Netty源码解析-概述篇

本文是由code4craft发表在博客上的，原文基于Netty3.7的版本，源码部分对buffer、Pipeline、Reactor模式等进行了部分讲解，我的又继续新增了后续的几个核心组件的源码解读，新增了具体的案例。
Netty的源码很是好，质量极高，是Java中质量最高的开源项目之一，(比Spring系列源码高几层楼…)
我十分建议你们花上一周时间自习读一读。

概述

Netty是什么

大概用Netty的，不管新手仍是老手，都知道它是一个“网络通信框架”。所谓框架，基本上都是一个做用：基于底层API，提供更便捷的编程模型。那么"通信框架"到底作了什么事情呢？回答这个问题并不太容易，咱们不妨反过来看看，不使用netty，直接基于NIO编写网络程序，你须要作什么(以Server端TCP链接为例，这里咱们使用Reactor模型)：

1. 监听端口，创建Socket链接
2. 创建线程，处理内容
   1. 读取Socket内容，并对协议进行解析
   2. 进行逻辑处理
   3. 回写响应内容
   4. 若是是屡次交互的应用(SMTP、FTP)，则须要保持链接多进行几回交互
3. 关闭链接

创建线程是一个比较耗时的操做，同时维护线程自己也有一些开销，因此咱们会须要多线程机制，幸亏JDK已经有很方便的多线程框架了，这里咱们不须要花不少心思。

此外，由于TCP链接的特性，咱们还要使用链接池来进行管理：

1. 创建TCP链接是比较耗时的操做，对于频繁的通信，保持链接效果更好
2. 对于并发请求，可能须要创建多个链接
3. 维护多个链接后，每次通信，须要选择某一可用链接
4. 链接超时和关闭机制

想一想就以为很复杂了！实际上，基于NIO直接实现这部分东西，即便是老手也容易出现错误，而使用Netty以后，你只须要关注逻辑处理部分就能够了。

体验Netty

这里咱们引用Netty的example包里的一个例子，一个简单的EchoServer，它接受客户端输入，并将输入原样返回。其主要代码以下：

public void run() {
        // Configure the server.
        ServerBootstrap bootstrap = new ServerBootstrap(
                new NioServerSocketChannelFactory(
                        Executors.newCachedThreadPool(),
                        Executors.newCachedThreadPool()));

        // Set up the pipeline factory.
        bootstrap.setPipelineFactory(new ChannelPipelineFactory() {
            public ChannelPipeline getPipeline() throws Exception {
                return Channels.pipeline(new EchoServerHandler());
            }
        });

        // Bind and start to accept incoming connections.
        bootstrap.bind(new InetSocketAddress(port));
    }

这里EchoServerHandler是其业务逻辑的实现者，大体代码以下：

public class EchoServerHandler extends SimpleChannelUpstreamHandler {

	    @Override
	    public void messageReceived(
	            ChannelHandlerContext ctx, MessageEvent e) {
	        // Send back the received message to the remote peer.
	        e.getChannel().write(e.getMessage());
	    }
	}

仍是挺简单的，不是吗？

Netty背后的事件驱动机制

完成了以上一段代码，咱们算是与Netty进行了第一次亲密接触。若是想深刻学习呢？

阅读源码是了解一个开源工具很是好的手段，可是Java世界的框架大多追求大而全，功能完备，若是逐个阅读，不免迷失方向，Netty也并不例外。相反，抓住几个重点对象，理解其领域概念及设计思想，从而理清其脉络，至关于打通了任督二脉，之后的阅读就再也不困难了。

理解Netty的关键点在哪呢？我以为，除了NIO的相关知识，另外一个就是事件驱动的设计思想。什么叫事件驱动？咱们回头看看EchoServerHandler的代码，其中的参数：public void messageReceived(ChannelHandlerContext ctx, MessageEvent e)，MessageEvent就是一个事件。这个事件携带了一些信息，例如这里e.getMessage()就是消息的内容，而EchoServerHandler则描述了处理这种事件的方式。一旦某个事件触发，相应的Handler则会被调用，并进行处理。这种事件机制在UI编程里普遍应用，而Netty则将其应用到了网络编程领域。

在Netty里，全部事件都来自ChannelEvent接口，这些事件涵盖监听端口、创建链接、读写数据等网络通信的各个阶段。而事件的处理者就是ChannelHandler，这样，不可是业务逻辑，连网络通信流程中底层的处理，均可以经过实现ChannelHandler来完成了。事实上，Netty内部的链接处理、协议编解码、超时等机制，都是经过handler完成的。当博主弄明白其中的奥妙时，不得不佩服这种设计！

下图描述了Netty进行事件处理的流程。Channel是链接的通道，是ChannelEvent的产生者，而ChannelPipeline能够理解为ChannelHandler的集合。

开启Netty源码之门

理解了Netty的事件驱动机制，咱们如今能够来研究Netty的各个模块了。Netty的包结构以下：

org
└── jboss
    └── netty
		├── bootstrap 配置并启动服务的类
		├── buffer 缓冲相关类，对NIO Buffer作了一些封装
		├── channel 核心部分，处理链接
		├── container 链接其余容器的代码
		├── example 使用示例
		├── handler 基于handler的扩展部分，实现协议编解码等附加功能
		├── logging 日志
		└── util 工具类

在这里面，channel和handler两部分比较复杂。咱们不妨与Netty官方的结构图对照一下，来了解其功能。

具体的解释能够看这里：http://netty.io/3.7/guide/#architecture。图中能够看到，除了以前说到的事件驱动机制以外，Netty的核心功能还包括两部分：

• Zero-Copy-Capable Rich Byte Buffer

  零拷贝的Buffer。为何叫零拷贝？由于在数据传输时，最终处理的数据会须要对单个传输层的报文，进行组合或者拆分。NIO原生的ByteBuffer没法作到这件事，而Netty经过提供Composite(组合)和Slice(切分)两种Buffer来实现零拷贝。这部分代码在org.jboss.netty.buffer包中。
  这里须要额外注意，不要和操做系统级别的Zero-Copy混淆了, 操做系统中的零拷贝主要是用户空间和内核空间之间的数据拷贝, NIO中经过DirectBuffer作了实现.

• Universal Communication API

  统一的通信API。这个是针对Java的Old I/O和New I/O，使用了不一样的API而言。Netty则提供了统一的API(org.jboss.netty.channel.Channel)来封装这两种I/O模型。这部分代码在org.jboss.netty.channel包中。

此外，Protocol Support功能经过handler机制实现。

接下来的文章，咱们会根据模块，详细的对Netty源码进行分析。

参考资料：

• Netty 3.7 User Guide http://netty.io/3.7/guide/

• What is Netty? http://ayedo.github.io/netty/2013/06/19/what-is-netty.html