【Netty】服务端和客户端

时间 2019-12-04

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本文是基于Netty4.1.36进行分析java

服务端

Netty服务端的启动代码基本都是以下：编程

private void start() throws Exception {

        final EchoServerHandler serverHandler = new EchoServerHandler();
        /**
         * NioEventLoop并非一个纯粹的I/O线程，它除了负责I/O的读写以外
         * 建立了两个NioEventLoopGroup，
         * 它们实际是两个独立的Reactor线程池。
         * 一个用于接收客户端的TCP链接，
         * 另外一个用于处理I/O相关的读写操做，或者执行系统Task、定时任务Task等。
         */
        EventLoopGroup bossGroup = new NioEventLoopGroup();
        EventLoopGroup childGroup = new NioEventLoopGroup();

        try {
            //ServerBootstrap负责初始化netty服务器，而且开始监听端口的socket请求
            ServerBootstrap b = new ServerBootstrap();
            b.group(bossGroup, childGroup)
                    .channel(NioServerSocketChannel.class)
                    .localAddress(new InetSocketAddress(port))
                    .childHandler(new ChannelInitializer<SocketChannel>() {
                        @Override
                        protected void initChannel(SocketChannel socketChannel) throws Exception {
//                            为监听客户端read/write事件的Channel添加用户自定义的ChannelHandler
                            socketChannel.pipeline().addLast(serverHandler);
                        }
                    });

            ChannelFuture f = b.bind().sync();

            f.channel().closeFuture().sync();
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            bossGroup.shutdownGracefully().sync();
            childGroup.shutdownGracefully().sync();
        }
    }

从上图的代码能够总结为如下几个步骤：缓存

一、建立ServerBootStrap实例
二、设置并绑定Reactor线程池：EventLoopGroup，EventLoop就是处理全部注册到本线程的Selector上面的Channel
三、设置并绑定服务端的channel
四、五、建立处理网络事件的ChannelPipeline和handler，网络时间以流的形式在其中流转，handler完成多数的功能定制：好比编解码 SSl安全认证
六、绑定并启动监听端口
七、当轮训到准备就绪的channel后，由Reactor线程：NioEventLoop执行pipline中的方法，最终调度并执行channelHandler安全

服务端建立时序图

ServerBootStrap引导启动服务端

它就是主要引导启动服务端，工做包括如下：服务器

1.建立服务端Channel
2.初始化服务端Channel
3.将Channel注册到selector
4.端口绑定

1.建立服务端Channel

流程：
首先从用户代码的bind()其实就是AbstractBootstrap.bind(),而后经过反射工厂将用户经过b.channel(NioServerSocketChannel.class)传入的NioServerSocketChannel经过调用底层的jdk的SelectorProvider建立channel，同时也接着建立好对应的ChannelPipeline。
详情能够参考下图，本身去查看一下源码：网络

2.初始化服务端Channel

主要工做以下：异步

1）设置的option缓存到NioServerSocketChannelConfig里
2）设置的attr设置到channel里
3）保存配置的childOptions，配置的childAttrs 到ServerBootstrapAcceptor里
4）往NioSocketChannel的pipeline中添加一个ServerBootstrapAcceptorsocket

主要的核心源码以下：ide

@Override
    void init(Channel channel) throws Exception {
        final Map<ChannelOption<?>, Object> options = options0();
        synchronized (options) {
            setChannelOptions(channel, options, logger);
        }

        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());
            }
        }

        ChannelPipeline p = channel.pipeline();

        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(0));
        }
        synchronized (childAttrs) {
            currentChildAttrs = childAttrs.entrySet().toArray(newAttrArray(0));
        }

        p.addLast(new ChannelInitializer<Channel>() {
            @Override
            public void initChannel(final Channel ch) throws Exception {
                final ChannelPipeline pipeline = ch.pipeline();
                ChannelHandler handler = config.handler();
                if (handler != null) {
                    pipeline.addLast(handler);
                }

                ch.eventLoop().execute(new Runnable() {
                    @Override
                    public void run() {
                        pipeline.addLast(new ServerBootstrapAcceptor(
                                ch, currentChildGroup, currentChildHandler, currentChildOptions, currentChildAttrs));
                    }
                });
            }
        });
    }

小结：
整体如上面工做流程所述。
特别地建议：查看ServerBootstrapAcceptor源码，你能够发现ServerBootstrapAcceptor在channelRead事件触发的时候（也就有客户端链接的时候），把childHandler加到childChannel Pipeline的末尾，设置childHandler的options和attrs，最后把childHandler注册进childGroupoop

3.将Channel注册到selector

注册过程以下图

小结：
Channel 注册过程所作的工做就是将 Channel 与对应的 EventLoop 关联。

1）.每一个 Channel 都会关联一个特定的 EventLoop, 而且这个 Channel 中的全部 IO 操做都是在这个 EventLoop 中执行的;

2）.当关联好 Channel 和 EventLoop 后, 会继续调用底层的 Java NIO SocketChannel 的 register 方法, 将底层的 Java NIO SocketChannel 注册到指定的 selector 中.

经过这两步, 就完成了 Netty Channel 的注册过程.

4.端口绑定

端口绑定的源码流程基本以下图，详情能够仍是你本身读一下源码比较好点。

小结：
其实netty端口绑定是调用 jdk的javaChannel().bind(localAddress, config.getBacklog());进行绑定，而后TCP链路创建成功，Channel激活事件，经过channelPipeline进行传播。

客户端

客户端启动的常规代码以下：

private void start() throws Exception {

        /**
         * Netty用于接收客户端请求的线程池职责以下。
         * （1）接收客户端TCP链接，初始化Channel参数；
         * （2）将链路状态变动事件通知给ChannelPipeline
         */
        EventLoopGroup group = new NioEventLoopGroup();
        try {
            Bootstrap b = new Bootstrap();
            b.group(group)
                    .channel(NioSocketChannel.class)
                    .remoteAddress(new InetSocketAddress(host,port))
                    .handler(new ChannelInitializer<SocketChannel>() {
                        @Override
                        protected void initChannel(SocketChannel socketChannel) throws Exception {
                            socketChannel.pipeline().addLast(new EchoClientHandler());
                        }
                    });
            //绑定端口
            ChannelFuture f = b.connect().sync();

            f.channel().closeFuture().sync();
        } catch (Exception e) {
            group.shutdownGracefully().sync();
        }


    }

流程：

1.用户线程建立Bootstrap实例，经过API设置建立客户端相关的参数，异步发起客户端链接。
2.建立处理客户端链接、I/O读写的Reactor线程组NioEventLoopGroup，默认为CPU内核数的2倍。
3.经过Bootstrap的ChannelFactory和用户指定的Channel类型建立用于客户端NioSocketChannel，它的功能相似于JDK NIO类库提供的SocketChannel
4.建立默认的Channel Handler Pipeline，用于调度和执行网路事件。
5.异步发起TCP链接，判断链接是否成功。若是成功，则直接将NioSocketChannel注册到多路复用器上，监听读操做位，用于数据包读取和消息发送，若是没有当即链接成功，则注册链接监听为到多路复用器，等待链接结果。
6.注册对应的网络监听状态为到多路复用器。
7.由多路复用器在I/O现场中轮询个Channel，处理链接结果。
8.若是链接成功，设置Future结果，发送链接成功事件，触发ChannelPipeline执行。
9.由ChannelPipeline调度执行系统和用户的ChannelHandler，执行逻辑。

源码调用流程以下图：

小结：
客户端是如何发起 TCP 链接的？

以下图：

特别提醒：
在AbstractChannelHandlerContext.connect()#findContextOutbound这步操做是返回的结果next实际上是头节点，也就是说在下一步next.invokeConnect()这里的next就是头节点，因此最终是调用HeadContext .connect()

总结

本文主要讲述netty服务端和客户端的简单工做流程。
具体服务端与客户端如何通讯，以及内存管理等方面的知识下一次再写。

最后

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