小白努力学编程

Netty5源码分析--0.核心领域概念

04 January 2014

Netty是什么

由于通用的协议或者实现有时不能满足各种各样的需求，比如我们通常不会用一个HTTP Server来同时进行传输大文件，email以及近实时的消息如金融信息和多玩家游戏数据。我们需要一个高度优化的协议实现，来满足一些特定的需求。

Netty是一个异步，事件驱动的网络应用框架，并且提供了一些工具来帮助迅速地开发高性能，高扩展性的服务端和客户端。

核心领域概念介绍

隐喻

Channel 公路，双向道，分为去路和来路。隐喻为网络连接。

ChannelPipeline，公路管理部门，可以设置收费站，关卡等设施对车辆进行检查。

ByteBuf 车辆。隐喻为网络连接中的数据。

Handler 收费站，关卡；可以对公路上的车辆进行各种处理。

Channel

顶层接口，因为有不同的通讯协议，比如TCP、UDP、rxtx等等以及不同的通讯模型，如OIO,NIO,AIO；所以针对这些不同的实现来提供一个统一的接口，在必要的时候，进行向下转型（Downcast），方便扩展。

该接口提供如下功能： 当前channel的状态（比如是否open，connected） 当前channel的配置参数（比如receive buffer size） 当前channel支持的操作（比如read, write, connect, and bind）

另外，仍然需要值的一提是，Netty中的所有I/O操作都是异步的。这意味着这些I/O方法被调用时，会立即返回ChannelFuture，并不保证这些I/O操作实际完成（比如将数据已经发送到对端）。ChannelFuture会告诉你这个I/O操作结果是成功，失败还是取消。

Channel有一个parent。比如，SocketChannel是ServerSocketChannel的"accept方法"的返回值（ServerSocketChannel中并没有accept方法，但是在ServerSocket中是存在的）。所以，SocketChannel的 parent()返回ServerSocketChannel。

ChannelPipeline

ChannelPipeline，顾名思义，意为“Channel的流水线”，处理了Channel中所有的I/O事件和请求。ChannelPipeline该类通过了实现Intercepting Filter pattern，结合ChannelHandler接口的实现类，提供了类似将流水线的工作分成多个步骤的功能。每个ChannelHandler接口的实现类完成了一定的功能，并且可以灵活地在流水线上增加，替换，删除Handler，极大地提高了框架的灵活性。

每个Channel在实例化时，会自动创建一个ChannelPipeline实例。

Inbound 通常用来表示从外界读入数据，OutBound通常用来表示将数据写出到外界。在TCP/IP协议栈中，数据需要从操作系统的栈读入，数据写出时也需要经过操作系统的TCP/IP栈。在Netty的实现中，只有一个Handler链，将时间触发，数据发送和数据接收结合在一起。但这个也是有点费解。

在触发Inbound I/O Event时，handler依照从0到N-1顺序被netty框架触发；在触发Outbound I/O Event时，handler依照从N-1到0顺序被netty框架触发。

Inbound event传播的方法 :

  • ChannelHandlerContext.fireChannelRegistered()
  • ChannelHandlerContext.fireChannelActive()
  • ChannelHandlerContext.fireChannelRead(Object)
  • ChannelHandlerContext.fireChannelReadComplete()
  • ChannelHandlerContext.fireExceptionCaught(Throwable)
  • ChannelHandlerContext.fireUserEventTriggered(Object)
  • ChannelHandlerContext.fireChannelWritabilityChanged()
  • ChannelHandlerContext.fireChannelInactive()

Outbound event 传播的方法 :

  • ChannelHandlerContext.bind(SocketAddress, ChannelPromise)
  • ChannelHandlerContext.connect(SocketAddress, SocketAddress, ChannelPromise)
  • ChannelHandlerContext.write(Object, ChannelPromise)
  • ChannelHandlerContext.flush()
  • ChannelHandlerContext.read()
  • ChannelHandlerContext.disconnect(ChannelPromise)
  • ChannelHandlerContext.close(ChannelPromise)

read和write方法都放在Outbound event，这个真让我丈二和尚摸不着头脑哈。

ChannelPipeline是线程安全的，所以ChannelHandler可以在任意时刻被增加，移除和替换。

EventLoopGroup 和 EventLoop

类继承关系如下，JUC.ScheduledExecutorService<--EventExecutorGroup<--EventLoopGroup<--EventLoop。这个"<--"表示是符号的右边继承符号的左边接口，下同。

JUC.ScheduledExecutorService是JUC框架的线程调度框架。

EventExecutorGroup增加了next（）和children()方法；另外还Deprecated了父接口的shutdown()和shutdownNow()方法，新增了isShuttingDown()，shutdownGracefully()，shutdownGracefully()，terminationFuture()。

EventLoopGroup 覆写了EventExecutorGroup的EventLoop next()方法。

EventLoop在继承了EventLoopGroup的同时，也继承了EventExecutor接口。所以这里补充介绍下EventExecutor类，它继承了EventExecutorGroup,另外，它主要新增了EventExecutorGroup parent()方法和boolean inEventLoop(Thread thread)方法。

EventLoop自身主要新增了 ChannelHandlerInvoker asInvoker()方法，它主要负责处理所有I/O操作。

从职责上讲，EventLoop表示事件循环的意思，也就是死循环来捕获不同的事件，比如说是否可读，可写等等。EventExecutorGroup则表示一组EventLoop，所以它里面才有next（）和children()方法。另外，这几个类有点乱，尤其是父接口EventExecutorGroup依赖了子接口EventLoop，违反了DIP原则。

Future，ChannelFuture 和 ChannelPromise

ChannelFuture表示实际的I/O操作还未发生。因为在netty中，所有的I/O操作（如read, write, connect,和bind）都是异步的。类继承关系如下，JUC.Future<--Future<--ChannelFuture<--ChannelPromise

Future继承了JUC框架里的Future接口，还主要新增了isSuccess(),isCancellable(),cause()方法；此外还新增了注册Future完成的时候触发对应的Listener的功能

ChannelFuture主要新增了Channel channel()方法。

ChannelPromise在继承ChannelFuture的同时，还继承了Promise接口。该Promise主要增加了对Future的写方法，如 Promise<V> setSuccess(V result)等。也就是说，ChannelPromise基本是ChannelFuture和Promise的结合体。

也就是说，ChannelFuture不仅细化了JUC.Future语义，可以方便知道到底是成功，取消还是异常，还提供了Channel channel()。ChannelPromise则可以根据程序的运行结果设置一些业务含义。另外，也可以观察到，在子接口里仅仅把父接口方法返回值覆写了，然后什么都不做。这样一定程度上避免了强制转型的尴尬。

ByteBuf

ByteBuf支持随机和顺序访问内部的字节。它具有readerIndex和writerIndex。它们的关系如下：

  +-------------------+------------------+------------------+
  | discardable bytes |  readable bytes  |  writable bytes  |
  |                   |     (CONTENT)    |                  |
  +-------------------+------------------+------------------+
  |                   |                  |                  |
  0      <=      readerIndex   <=   writerIndex    <=    capacity

建议使用 Unpooled等helper方法来创建ByteBuf对象，而不是直接使用ByteBuf的实现的构造器。在5.0版本，建议使用PooledByteBufAllocator来创建ByteBuf对象。

Bootstrap 和 ServerBootstrap

Bootstrap这个词在计算机中，通常表示某个框架开始执行的第一段代码。详见What is bootstrapping?

在Netty中，Bootstrap是客户端启动类，ServerBootstrap是服务端启动类，用来帮助程序员迅速开始工作。

参考

User Guide For 5.x

blog comments powered by Disqus