Netty源码—1.服务端启动流程

襁壮鸢 · 3 天前

大纲
1.服务端启动整体流程及关键方法
2.服务端启动的核心步骤
3.创建服务端Channel的源码
4.初始化服务端Channel的源码
5.注册服务端Channel的源码
6.绑定服务端端口的源码
7.服务端启动流程源码总结

1.服务端启动整体流程及关键方法
(1)关键方法
(2)整体流程

(1)关键方法
一.EventLoopGroup
服务端的线程模型外观类，Netty的线程模型是事件驱动的。也就是说，这个线程要做的事情就是不停地检测IO事件、处理IO事件、执行任务，并且不断重复这三个步骤。

二.ServerBootstrap
服务端的一个启动辅助类，通过给它设置一系列参数来绑定端口启动服务。

三.group(bossGroup, workerGroup)
设置服务端的线程模型，bossGroup的作用就是不断接收新的连接，并将新连接交给workerGroup来进行处理。

四.channel(NioServerSocketChannel.class)
设置服务端的IO类型为NIO，Netty是通过指定Channel的类型来指定IO类型的。Channel是Netty的一大组件，一个Channel就是一个连接或者一个服务端的bind动作。

五.handler()
表示在服务端的启动过程中，需要经过哪些流程。

六.childHandler()
设置ChannleHandler来处理每个连接上的数据。

七.ChannelFuture f = b.bind(8888).sync()
绑定端口并进行同步等待。绑定端口8888，等服务端启动完毕，才会进入下一行代码。

八.f.channel().closeFuture().sync()
等待服务端关闭端口绑定，这里的作用其实就是让程序不会退出。

九.bossGroup.shutdownGracefully()
关闭事件循环，关闭之后，main方法就结束了。

(2)整体流程
一.创建ServerBootstrap实例
ServerBootstrap是Netty服务端的启动辅助类，它提供了一系列方法用于设置服务端启动相关的参数。底层通过门面模式对各种能力进行抽象和封装，以让用户少和底层API交互，降低开发难度。ServerBootstrap只有一个无参的构造函数，它使用了Builder模式来处理参数过多的问题。

二.设置并绑定Reactor线程池
Netty的Reactor线程池是EventLoopGroup，而EventLoopGroup实际就是EventLoop的数组。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的轮询操作是由其绑定的EventLoop线程run()方法驱动的，在一个循环体内循环执行。

三.设置并绑定服务端Channel
由于NIO服务端需要创建ServerSocketChannel，而Netty对NIO类库进行了封装，所以对应的就是NioServerSocketChannel。

Netty的ServerBootstrap方法提供了channel()方法用于指定服务端的Channel类型。Netty是通过工厂类(ServerBootstrap的父类AbstractBootstrap的ReflectiveChannelFactory实例)，利用反射创建NioServerSocketChannel对象的。由于启动时才调用，所以该反射对运行时的性能没有影响。

四.创建并初始化ChannelPipeline
ChannelPipeline不是NIO服务端必需的，它本质是一个负责处理网络事件的职责链。ChannelPipeline这个职责链会负责管理和执行ChannelHandler。网络事件以事件流的形式在ChannelPipeline中流转，由ChannelPipeline根据ChannelHandler的执行策略来调度执行。

五.添加并设置ChannelHandler
ChannelHandler是Netty提供给用户定制和扩展的关键接口。利用ChannelHandler用户可以完成大多数的功能定制，如消息编解码、心跳、安全认证、流量控制和流量整形。

六.绑定并启动监听端口
在绑定监听端口之前，系统会做一系列的初始化和检测工作。完成之后便会启动监听端口，并将ServerSocketChannel注册到Selector上，然后监听客户端连接。

七.Selector轮询
由Reactor线程NioEventLoop负责调度和执行Selector轮询操作，选择准备就绪的Channel集合。

八.执行ChannelPipeline和ChannelHandler
当轮询到准备就绪的Channel之后，就由Reactor线程NioEventLoop执行ChannelPipeline的相应方法。即ChannelPipeline会根据网络事件的类型调度并执行ChannelHandler，最终执行Netty自带的ChannelHandler或用户定制的ChannelHandler。

典型的网络事件有：
一.channelRegistered() 链路注册
二.channelActive() 链路激活
三.channelInActive() 链路断开
四.channelRead() 接收到请求消息
五.channelReadComplete() 处理完请求消息
六.exceptionCaugh() 链路发生异常

常用的ChannelHandler有：
一.ByteToMessageCodec 消息编解码Handler
二.LoggingHandler 码流日志打印Handler
三.SslHandler SSL安全认证Handler
四.IdleStateHandler 链路空闲检测Handler
五.LengthFieldBasedFrameDecoder 基于长度域的半包解码Handler
六.ChannelTrafficShapingHandler 进行流量整形的Handler
七.Base64Decoder和Base64Encoder Base64编解码Handler

2.服务端启动的核心步骤
(1)由启动辅助类的外观接口实现启动
(2)启动辅助类的bind()方法
(3)启动辅助类的initAndRegister()方法
(4)服务端启动的4个核心步骤

(1)由启动辅助类的外观接口实现启动
用户给启动辅助类ServerBootstrap设置好参数后，会通过它的外观接口来实现启动。

b.bind(8888).sync();

复制代码

(2)启动辅助类的bind()方法
ServerBootstrap的bind()方法如下，来自其继承的抽象类AbstractBootstrap。

//Bootstrap sub-class which allows easy bootstrap of ServerChannel
public class ServerBootstrap extends AbstractBootstrap<ServerBootstrap, ServerChannel> {
...
...
}
//AbstractBootstrap is a helper class that makes it easy to bootstrap a Channel.
//It support method-chaining to provide an easy way to configure the AbstractBootstrap.
//When not used in a ServerBootstrap context, the #bind() methods are useful for connectionless transports such as datagram (UDP).
public abstract class AbstractBootstrap<B extends AbstractBootstrap<B, C>, C extends Channel> implements Cloneable {
...
//Create a new Channel and bind it.
public ChannelFuture bind(int inetPort) {
//首先根据端口号创建一个InetSocketAddress对象，然后调用重载方法bind()
return bind(new InetSocketAddress(inetPort));
}
//Create a new Channel and bind it.
public ChannelFuture bind(SocketAddress localAddress) {
//验证服务启动需要的必要参数
validate();
if (localAddress == null) throw new NullPointerException("localAddress");
return doBind(ObjectUtil.checkNotNull(localAddress, "localAddress"));
}
private ChannelFuture doBind(final SocketAddress localAddress) {
final ChannelFuture regFuture = initAndRegister();//1.初始化和注册Channel
final Channel channel = regFuture.channel();
...
doBind0(regFuture, channel, localAddress, promise);//2.绑定服务端端口
...
return promise;
}
...
}

复制代码

通过传入端口号调用AbstractBootstrap的bind()方法时，首先会根据端口号创建一个InetSocketAddress对象，然后继续调用重载方法bind()。重载方法bind()会先通过validate()方法验证服务启动需要的必要参数，然后调用doBind()方法。doBind()方法中的核心方法是：initAndRegister() + doBind0()。前者用于初始化和注册Channel，后者用于绑定服务端端口。

(3)启动辅助类的initAndRegister()方法

//AbstractBootstrap is a helper class that makes it easy to bootstrap a Channel.
//It support method-chaining to provide an easy way to configure the AbstractBootstrap.
public abstract class AbstractBootstrap<B extends AbstractBootstrap<B, C>, C extends Channel> implements Cloneable {
...
final ChannelFuture initAndRegister() {
Channel channel = null;
...
//1.创建服务端Channel
channel = channelFactory.newChannel();
//2.初始化服务端Channel
init(channel);
...
//3.注册服务端Channel，比如通过NioEventLoopGroup的register()方法进行注册
ChannelFuture regFuture = config().group().register(channel);
...
return regFuture;
}
...
}

复制代码

(4)服务端启动的4个核心步骤
步骤一：创建服务端Channel
步骤二：初始化服务端Channel
步骤三：注册服务端Channel到Selector
步骤四：绑定服务端端口

3.创建服务端Channel的源码
(1)Channel的概念
(2)Channel的创建
(3)ChannelFactory的创建
(4)通过反射创建Channel对象
(5)创建JDK底层NIO的Channel
(6)创建Channel配置类
(7)设置Channel类型为非阻塞
(8创建Channel的核心组件
(9)创建服务端Channel总结

(1)Channel的概念
Netty官方对Channel的描述是：Channel可以理解为一个网络连接或者一个具有"读、写、连接、绑定"等IO操作能力的组件。Netty的Channel由于是在服务启动的时候创建的，可以和BIO中的ServerSocket对应，也和NIO中的ServerSocketChannel对应，所以符合上述IO组件的概念。

(2)Channel的创建
Channel是通过ChannelFactory的newChannel()方法创建出来的。
[code]//AbstractBootstrap is a helper class that makes it easy to bootstrap a Channel. //It support method-chaining to provide an easy way to configure the AbstractBootstrap.public abstract class AbstractBootstrap<B extends AbstractBootstrapB, C, C extends Channel> implements Cloneable { private volatile ChannelFactory

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