一文搞懂 Netty 的整體流程，還有誰不會？

作者：fredalxin
地址：https://fredal.xin/netty-process

本文基于版本 4.1.46，同時只描述類而不展示具體源碼。

Netty 的整體流程

Netty 的整體流程相對來說還是比較復雜的，初學者往往會被繞暈。

所以這里總結了一下整體的流程，從而對 Netty 的整體服務流程有一個大致的了解。從功能上，流程可以分為服務啟動、建立連接、讀取數(shù)據(jù)、業(yè)務處理、發(fā)送數(shù)據(jù)、關閉連接以及關閉服務。

整體流程如下所示(圖中沒有包含關閉的部分)：

服務啟動

服務啟動時，我們以 example 代碼中的 EchoServer 為例，啟動的過程以及相應的源碼類如下：

1. EchoServer#new NioEventLoopGroup(1)->NioEventLoop#provider.openSelector() : 創(chuàng)建 selector
2. EchoServer#b.bind(PORT).sync->AbstractBootStrap#doBind()->initAndRegister()-> channelFactory.newChannel() / init(channel) : 創(chuàng)建 serverSocketChannel 以及初始化
3. EchoServer#b.bind(PORT).sync->AbstractBootStrap#doBind()->initAndRegister()-> config().group().register(channel) ：從 boss group 中選擇一個 NioEventLoop 開始注冊 serverSocketChannel
4. EchoServer#b.bind(PORT).sync->AbstractBootStrap#doBind()->initAndRegister()->config().group().register(channel)->AbstractChannel#register0(promise)->AbstractNioChannel#javaChannel().register(eventLoop().unwrappedSelector(), 0, this) : 將 server socket channel 注冊到選擇的 NioEventLoop 的 selector
5. EchoServer#b.bind(PORT).sync()->AbstractBootStrap#doBind()->doBind0()->AbstractChannel#doBind(localAddress)->NioServerSocketChannel#javaChannel().bind(localAddress, config.getBacklog()) : 綁定地址端口開始啟動
6. EchoServer#b.bind(PORT).sync()->AbstractBootStrap#doBind()->doBind0()->AbstractChannel#pipeline.fireChannelActive()->AbstractNioChannel#selectionKey.interestOps(interestOps|readInterestOp): 注冊 OP_READ 事件

上述啟動流程中，1、2、3 是由我們自己的線程執(zhí)行的，即 mainThread，4、5、6 是由 Boss Thread 執(zhí)行。另外，關注公眾號Java技術棧，在后臺回復：面試，可以獲取我整理的 Java 多線程系列面試題和答案，非常齊全。

相應時序圖如下：

建立連接

服務啟動后便是建立連接的過程了，相應過程及源碼類如下：

1. NioEventLoop#run()->processSelectedKey() NioEventLoop 中的 selector 輪詢創(chuàng)建連接事件（OP_ACCEPT）
2. NioEventLoop#run()->processSelectedKey()->AbstractNioMessageChannel#read->NioServerSocketChannel#doReadMessages()->SocketUtil#accept(serverSocketChannel) 創(chuàng)建 socket channel
3. NioEventLoop#run()->processSelectedKey()->AbstractNioMessageChannel#fireChannelRead->ServerBootstrap#ServerBootstrapAcceptor#channelRead-> childGroup.register(child) 從worker group 中選擇一個 NioEventLoop 開始注冊 socket channel
4. NioEventLoop#run()->processSelectedKey()->AbstractNioMessageChannel#fireChannelRead->ServerBootstrap#ServerBootstrapAcceptor#channelRead-> childGroup.register(child)->AbstractChannel#register0(promise)-> AbstractNioChannel#javaChannel().register(eventLoop().unwrappedSelector(), 0, this) 將 socket channel 注冊到選擇的 NioEventLoop 的 selector
5. NioEventLoop#run()->processSelectedKey()->AbstractNioMessageChannel#fireChannelRead->ServerBootstrap#ServerBootstrapAcceptor#channelRead-> childGroup.register(child)->AbstractChannel#pipeline.fireChannelActive()-> AbstractNioChannel#selectionKey.interestOps(interestOps | readInterestOp) 注冊 OP_ACCEPT 事件

同樣，上述流程中 1、2、3 的執(zhí)行仍由 Boss Thread 執(zhí)行，直到 4、5 由具體的 Work Thread 執(zhí)行。

讀寫與業(yè)務處理

連接建立完畢后是具體的讀寫，以及業(yè)務處理邏輯。以 EchoServerHandler 為例，讀取數(shù)據(jù)后會將數(shù)據(jù)傳播出去供業(yè)務邏輯處理，此時的 EchoServerHandler 代表我們的業(yè)務邏輯，而它的實現(xiàn)也非常簡單，就是直接將數(shù)據(jù)寫回去。

我們將這塊看成一個整條，流程如下：

1. NioEventLoop#run()->processSelectedKey() NioEventLoop 中的 selector 輪詢創(chuàng)建讀取事件（OP_READ）
2. NioEventLoop#run()->processSelectedKey()->AbstractNioByteChannel#read() nioSocketChannel 開始讀取數(shù)據(jù)
3. NioEventLoop#run()->processSelectedKey()->AbstractNioByteChannel#read()->pipeline.fireChannelRead(byteBuf)把讀取到的數(shù)據(jù)傳播出去供業(yè)務處理
4. AbstractNioByteChannel#pipeline.fireChannelRead->EchoServerHandler#channelRead在這個例子中即 EchoServerHandler 的執(zhí)行
5. EchoServerHandler#write->ChannelOutboundBuffer#addMessage 調用 write 方法
6. EchoServerHandler#flush->ChannelOutboundBuffer#addFlush 調用 flush 準備數(shù)據(jù)
7. EchoServerHandler#flush->NioSocketChannel#doWrite 調用 flush 發(fā)送數(shù)據(jù)

在這個過程中讀寫數(shù)據(jù)都是由 Work Thread 執(zhí)行的，但是業(yè)務處理可以由我們自定義的線程池來處理，并且一般我們也是這么做的，默認沒有指定線程的情況下仍然由 Work Thread 代為處理。

關閉連接

服務處理完畢后，單個連接的關閉是什么樣的呢？

1. NioEventLoop#run()->processSelectedKey() NioEventLoop 中的 selector 輪詢創(chuàng)建讀取事件（OP_READ)，這里關閉連接仍然是讀取事件
2. NioEventLoop#run()->processSelectedKey()->AbstractNioByteChannel#read()->closeOnRead(pipeline)當字節(jié)<0 時開始執(zhí)行關閉 nioSocketChannel
3. NioEventLoop#run()->processSelectedKey()->AbstractNioByteChannel#read()->closeOnRead(pipeline)->AbstractChannel#close->AbstractNioChannel#doClose() 關閉 socketChannel
4. NioEventLoop#run()->processSelectedKey()->AbstractNioByteChannel#read()->closeOnRead(pipeline)->AbstractChannel#close->outboundBuffer.failFlushed/close 清理消息：不接受新信息，fail 掉所有 queue 中消息
5. NioEventLoop#run()->processSelectedKey()->AbstractNioByteChannel#read()->closeOnRead(pipeline)->AbstractChannel#close->fireChannelInactiveAndDeregister->AbstractNioChannel#doDeregister eventLoop().cancel(selectionKey()) 關閉多路復用器的 key

時序圖如下：

關閉服務

最后是關閉整個 Netty 服務：

1. NioEventLoop#run->closeAll()->selectionKey.cancel/channel.close 關閉 channel，取消 selectionKey
2. NioEventLoop#run->confirmShutdown->cancelScheduledTasks 取消定時任務
3. NioEventLoop#cleanup->selector.close() 關閉 selector

時序圖如下，為了好畫將 NioEventLoop 拆成了 2 塊：

至此，整個 Netty 的服務流程就結束了。

完了，哈哈，還有誰不會嗎？？

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