggin-channelActive");
}

@Override
public void channelRegistered(ChannelHandlerContext ctx) throws Exception {
System.out.println("loggin-channelRegistered");
}

@Override
public void handlerAdded(ChannelHandlerContext ctx) throws Exception {
System.out.println("loggin-handlerAdded");
}
}

public static void main(String[] args){
new NettyServer().bind(8899);
}
}


上面代码为 Netty 服务器端的完整代码,在整个服务端代码中会涉及如下几个核心类。

ServerBootstrap

ServerBootstrap 为 Netty 服务端的启动辅助类,它提供了一系列的方法用于设置服务端启动相关的参数。

Channel

Channel 为 Netty 网络操作抽象类,它定义了一组功能,其提供的 API 大大降低了直接使用 Socket 类的复杂性。当然它也不仅仅只是包括了网络 IO 操作的基本功能,还包括一些与 Netty 框架相关的功能,包括获取该 Channel 的 EventLoop 等等。

EventLoopGroup

EventLoopGroup 为 Netty 的 Reactor 线程池,它实际上就是 EventLoop 的容器,而 EventLoop 为 Netty 的核心抽象类,它的主要职责是处理所有注册到本线程多路复用器 Selector 上的 Channel。

ChannelHandler

ChannelHandler 作为 Netty 的主要组件,它主要负责 I/O 事件或者 I/O 操作进行拦截和处理,它可以选择性地拦截和处理自己感觉兴趣的事件,也可以透传和终止事件的传递。

ChannelPipeline

ChannelPipeline 是 ChannelHandler 链的容器,它负责 ChannelHandler 的管理和事件拦截与调度。每当新建一个 Channel 都会分配一个新的 ChannelPepeline,同时这种关联是永久性的。

以上是简要介绍,详细介绍请参考(【死磕Netty】—–Netty的核心组件及其设计)

服务端创建流程

Netty 服务端创建的时序图,如下(摘自《Netty权威指南(第二版)》)



主要步骤为:

创建 ServerBootstrap 实例

设置并绑定 Reactor 线程池

设置并绑定服务端 Channel

创建并初始化 ChannelPipeline

添加并设置 ChannelHandler

绑定并启动监听端口

服务端源码分析

1、创建两个EventLoopGroup

EventLoopGroup bossGroup = new NioEventLoopGroup();
EventLoopGroup workerGroup = new NioEventLoopGroup();


bossGroup 为 BOSS 线程组,用于服务端接受客户端的连接, workerGroup 为 worker 线程组,用于进行 SocketChannel 的网络读写。当然也可以创建一个并共享。

2、创建ServerBootstrap实例

ServerBootstrap b = new ServerBootstrap();


ServerBootStrap为Netty服务端的启动引导类,用于帮助用户快速配置、启动服务端服务。提供的方法如下:

方法名称方法描述
group
设置 ServerBootstrap 要用的 EventLoopGroup
channel
设置将要被实例化的 ServerChannel 类
option
实例化的 ServerChannel 的配置项
childHandler
设置并添加 ChannelHandler
bind
绑定 ServerChannel
ServerBootStrap底层采用装饰者模式。

关于 ServerBootStrap 我们后续做详细分析。

3、设置并绑定Reactor线程池

调用
group()
方法,为 ServerBootstrap 实例设置并绑定 Reactor 线程池。

b.group(bossGroup, workerGroup)


EventLoopGroup 为 Netty 线程池,它实际上就是 EventLoop 的数组容器。EventLoop 的职责是处理所有注册到本线程多路复用器 Selector 上的 Channel,Selector 的轮询操作由绑定的 EventLoop 线程 run 方法驱动,在一个循环体内循环执行。通俗点讲就是一个死循环,不断的检测 I/O 事件、处理 I/O 事件。

这里设置了两个group,这个其实有点儿像我们工作一样。需要两类型的工人,一个老板(bossGroup),一个工人(workerGroup),老板负责从外面接活,工人则负责死命干活(尼玛,和我上家公司一模一样)。所以这里 bossGroup 的作用就是不断地接收新的连接,接收之后就丢给 workerGroup 来处理,workerGroup 负责干活就行(负责客户端连接的 IO 操作)。

源码如下:

public ServerBootstrap group(EventLoopGroup parentGroup, EventLoopGroup childGroup) {
super.group(parentGroup);        // 绑定boosGroup
if (childGroup == null) {
throw new NullPointerException("childGroup");
}
if (this.childGroup != null) {
throw new IllegalStateException("childGroup set already");
}
this.childGroup = childGroup;    // 绑定workerGroup
return this;
}


其中父 EventLoopGroup 传递到父类的构造函数中:

public B group(EventLoopGroup group) {
if (group == null) {
throw new NullPointerException("group");
}
if (this.group != null) {
throw new IllegalStateException("group set already");
}
this.group = group;
return (B) this;
}


4、设置并绑定服务端Channel

绑定线程池后,则需要设置 channel 类型,服务端用的是 NioServerSocketChannel 。

.channel(NioServerSocketChannel.class)


调用
ServerBootstrap.channel
方法用于设置服务端使用的 Channel,传递一个 NioServerSocketChannel Class对象,Netty通过工厂类,利用反射创建NioServerSocketChannel 对象,如下:

public B channel(Class<? extends C> channelClass) {
if (channelClass == null) {
throw new NullPointerException("channelClass");
}
return channelFactory(new ReflectiveChannelFactory<C>(channelClass));
}


channelFactory()
用于设置 Channel 工厂的:

public B channelFactory(io.netty.channel.ChannelFactory<? extends C> channelFactory) {
return channelFactory((ChannelFactory<C>) channelFactory);
}

public B channelFactory(ChannelFactory<? extends C> channelFactory) {
if (channelFactory == null) {
throw new NullPointerException("channelFactory");
}
if (this.channelFactory != null) {
throw new IllegalStateException("channelFactory set already");
}

this.channelFactory = channelFactory;
return (B) this;
}


这里传递的是 ReflectiveChannelFactory,其源代码如下:

public class ReflectiveChannelFactory<T extends Channel> implements ChannelFactory<T> {

private final Class<? extends T> clazz;

public ReflectiveChannelFactory(Class<? extends T> clazz) {
if (clazz == null) {
throw new NullPointerException("clazz");
}
this.clazz = clazz;
}
//需要创建 channel 的时候,该方法将被调用
@Override
public T newChannel() {
try {
// 反射创建对应 channel
return clazz.newInstance();
} catch (Throwable t) {
throw new ChannelException("Unable to create Channel from class " + clazz, t);
}
}

@Override
public String toString() {
return StringUtil.simpleClassName(clazz) + ".class";
}
}


确定服务端的 Channel(NioServerSocketChannel)后,调用
option()
方法设置 Channel 参数,作为服务端,主要是设置TCP的backlog参数,如下:

.option(ChannelOption.SO_BACKLOG, 1024)


option()
源码如下:

public <T> B option(ChannelOption<T> option, T value) {
if (option == null) {
throw new NullPointerException("option");
}
if (value == null) {
synchronized (options) {
options.remove(option);
}
} else {
synchronized (options) {
options.put(option, value);
}
}
return (B) this;
}

private final Map<ChannelOption<?>, Object> options = new LinkedHashMap<ChannelOption<?>, Object>();


五、添加并设置ChannelHandler

设置完 Channel 参数后,用户可以为启动辅助类和其父类分别指定 Handler。

.handler(new LoggingServerHandler())
.childHandler(new ChannelInitializer(){
//省略代码
})


这两个 Handler 不一样,前者(
handler()
)设置的 Handler 是服务端 NioServerSocketChannel的,后者(
childHandler()
)设置的 Handler 是属于每一个新建的 NioSocketChannel 的。跟踪源代码会发现两种所处的类不一样,handler 位于 AbstractBootstrap 中,childHandler 位于 ServerBootstrap 中,如下:

// AbstractBootstrap
public B handler(ChannelHandler handler) {
if (handler == null) {
throw new NullPointerException("handler");
}
this.handler = handler;
return (B) this;
}

// ServerBootstrap
public ServerBootstrap childHandler(ChannelHandler childHandler) {
if (childHandler == null) {
throw new NullPointerException("childHandler");
}
this.childHandler = childHandler;
return this;
}


ServerBootstrap 中的 Handler 是 NioServerSocketChannel 使用的,所有连接该监听端口的客户端都会执行它,父类 AbstractBootstrap 中的 Handler 是一个工厂类,它为每一个新接入的客户端都创建一个新的 Handler。如下图(《Netty权威指南(第二版)》):



六、绑定端口,启动服务

服务端最后一步,绑定端口并启动服务,如下:

ChannelFuture future = b.bind(port).sync();


调用 ServerBootstrap 的
bind()
方法进行端口绑定:

public ChannelFuture bind(int inetPort) {
return bind(new InetSocketAddress(inetPort));
}

public ChannelFuture bind(SocketAddress localAddress) {
validate();
if (localAddress == null) {
throw new NullPointerException("localAddress");
}
return doBind(localAddress);
}


首先调用
validate()
方法进行参数校验,然后调用
doBind()
方法:

private ChannelFuture doBind(final SocketAddress localAddress) {
// 初始化并注册一个Channel
final ChannelFuture regFuture = initAndRegister();

final Channel channel = regFuture.channel();
if (regFuture.cause() != null) {
return regFuture;
}

// 注册成功
if (regFuture.isDone()) {
// At this point we know that the registration was complete and successful.
ChannelPromise promise = channel.newPromise();
// 调用doBind0绑定
doBind0(regFuture, channel, localAddress, promise);
return promise;
} else {
// Registration future is almost always fulfilled already, but just in case it's not.
final AbstractBootstrap.PendingRegistrationPromise promise = new AbstractBootstrap.PendingRegistrationPromise(channel);
regFuture.addListener(new ChannelFutureListener() {
@Override
public void operationComplete(ChannelFuture future) throws Exception {
Throwable cause = future.cause();
if (cause != null) {
// Registration on the EventLoop failed so fail the ChannelPromise directly to not cause an
// IllegalStateException once we try to access the EventLoop of the Channel.
promise.setFailure(cause);
} else {
// Registration was successful, so set the correct executor to use.
// See https://github.com/netty/netty/issues/2586 promise.registered();

doBind0(regFuture, channel, localAddress, promise);
}
}
});
return promise;
}
}


该方法涉及内容较多,我们分解来看,如下:

1. 首先通过
initAndRegister()
得到一个 ChannelFuture 对象 regFuture;

2. 根据得到的 regFuture 对象判断该对象是否抛出异常 (
regFuture.cause()
),如果是,直接返回;

3. 根据
regFuture.isDone()
判断
initAndRegister()
是否执行完毕,如果执行完成,则调用
doBind0


4. 若
initAndRegister()
没有执行完毕,则向 regFuture 对象添加一个 ChannelFutureListener 监听,当
initAndRegister()
执行完毕后会调用
operationComplete()
,在
operationComplete()
中依然会判断 ChannelFuture 是否抛出异常,如果没有则调用
doBind0
进行绑定。

按照上面的步骤我们一步一步来剖析
doBind()
方法。

initAndRegister()

执行
initAndRegister()
会得到一个 ChannelFuture 对象 regFuture,代码如下:

final ChannelFuture initAndRegister() {
Channel channel = null;
try {
// 新建一个Channel
channel = channelFactory.newChannel();
// 初始化Channel
init(channel);
} catch (Throwable t) {
if (channel != null) {
channel.unsafe().closeForcibly();
}
return new DefaultChannelPromise(channel, GlobalEventExecutor.INSTANCE).setFailure(t);
}

// /向EventLoopGroup中注册一个channel
ChannelFuture regFuture = config().group().register(channel);
if (regFuture.cause() != null) {
if (channel.isRegistered()) {
channel.close();
} else {
channel.unsafe().closeForcibly();
}
}
return regFuture;
}


首先调用
newChannel()
新建一个Channel,这里是NioServerSocketChannel,还记前面 4、设置并绑定服务端Channel(
.channel(NioServerSocketChannel.class)
中 设置的Channel工厂类么?在这里派上用处了。在上面提到了通过反射的机制我们可以得到一个 NioServerSocketChannel 类的实例。那么 NioServerSocketChannel 到底是一个什么东西呢?如下图:



上图是 NioServerSocketChannel 的继承体系结构图, NioServerSocketChannel 在构造函数中会依靠父类来完成一项一项的初始化工作。先看 NioServerSocketChannel 构造函数。

public NioServerSocketChannel() {
this(newSocket(DEFAULT_SELECTOR_PROVIDER));
}


newSocket()
方法较为简单,它是利用
SelectorProvider.openServerSocketChannel()
,产生一个 ServerSocketChannel 对象。

public NioServerSocketChannel(ServerSocketChannel channel) {
super(null, channel, SelectionKey.OP_ACCEPT);
config = new NioServerSocketChannelConfig(this, javaChannel().socket());
}


该构造函数首先是调用父类的构造方法,然后设置 config属性。父类构造方法如下:

// AbstractNioMessageChannel
protected AbstractNioMessageChannel(Channel parent, SelectableChannel ch, int readInterestOp) {
super(parent, ch, readInterestOp);
}

// AbstractNioChannel
protected AbstractNioChannel(Channel parent, SelectableChannel ch, int readInterestOp) {
super(parent);
this.ch = ch;
this.readInterestOp = readInterestOp;
try {
ch.configureBlocking(false);
} catch (IOException e) {
try {
ch.close();
} catch (IOException e2) {
if (logger.isWarnEnabled()) {
logger.warn(
"Failed to close a partially initialized socket.", e2);
}
}

throw new ChannelException("Failed to enter non-blocking mode.", e);
}
}

// AbstractChannel
protected AbstractChannel(Channel parent) {
this.parent = parent;
id = newId();
unsafe = newUnsafe();
pipeline = newChannelPipeline();
}


通过
super()
,一层一层往上,直到 AbstractChannel。我们从最上层解析。

AbstractChannel 设置了 unsafe (
unsafe = newUnsafe()
)和 pipeline(
pipeline = newChannelPipeline()
);

AbstractNioChannel 将当前 ServerSocketChannel 设置成了非阻塞(
ch.configureBlocking(false);
),同时设置SelectionKey.OP_ACCEPT事件(
this.readInterestOp = readInterestOp;
readInterestOp 值由 NioServerSocketChannel 中传递);

NioServerSocketChannel 设置 config属性(
config = new NioServerSocketChannelConfig(this, javaChannel().socket())
)。

所以
channel = channelFactory.newChannel()
通过反射机制产生了 NioServerSocketChannel 类实例。同时该实例设置了NioMessageUnsafe、DefaultChannelPipeline、非阻塞、SelectionKey.OP_ACCEPT事件 和 NioServerSocketChannelConfig 属性。

看完了
channelFactory.newChannel();
,我们再看
init()


void init(Channel channel) throws Exception {
// 设置配置的option参数
final Map<ChannelOption<?>, Object> options = options0();
synchronized (options) {
channel.config().setOptions(options);
}

final Map<AttributeKey<?>, Object> attrs = attrs0();
synchronized (attrs) {
for (Entry<AttributeKey<?>, Object> e: attrs.entrySet()) {
@SuppressWarnings("unchecked")
AttributeKey<Object> key = (AttributeKey<Object>) e.getKey();
channel.attr(key).set(e.getValue());
}
}

// 获取绑定的pipeline
ChannelPipeline p = channel.pipeline();

// 准备child用到的4个part
final EventLoopGroup currentChildGroup = childGroup;
final ChannelHandler currentChildHandler = childHandler;
final Entry<ChannelOption<?>, Object>[] currentChildOptions;
final Entry<AttributeKey<?>, Object>[] currentChildAttrs;
synchronized (childOptions) {
currentChildOptions = childOptions.entrySet().toArray(newOptionArray(childOptions.size()));
}
synchronized (childAttrs) {
currentChildAttrs = childAttrs.entrySet().toArray(newAttrArray(childAttrs.size()));
}

// 为NioServerSocketChannel的pipeline添加一个初始化Handler,
// 当NioServerSocketChannel在EventLoop注册成功时,该handler的init方法将被调用
p.addLast(new ChannelInitializer<Channel>() {
@Override
public void initChannel(Channel ch) throws Exception {
final ChannelPipeline pipeline = ch.pipeline();
ChannelHandler handler = config.handler();
//如果用户配置过Handler
if (handler != null) {
pipeline.addLast(handler);
}

ch.eventLoop().execute(new Runnable() {
@Override
public void run() {
// 为NioServerSocketChannel的pipeline添加ServerBootstrapAcceptor处理器
// 该Handler主要用来将新创建的NioSocketChannel注册到EventLoopGroup中
pipeline.addLast(new ServerBootstrapAcceptor(
currentChildGroup, currentChildHandler, currentChildOptions, currentChildAttrs));
}
});
}
});
}


其实整个过程可以分为三个步骤:

设置 Channel 的 option 和 attr;

获取绑定的 pipeline,然后为 NioServerSocketChanne l绑定的 pipeline 添加 Handler;

将用于服务端注册的 Handler ServerBootstrapAcceptor 添加到 ChannelPipeline 中。ServerBootstrapAcceptor 为一个接入器,专门接受新请求,把新的请求扔给某个事件循环器。

至此初始化部分已经结束,我们再看注册部分,

// /向EventLoopGroup中注册一个channel
ChannelFuture regFuture = config().group().register(channel);


注册方法的调用位于
initAndRegister()
方法中。注意这里的
group()
返回的是前面的 boss NioEvenLoopGroup,它继承 MultithreadEventLoopGroup,调用的
register()
,也是 MultithreadEventLoopGroup 中的。如下:

public ChannelFuture register(Channel channel) {
return next().register(channel);
}


调用
next()
方法从 EventLoopGroup 中获取下一个 EventLoop,调用
register()
方法注册:

public ChannelFuture register(Channel channel) {
return register(new DefaultChannelPromise(channel, this));
}


将Channel和EventLoop封装成一个DefaultChannelPromise对象,然后调用register()方法。DefaultChannelPromis为ChannelPromise的默认实现,而ChannelPromisee继承Future,具备异步执行结构,绑定Channel,所以又具备了监听的能力,故而ChannelPromis是Netty异步执行的核心接口。

public ChannelFuture register(ChannelPromise promise) {
ObjectUtil.checkNotNull(promise, "promise");
promise.channel().unsafe().register(this, promise);
return promise;
}


首先获取 channel 的 unsafe 对象,该 unsafe 对象就是在之前设置过得。然后调用
register()
方法,如下:

public final void register(EventLoop eventLoop, final ChannelPromise promise) {
if (eventLoop == null) {
throw new NullPointerException("eventLoop");
}
if (isRegistered()) {
promise.setFailure(new IllegalStateException("registered to an event loop already"));
return;
}
if (!isCompatible(eventLoop)) {
promise.setFailure(
new IllegalStateException("incompatible event loop type: " + eventLoop.getClass().getName()));
return;
}

AbstractChannel.this.eventLoop = eventLoop;

// 必须要保证注册是由该EventLoop发起的
if (eventLoop.inEventLoop()) {
register0(promise);        // 注册
} else {
// 如果不是单独封装成一个task异步执行
try {
eventLoop.execute(new Runnable() {
@Override
public void run() {
register0(promise);
}
});
} catch (Throwable t) {
logger.warn(
"Force-closing a channel whose registration task was not accepted by an event loop: {}",
AbstractChannel.this, t);
closeForcibly();
closeFuture.setClosed();
safeSetFailure(promise, t);
}
}
}


过程如下:

1. 首先通过
isRegistered()
判断该 Channel 是否已经注册到 EventLoop 中;

2. 通过
eventLoop.inEventLoop()
来判断当前线程是否为该 EventLoop 自身发起的,如果是,则调用
register0()
直接注册;

3. 如果不是,说明该 EventLoop 中的线程此时没有执行权,则需要新建一个线程,单独封装一个 Task,而该 Task 的主要任务则是执行
register0()


无论当前 EventLoop 的线程是否拥有执行权,最终都会要执行
register0()
,如下:

private void register0(ChannelPromise promise) {
try {
// 确保 Channel 处于 open
if (!promise.setUncancellable() || !ensureOpen(promise)) {
return;
}
boolean firstRegistration = neverRegistered;

// 真正的注册动作
doRegister();

neverRegistered = false;
registered = true;

pipeline.invokeHandlerAddedIfNeeded();
safeSetSuccess(promise);        //设置注册结果为成功

pipeline.fireChannelRegistered();

if (isActive()) {
//如果是首次注册,发起 pipeline 的 fireChannelActive
if (firstRegistration) {
pipeline.fireChannelActive();
} else if (config().isAutoRead()) {
beginRead();
}
}
} catch (Throwable t) {
closeForcibly();
closeFuture.setClosed();
safeSetFailure(promise, t);
}
}


如果 Channel 处于 open 状态,则调用
doRegister()
方法完成注册,然后将注册结果设置为成功。最后判断如果是首次注册且处于激活状态,则发起 pipeline 的
fireChannelActive()


protected void doRegister() throws Exception {
boolean selected = false;
for (;;) {
try {
// 注册到NIOEventLoop的Selector上
selectionKey = javaChannel().register(eventLoop().selector, 0, this);
return;
} catch (CancelledKeyException e) {
if (!selected) {
eventLoop().selectNow();
selected = true;
} else {
throw e;
}
}
}
}


这里注册时 ops 设置的是 0,也就是说 ServerSocketChannel 仅仅只是表示了注册成功,还不能监听任何网络操作,这样做的目的是(摘自《Netty权威指南(第二版)》):

注册方式是多态的,它既可以被 NIOServerSocketChannel 用来监听客户端的连接接入,也可以注册 SocketChannel 用来监听网络读或者写操作。

通过
SelectionKey.interestOps(int ops)
方法可以方便地修改监听操作位。所以,此处注册需要获取 SelectionKey 并给 AbstractNIOChannel 的成员变量 selectionKey 赋值。

由于这里 ops 设置为 0,所以还不能监听读写事件。调用
doRegister()
后,然后调用
pipeline.invokeHandlerAddedIfNeeded();
,这个时候控制台会出现
loggin-handlerAdded
,内部如何调用,我们在剖析 pipeline 时再做详细分析。然后将注册结果设置为成功(
safeSetSuccess(promise)
)。调用
pipeline.fireChannelRegistered();
这个时候控制台会打印
loggin-channelRegistered
。这里简单分析下该方法。

public final ChannelPipeline fireChannelRegistered() {
AbstractChannelHandlerContext.invokeChannelRegistered(head);
return this;
}

static void invokeChannelRegistered(final AbstractChannelHandlerContext next) {
EventExecutor executor = next.executor();
if (executor.inEventLoop()) {
next.invokeChannelRegistered();
} else {
executor.execute(new Runnable() {
@Override
public void run() {
next.invokeChannelRegistered();
}
});
}
}


pipeline 维护着 handle 链表,事件会在 NioServerSocketChannel 的 pipeline 中传播。最终都会调用
next.invokeChannelRegistered()
,如下:

private void invokeChannelRegistered() {
if (invokeHandler()) {
try {
((ChannelInboundHandler) handler()).channelRegistered(this);
} catch (Throwable t) {
notifyHandlerException(t);
}
} else {
fireChannelRegistered();
}
}


invokeChannelRegistered()
会调用我们在前面设置的 handler (还记得签名的
handler(new LoggingServerHandler()
)么)的
channelRegistered()
,这个时候控制台应该会打印
loggin-channelRegistered


到这里
initAndRegister() (final ChannelFuture regFuture = initAndRegister();)
就分析完毕了,该方法主要做如下三件事:

1. 通过反射产生了一个 NioServerSocketChannle 对象;

2. 调用
init(channel)
完成初始化工作;

3. 将NioServerSocketChannel进行了注册。

initAndRegister()
篇幅较长,分析完毕了,我们再返回到
doBind(final SocketAddress localAddress)
。在
doBind(final SocketAddress localAddress)
中如果
initAndRegister()
执行完成,则
regFuture.isDone()
则为 true,执行
doBind0()
。如果没有执行完成,则会注册一个监听 ChannelFutureListener,当
initAndRegister()
完成后,会调用该监听的
operationComplete()
方法,最终目的还是执行
doBind0()
。故而我们下面分析
doBind0()
到底做了些什么。源码如下:

private static void doBind0(
final ChannelFuture regFuture, final Channel channel,
final SocketAddress localAddress, final ChannelPromise promise) {

channel.eventLoop().execute(new Runnable() {
@Override
public void run() {
if (regFuture.isSuccess()) {
channel.bind(localAddress, promise).addListener(ChannelFutureListener.CLOSE_ON_FAILURE);
} else {
promise.setFailure(regFuture.cause());
}
}
});
}


doBind0()
较为简单,首先new 一个线程 task,然后将该任务提交到 NioEventLoop 中进行处理,我们先看
execute()


public void execute(Runnable task) {
if (task == null) {
throw new NullPointerException("task");
}

boolean inEventLoop = inEventLoop();
if (inEventLoop) {
addTask(task);
} else {
startThread();
addTask(task);
if (isShutdown() && removeTask(task)) {
reject();
}
}

if (!addTaskWakesUp && wakesUpForTask(task)) {
wakeup(inEventLoop);
}
}


调用
inEventLoop()
判断当前线程是否为该 NioEventLoop 所关联的线程,如果是,则调用
addTask()
将任务 task 添加到队列中,如果不是,则先启动线程,在调用
addTask()
将任务 task 添加到队列中。
addTask()
如下:

protected void addTask(Runnable task) {
if (task == null) {
throw new NullPointerException("task");
}
if (!offerTask(task)) {
reject(task);
}
}


offerTask()
添加到队列中:

final boolean offerTask(Runnable task) {
if (isShutdown()) {
reject();
}
return taskQueue.offer(task);
}


task 添加到任务队列 taskQueue成功后,执行任务会调用如下方法:

channel.bind(localAddress, promise).addListener(ChannelFutureListener.CLOSE_ON_FAILURE);


channel 首先调用
bind()
完成 channel 与端口的绑定,如下:

public ChannelFuture bind(SocketAddress localAddress, ChannelPromise promise) {
return pipeline.bind(localAddress, promise);
}

public final ChannelFuture bind(SocketAddress localAddress, ChannelPromise promise) {
return tail.bind(localAddress, promise);
}


tail 在 DefaultChannelPipeline 中定义:
final AbstractChannelHandlerContext tail;
有 tail 就会有 head ,在 DefaultChannelPipeline 中维护这一个 AbstractChannelHandlerContext 节点的双向链表,该链表是实现 Pipeline 机制的关键,更多详情会在 ChannelPipeline 中做详细说明。
bind()
最终会调用 DefaultChannelPipeline 的
bind()
方法。如下:

public ChannelFuture bind(final SocketAddress localAddress, final ChannelPromise promise) {
if (localAddress == null) {
throw new NullPointerException("localAddress");
}
if (!validatePromise(promise, false)) {
// cancelled
return promise;
}

final AbstractChannelHandlerContext next = findContextOutbound();
EventExecutor executor = next.executor();
if (executor.inEventLoop()) {
next.invokeBind(localAddress, promise);
} else {
safeExecute(executor, new Runnable() {
@Override
public void run() {
next.invokeBind(localAddress, promise);
}
}, promise, null);
}
return promise;
}


首先对 localAddress 、 promise 进行校验,符合规范则调用
findContextOutbound()
,该方法用于在 pipeline 中获取 AbstractChannelHandlerContext 双向链表中的一个节点,如下:

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


从该方法可以看出,所获取的节点是从 tail 开始遍历,获取第一个节点属性 outbound 为 true 的节点。其实该节点是 AbstractChannelHandlerContext 双向链表的 head 节点。获取该节点后,调用
invokeBind()
,如下:

private void invokeBind(SocketAddress localAddress, ChannelPromise promise) {
if (invokeHandler()) {
try {
((ChannelOutboundHandler) handler()).bind(this, localAddress, promise);
} catch (Throwable t) {
notifyOutboundHandlerException(t, promise);
}
} else {
bind(localAddress, promise);
}
}


handler()
返回的是 HeadContext 对象,然后调用其
bind()
,如下:

public void bind(
ChannelHandlerContext ctx, SocketAddress localAddress, ChannelPromise promise)
throws Exception {
unsafe.bind(localAddress, promise);
}


unsafe 定义在 HeadContext 中,在构造函数中初始化(
unsafe = pipeline.channel().unsafe();
),调用
bind()
如下:

public final void bind(final SocketAddress localAddress, final ChannelPromise promise) {
assertEventLoop();

if (!promise.setUncancellable() || !ensureOpen(promise)) {
return;
}

if (Boolean.TRUE.equals(config().getOption(ChannelOption.SO_BROADCAST)) &&
localAddress instanceof InetSocketAddress &&
!((InetSocketAddress) localAddress).getAddress().isAnyLocalAddress() &&
!PlatformDependent.isWindows() && !PlatformDependent.isRoot()) {

logger.warn(
"A non-root user can't receive a broadcast packet if the socket " +
"is not bound to a wildcard address; binding to a non-wildcard " +
"address (" + localAddress + ") anyway as requested.");
}

boolean wasActive = isActive();
try {
// 最核心方法
doBind(localAddress);
} catch (Throwable t) {
safeSetFailure(promise, t);
closeIfClosed();
return;
}

if (!wasActive && isActive()) {
invokeLater(new Runnable() {
@Override
public void run() {
pipeline.fireChannelActive();
}
});
}

safeSetSuccess(promise);
}


内部调用
doBind()
,该方法为绑定中最核心的方法,位于 NioServerSocketChannel 中,如下:

protected void doBind(SocketAddress localAddress) throws Exception {
if (PlatformDependent.javaVersion() >= 7) {
javaChannel().bind(localAddress, config.getBacklog());
} else {
javaChannel().socket().bind(localAddress, config.getBacklog());
}
}


javaChannel()
返回的是 NioServerSocketChannel 实例初始化时所产生的 Java NIO ServerSocketChannel 实例(ServerSocketChannelImple实例),然后调用其
bind()
,如下:

public ServerSocketChannel bind(SocketAddress var1, int var2) throws IOException {
Object var3 = this.lock;
synchronized(this.lock) {
if(!this.isOpen()) {
throw new ClosedChannelException();
} else if(this.isBound()) {
throw new AlreadyBoundException();
} else {
InetSocketAddress var4 = var1 == null?new InetSocketAddress(0):Net.checkAddress(var1);
SecurityManager var5 = System.getSecurityManager();
if(var5 != null) {
var5.checkListen(var4.getPort());
}

NetHooks.beforeTcpBind(this.fd, var4.getAddress(), var4.getPort());
Net.bind(this.fd, var4.getAddress(), var4.getPort());
Net.listen(this.fd, var2 < 1?50:var2);
Object var6 = this.stateLock;
synchronized(this.stateLock) {
this.localAddress = Net.localAddress(this.fd);
}

return this;
}
}
}


该方法属于 Java NIO 层次的,该方法涉及到服务端端口的绑定,端口的监听,这些内容在后续的 Channel 时做详细介绍。

到这里就真正完成了服务端端口的绑定。

这篇博客比较长,大体上从源码层次稍微解读了 Netty 服务端的启动过程,当中涉及到 Netty 的各个核心组件,只能笼统来描述服务端的启动过程,具体的细节部分还需要后续做详细分析,而且其中有多个点还是懵懵懂懂,相信在后面对 Netty 的分析过程会一一解答。

谢谢阅读,祝好!!!

参考资料

《Netty权威指南(第二版)》

《Netty IN ACTION》

Netty源码分析:服务端启动全过程(篇幅很长)
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