一文了解Netty整體流程

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本文基于版本 4.1.46，同時(shí)只描述類(lèi)而不展示具體源碼。

Netty 的整體流程

Netty 的整體流程相對(duì)來(lái)說(shuō)還是比較復(fù)雜的，初學(xué)者往往會(huì)被繞暈。所以這里總結(jié)了一下整體的流程，從而對(duì) Netty 的整體服務(wù)流程有一個(gè)大致的了解。從功能上，流程可以分為服務(wù)啟動(dòng)、建立連接、讀取數(shù)據(jù)、業(yè)務(wù)處理、發(fā)送數(shù)據(jù)、關(guān)閉連接以及關(guān)閉服務(wù)。整體流程如下所示(圖中沒(méi)有包含關(guān)閉的部分)：

服務(wù)啟動(dòng)

服務(wù)啟動(dòng)時(shí)，我們以 example 代碼中的 EchoServer 為例，啟動(dòng)的過(guò)程以及相應(yīng)的源碼類(lèi)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(gè) NioEventLoop 開(kāi)始注冊(cè) 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(cè)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(kāi)始啟動(dòng)

6. EchoServer#b.bind(PORT).sync()->AbstractBootStrap#doBind()->doBind0()->AbstractChannel#pipeline.fireChannelActive()->AbstractNioChannel#selectionKey.interestOps(interestOps|readInterestOp): 注冊(cè) OP_READ 事件

上述啟動(dòng)流程中，1、2、3 是由我們自己的線(xiàn)程執(zhí)行的，即 mainThread，4、5、6 是由 Boss Thread 執(zhí)行。相應(yīng)時(shí)序圖如下：

建立連接

服務(wù)啟動(dòng)后便是建立連接的過(guò)程了，相應(yīng)過(guò)程及源碼類(lèi)如下：

1. NioEventLoop#run()->processSelectedKey()?NioEventLoop 中的 selector 輪詢(xún)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(gè) NioEventLoop 開(kāi)始注冊(cè) 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(cè)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(cè) 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(xiě)與業(yè)務(wù)處理

連接建立完畢后是具體的讀寫(xiě)，以及業(yè)務(wù)處理邏輯。以 EchoServerHandler 為例，讀取數(shù)據(jù)后會(huì)將數(shù)據(jù)傳播出去供業(yè)務(wù)邏輯處理，此時(shí)的 EchoServerHandler 代表我們的業(yè)務(wù)邏輯，而它的實(shí)現(xiàn)也非常簡(jiǎn)單，就是直接將數(shù)據(jù)寫(xiě)回去。我們將這塊看成一個(gè)整條，流程如下：

1. NioEventLoop#run()->processSelectedKey() NioEventLoop 中的 selector?輪詢(xún)創(chuàng)建讀取事件（OP_READ）

2. NioEventLoop#run()->processSelectedKey()->AbstractNioByteChannel#read()nioSocketChannel 開(kāi)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(wù)處理

4. AbstractNioByteChannel#pipeline.fireChannelRead->EchoServerHandler#channelRead在這個(gè)例子中即 EchoServerHandler 的執(zhí)行

5. EchoServerHandler#write->ChannelOutboundBuffer#addMessage?調(diào)用 write 方法

6. EchoServerHandler#flush->ChannelOutboundBuffer#addFlush?調(diào)用 flush 準(zhǔn)備數(shù)據(jù)

7. EchoServerHandler#flush->NioSocketChannel#doWrite?調(diào)用 flush 發(fā)送數(shù)據(jù)

在這個(gè)過(guò)程中讀寫(xiě)數(shù)據(jù)都是由 Work Thread 執(zhí)行的，但是業(yè)務(wù)處理可以由我們自定義的線(xiàn)程池來(lái)處理，并且一般我們也是這么做的，默認(rèn)沒(méi)有指定線(xiàn)程的情況下仍然由 Work Thread 代為處理。

關(guān)閉連接

服務(wù)處理完畢后，單個(gè)連接的關(guān)閉是什么樣的呢？

1. NioEventLoop#run()->processSelectedKey()?NioEventLoop 中的 selector 輪詢(xún)創(chuàng)建讀取事件（OP_READ)，這里關(guān)閉連接仍然是讀取事件

2. NioEventLoop#run()->processSelectedKey()->AbstractNioByteChannel#read()->closeOnRead(pipeline)當(dāng)字節(jié)<0 時(shí)開(kāi)始執(zhí)行關(guān)閉 nioSocketChannel

3. NioEventLoop#run()->processSelectedKey()->AbstractNioByteChannel#read()->closeOnRead(pipeline)->AbstractChannel#close->AbstractNioChannel#doClose()?關(guān)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(guān)閉多路復(fù)用器的 key

時(shí)序圖如下：

關(guān)閉服務(wù)

最后是關(guān)閉整個(gè) Netty 服務(wù)：

1. NioEventLoop#run->closeAll()->selectionKey.cancel/channel.close?關(guān)閉 channel，取消 selectionKey

2. NioEventLoop#run->confirmShutdown->cancelScheduledTasks?取消定時(shí)任務(wù)

3. NioEventLoop#cleanup->selector.close()?關(guān)閉 selector

時(shí)序圖如下，為了好畫(huà)將 NioEventLoop 拆成了 2 塊：

至此，整個(gè) Netty 的服務(wù)流程就結(jié)束了。

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作者：fredalxin
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