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netty4源码分析-socket

netty服务端启动socketServerSocketChannel.opench.configureBlocking(false) 
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netty4源码分析-socket

       服务端启动的第一步必须先创建一个监听套接字ServerSocketChannel，该过程是由ChannelFuture f = b.bind(port)中的bind触发。下面详细分析其过程：

       Bind源码如下，代码位于ServerBootstrap的父类AbstractBootstrap

//AbstractBootstrap
public ChannelFuture bind(int inetPort) {
        return bind(new InetSocketAddress(inetPort));
}

public ChannelFuture bind(SocketAddress localAddress) {
        validate();
        if (localAddress == null) {
            throw new NullPointerException("localAddress");
        }
        return doBind(localAddress);
    }

      validate()方法的作用为：校验：bossGroup、BootstrapChannelFactory、childHandler非空。如果childGroup为空，则复用bossGroup，将bossGroup赋值给childGroup。

 

      接着来看doBind的逻辑：

//AbstractBootstrap
private ChannelFuture doBind(final SocketAddress localAddress) {
        final ChannelFuture regPromise = initAndRegister();
        final Channel channel = regPromise.channel();
        final ChannelPromise promise = channel.newPromise();
        if (regPromise.isDone()) {
            doBind0(regPromise, channel, localAddress, promise);
        } else {
            regPromise.addListener(new ChannelFutureListener() {
                @Override
                public void operationComplete(ChannelFuture future) throws Exception {
                    doBind0(future, channel, localAddress, promise);
                }
            });
        }
        return promise;
    }

     

         重点分析里面的initAndRegister()方法

//AbstractBootstrap
final ChannelFuture initAndRegister() {
        final Channel channel = channelFactory().newChannel();
        try {
            init(channel);
        } catch (Throwable t) {
            channel.unsafe().closeForcibly();
            return channel.newFailedFuture(t);
        }

        ChannelPromise regPromise = channel.newPromise();
        group().register(channel, regPromise);
        if (regPromise.cause() != null) {
            if (channel.isRegistered()) {
                channel.close();
            } else {
                channel.unsafe().closeForcibly();
            }
        }
        return regPromise;
    }

     

a）首先分析以下代码：

final Channel channel = channelFactory().newChannel()

      channelFactory()方法返回之前创建的BootstrapChannelFactory，里面的newChannel()方法会根据反射创建一个ServerSocketChannel

//BootstrapChannelFactory       
public T newChannel() {
            try {
                return clazz.newInstance();
            } catch (Throwable t) {
                throw new ChannelException("Unable to create Channel from class " + clazz, t);
            }
        }

        注：clazz是在服务端启动的这段代码（b.group(bossGroup,workerGroup).channel(NioServerSocketChannel.class)中设置的。

        clazz.newInstance()会调用NioServerSocketChannel的默认构造函数

// NioServerSocketChannel
public NioServerSocketChannel() {
        super(null, newSocket(), SelectionKey.OP_ACCEPT);
        config = new DefaultServerSocketChannelConfig(this, javaChannel().socket());
}
private static ServerSocketChannel newSocket() {
        try {
            return ServerSocketChannel.open();
        } catch (IOException e) {
            throw new ChannelException(
                    "Failed to open a server socket.", e);
        }
    }

       注意newSocket中的这行代码：

return ServerSocketChannel.open();

       此处就是服务端监听套接字ServerSocketChannel创建的地方。

 

       既然是使用NIO，那么设置创建的ServerSocketChannel为非阻塞是在哪个地方发生的呢？看下这行代码

super(null, newSocket(), SelectionKey.OP_ACCEPT);

       它会对NioServerSocketChannel的父类进行初始化：NioServerSocketChannel的父类是AbstractNioMessageChannel，其构造方法仅仅初始化其父类AbstractNioChannel，父类构造方法如下：

//AbstractNioChannel
protected AbstractNioChannel(Channel parent, SelectableChannel ch, int readInterestOp) {
        super(parent);
        this.ch = ch;
        this.readInterestOp = readInterestOp;
        try {
            ch.configureBlocking(false);
        } catch (IOException e) {
            try {
                ch.close();
            } catch (IOException e2) {
                if (logger.isWarnEnabled()) {
                    logger.warn(
                            "Failed to close a partially initialized socket.", e2);
                }
            }
            throw new ChannelException("Failed to enter non-blocking mode.", e);
        }
    }

       ch.configureBlocking(false)此处就将之前创建的ServerSocketChannel设置为非阻塞模式。

       

       该方法里还有三点需要注意：

       1、super(parent)会调用AbstractNioChannel的父类AbstractChannel的构造方法

// AbstractChannel.java
protected AbstractChannel(Channel parent) {
        this.parent = parent;
        unsafe = newUnsafe();
        pipeline = new DefaultChannelPipeline(this);
    }

       newUnsafe()是由子类AbstractNioMessageChannel实现的，里面实例化了一个内部类NioMessageUnsafe（注：该类很重要，里面定义了read方法，会触发accept的调用，后面对其重点分析）。

      2、this.readInterestOp = readInterestOp：设置channel的ops为SelectionKey.OP_ACCEPT（值为16）

      3、pipeline = new DefaultChannelPipeline(this)，创建作用于ServerSocketChannel的管道Pipeline

// DefaultChannelPipeline
public DefaultChannelPipeline(Channel channel) {
        if (channel == null) {
            throw new NullPointerException("channel");
        }
        this.channel = channel;

        TailHandler tailHandler = new TailHandler();
        tail = new DefaultChannelHandlerContext(this, null, generateName(tailHandler), tailHandler);

        HeadHandler headHandler = new HeadHandler(channel.unsafe());
        head = new DefaultChannelHandlerContext(this, null, generateName(headHandler), headHandler);

        head.next = tail;
        tail.prev = head;
    }

       DefaultChannelPipeline维护了一个以DefaultChannelHandlerContext为元素的双向链表结构，Head是一个Outbound处理器，而tail是一个Inbound处理器。经过此步骤后，管道中的处理器链表为：Head->tail。

 

b）再来分析以下代码

init(channel)

       该方法由子类ServerBootstrap实现

// ServerBootstrap.java
void init(Channel channel) throws Exception {
        final Map<ChannelOption<?>, Object> options = options();
        synchronized (options) {
            channel.config().setOptions(options);
        }

        final Map<AttributeKey<?>, Object> attrs = attrs();
        synchronized (attrs) {
            for (Entry<AttributeKey<?>, Object> e: attrs.entrySet()) {
                @SuppressWarnings("unchecked")
                AttributeKey<Object> key = (AttributeKey<Object>) e.getKey();
                channel.attr(key).set(e.getValue());
            }
        }

        ChannelPipeline p = channel.pipeline();
        if (handler() != null) {
            p.addLast(handler());
        }

        final EventLoopGroup currentChildGroup = childGroup;
        final ChannelHandler currentChildHandler = childHandler;
        final Entry<ChannelOption<?>, Object>[] currentChildOptions;
        final Entry<AttributeKey<?>, Object>[] currentChildAttrs;
        synchronized (childOptions) {
            currentChildOptions = childOptions.entrySet().toArray(newOptionArray(childOptions.size()));
        }
        synchronized (childAttrs) {
            currentChildAttrs = childAttrs.entrySet().toArray(newAttrArray(childAttrs.size()));
        }

        p.addLast(new ChannelInitializer<Channel>() {
            @Override
            public void initChannel(Channel ch) throws Exception {
                ch.pipeline().addLast(new ServerBootstrapAcceptor(
                        currentChildGroup, currentChildHandler, currentChildOptions, currentChildAttrs));
            }
        });
    }

       该方法主要做了两件事：

       1、设置NioServerSocketChannel的options和attrs，并存储之后用于SocketChannel的options和attrs。

       2、为NioServerSocketChannel对应的管道增加一个Inbound处理器ChannelInitializer。经过此步骤后，管道中的处理器链表为：head(outbound)->ChannelInitializer(inbound)->tail(inbound)。注意ChannelInitializer的实现方法initChannel，里面会当channelRegistered事件发生时将ServerBootstrapAcceptor加入到管道中。
 
c） 最后分析 以下代码：
group().register(channel, regPromise);

       实际是调用MultithreadEventLoopGroup的register方法

//MultithreadEventLoopGroup
public ChannelFuture register(Channel channel, ChannelPromise promise) {
        return next().register(channel, promise);
    }

    next方法从bossGroup中选择一个EventExecutor（它实际是一个SingleThreadEventLoop），然后执行register方法

//SingleThreadEventLoop
public ChannelFuture register(final Channel channel, final ChannelPromise promise) {
        if (channel == null) {
            throw new NullPointerException("channel");
        }
        if (promise == null) {
            throw new NullPointerException("promise");
        }
        channel.unsafe().register(this, promise);
        return promise;
    }

     channel.unsafe().register(this, promise)这里会调用AbstractChannel的内部类AbstractUnsafe的register方法

//AbstractUnsafe
public final void register(EventLoop eventLoop, final ChannelPromise promise) {
            if (eventLoop == null) {
                throw new NullPointerException("eventLoop");
            }
            if (isRegistered()) {
                promise.setFailure(new IllegalStateException("registered to an event loop already"));
                return;
            }
            if (!isCompatible(eventLoop)) {
                promise.setFailure(
                        new IllegalStateException("incompatible event loop type: " + eventLoop.getClass().getName()));
                return;
            }
            AbstractChannel.this.eventLoop = eventLoop;
            if (eventLoop.inEventLoop()) {
                register0(promise);
            } else {
                try {
                    eventLoop.execute(new Runnable() {
                        @Override
                        public void run() {
                            register0(promise);
                        }
                    });
                } catch (Throwable t) {
                    closeForcibly();
                    promise.setFailure(t);
                }
            }
        }

        此处开启了eventloop中的线程（即启动了boss线程），并将register0任务加入到boss线程的队列中。经过此步骤后，boss线程的任务队列仅含有一个任务，即register0任务，且正在被执行。

        接着分析register0任务具体干了什么事情

//AbstractUnsafe
private void register0(ChannelPromise promise) {
            try {
                // check if the channel is still open as it could be closed in the mean time when the register
                // call was outside of the eventLoop
                if (!ensureOpen(promise)) {
                    return;
                }
                Runnable postRegisterTask = doRegister();
                registered = true;
                promise.setSuccess();
                pipeline.fireChannelRegistered();
                if (postRegisterTask != null) {
                    postRegisterTask.run();
                }
                if (isActive()) {
                    pipeline.fireChannelActive();
                }
            } catch (Throwable t) {
                // Close the channel directly to avoid FD leak.
                closeForcibly();
                if (!promise.tryFailure(t)) {
                    logger.warn(
                            "Tried to fail the registration promise, but it is complete already. " +
                                    "Swallowing the cause of the registration failure:", t);
                }
                closeFuture.setClosed();
            }
        }

protected Runnable doRegister() throws Exception {
        boolean selected = false;
        for (;;) {
            try {
                selectionKey = javaChannel().register(eventLoop().selector, 0, this);
                return null;
            } catch (CancelledKeyException e) {
                if (!selected) {
                    eventLoop().selectNow();
                    selected = true;
                } else {
                    throw e;
                }
            }
        }
    }

       看一下doRegister代码，看到这行代码了吧

selectionKey = javaChannel().register(eventLoop().selector, 0, this);

       它会调用java.nio.channels.spi. AbstractSelectableChannel的register方法， 将ServerSocketChannel、0、以及this注册到selector中并得到对应的selectionkey。

       接着再看register0方法中的promise.setSuccess()，将promise设置为success，就会触发异步回调，回调之前main函数所在的线程中为ChannelPromise添加的listner，即AbstractBootstrap的以下代码：

//AbstractBootstrap.java
private ChannelFuture doBind(final SocketAddress localAddress) {
        final ChannelFuture regPromise = initAndRegister();
        final Channel channel = regPromise.channel();
        final ChannelPromise promise = channel.newPromise();
        if (regPromise.isDone()) {
            doBind0(regPromise, channel, localAddress, promise);
        } else {
            regPromise.addListener(new ChannelFutureListener() {
                @Override
                public void operationComplete(ChannelFuture future) throws Exception {
                    doBind0(future, channel, localAddress, promise);
                }
            });
        }
        return promise;
}

private static void doBind0(
            final ChannelFuture regFuture, final Channel channel,
            final SocketAddress localAddress, final ChannelPromise promise) {

        // This method is invoked before channelRegistered() is triggered.  Give user handlers a chance to set up
        // the pipeline in its channelRegistered() implementation.

        channel.eventLoop().execute(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                if (regFuture.isSuccess()) {
                    channel.bind(localAddress, promise).addListener(ChannelFutureListener.CLOSE_ON_FAILURE);
                } else {
                    promise.setFailure(regFuture.cause());
                }
            }
        });
    }

       经过此步骤后，boss线程的任务队列数量由原来的1个增加到了2个，即正在执行的register0任务以及本次新增的bind任务。Bind任务在下一篇文章中进行分析。

 

       再接着分析register0任务中的此行代码pipeline.fireChannelRegistered()

//DefaultChannelPipeline
public ChannelPipeline fireChannelRegistered() {
        head.fireChannelRegistered();
        return this;
    }

 

//DefaultChannelHandlerContext
public ChannelHandlerContext fireChannelRegistered() {
        final DefaultChannelHandlerContext next = findContextInbound();
        EventExecutor executor = next.executor();
        if (executor.inEventLoop()) {
            next.invokeChannelRegistered();
        } else {
            executor.execute(new Runnable() {
                @Override
                public void run() {
                    next.invokeChannelRegistered();
                }
            });
        }
        return this;
}

private void invokeChannelRegistered() {
        try {
            ((ChannelInboundHandler) handler).channelRegistered(this);
        } catch (Throwable t) {
            notifyHandlerException(t);
        }
    }

       ChannelRegistered是一个Inbound事件，因此会按照head->tail的顺序执行所有的inbound处理器，目前有三个处理器：head-> ChannelInitializer ->tail->，ChannelInitializer和tail都是inbound处理器，所以看一下ChannelInitializer的invokeChannelRegistered方法.

//ChannelInitializer
public final void channelRegistered(ChannelHandlerContext ctx)
            throws Exception {
        boolean removed = false;
        boolean success = false;
        try {
            initChannel((C) ctx.channel());
            ctx.pipeline().remove(this);
            removed = true;
            ctx.fireChannelRegistered();
            success = true;
        } catch (Throwable t) {
            logger.warn("Failed to initialize a channel. Closing: " + ctx.channel(), t);
        } finally {
            if (!removed) {
                ctx.pipeline().remove(this);
            }
            if (!success) {
                ctx.close();
            }
        }
    }
}

        该方法主要做了以下几件事：

        1、initChannel方法是在ServerBootstrap中执行Init方法时，实例化内部类ChannelInitializer实现的

p.addLast(new ChannelInitializer<Channel>() {
            @Override
            public void initChannel(Channel ch) throws Exception {
                ch.pipeline().addLast(new ServerBootstrapAcceptor(
                        currentChildGroup, currentChildHandler, currentChildOptions, currentChildAttrs));
            }
        });

         其功能就是将ServerBootstrapAcceptor作为一个inbound处理器加入到管道中，此时的处理器链表为： Head->ChannelInitializer->ServerBootstrapAcceptor->tail

       2、 然后ChannelInitializer将自己从管道中删除，此时的处理器链表变为：Head->ServerBootstrapAcceptor->tail

        3、 接着调用ServerBootstrapAcceptor和tail的channelRegistered方法，都没有做啥实质性的事情，最后以tail的空实现结束。

     

      再分析register0任务中的以下代码

//AbstractUnsafe
if (isActive()) 
{
   pipeline.fireChannelActive();
 }

// NioServerSocketChannel
public boolean isActive() {
        return javaChannel().socket().isBound();
    }

        由于对于监听套接字还没有执行bind操作，所以isActive返回false，不会执行pipeline.fireChannelActive()该行代码。执行完此代码后，register0任务就执行完了，boss线程中的任务队列中仅剩下bind任务。

 

 

       总结：initAndRegister()方法主要做了以下几件事情：

   1、 创建服务端监听套接字ServerSocketChannel

        2、 设置监听套接字为非阻塞

        3、 设置channel当前感兴趣的事件为SelectionKey.OP_ACCEPT（值为16）

        4、 创建作用于ServerSocketChannel的管道Pipeline，该管道中此时的处理器链表为：Head（outbound）->tail（inbound）。

        5、 设置NioServerSocketChannel的options和attrs，并存储之后用于SocketChannel的options和attrs

        6、 为NioServerSocketChannel对应的管道增加一个Inbound处理器ChannelInitializer。经过此步骤后，管道中的处理器链表为：head(outbound)->ChannelInitializer(inbound)->tail(inbound)。注意ChannelInitializer的实现方法initChannel，里面会当channelRegisgered事件发生时将ServerBootstrapAcceptor加入到管道中。

        7、 启动了boss线程，并将register0任务加入到boss线程的队列中。而register0做的事情为：将ServerSocketChannel、0、注册到selector中并得到对应的selectionkey。然后触发绑定端口的操作，将bind任务加入到boss线程的任务队列中，该内容在下一篇文章中分析。

        8、通过channelRegistered事件，将ServerBootstrapAcceptor加入到管道中，并移除ChannelInitializer，经过此步骤后，管道中的处理器链表为：head(outbound)-> ServerBootstrapAcceptor (inbound)->tail(inbound)。

       管道从创建到现在这段时间内，处理器链表的变化历史为：

        head->tail

        head->ChannelInitializer(inbound)->tail

        head->ServerBootstrapAcceptor(inbound)->tail

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| netty 4.x源码分析
评论
6 楼 zhenxing_zr 2017-01-19  
看了这么多文章，就只有看这个才真正把netty流程弄清楚，多谢大牛
5 楼 pengyue77 2015-01-21  
这个源码分析写得非常好，思路清晰，非常有条理。博主的文字组织能力相当到位，受教了
4 楼 langwolf 2014-08-14  
  思路清晰，分析严谨！   受益了。
3 楼 rentaoshu 2013-12-09  
2 楼 lxzh504 2013-08-14  
1 楼 lxzh504 2013-08-14  
网上关于netty4final版本的源码分析很少，这是我看到的最好的对服务端源码的分析。
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    深入源码分析，我们可以看到Netty如何优雅地处理了线程安全、内存池管理、心跳机制、解码编码、零拷贝等高级特性。例如，Netty通过内部的DirectBufferPool和HeapBufferPool实现了内存池，减少了内存分配和释放的开销...

    netty源码解析视频

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    java后端源码部署-fpush::antenna_bars:即时消息推送服务(即时通讯)，基于Netty+protobuf--InstantMessagingpush

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    socket长连接,netty服务器与android源码

    提供的源码可能包含了Android客户端如何建立和维持与Netty服务器的Socket长连接，以及双方如何交换数据的示例。 在分析源码时，应关注以下几个关键点： 1. Android客户端如何创建Socket连接并保持连接。 2. 如何在...

    netty源码分析之服务端启动全解析

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    高清Netty5.0架构剖析和源码解读

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    Netty3.x 源码解析

    由于Netty源码较庞大，所以文章建议通过分析几个关键组件来构建对整个框架的理解，从而避免在庞大的源码海洋中迷失方向。通过理解Netty的关键点，包括NIO的使用、事件处理机制、ChannelPipeline的运作以及Handler的...

    netty权威指南第二版源码

    - 通过源码分析，解决实际开发中遇到的问题，提高故障排查能力。 此外，书中例子代码可以帮助你更好地理解和实践这些概念，而提供的 jar 包则可以直接用于你的项目，快速构建基于 Netty 的网络服务。 总之，...

    netty视频详解（90节大长篇）

    - **源码分析**： - **初始化过程**：分析如何创建Channel、EventLoop等组件，并配置ChannelPipeline。 - **事件循环机制**：深入了解EventLoop的工作原理，包括如何调度任务、处理I/O事件等。 - **编解码器设计*...

    基于Netty实现的文件上传

    在IT行业中，网络通信是至关重要的一个领域，特别是在分布式系统和高性能应用中。Netty作为一个高性能、异步事件驱动的网络应用...通过阅读和分析NettyDemo-master中的源码，开发者能够进一步提升自己的网络编程技能。

    精通并发与netty视频教程(2018)视频教程

    47_Netty服务器与客户端编码模式回顾及源码分析准备 48_Netty与NIO系统总结及NIO与Netty之间的关联关系分析 49_零拷贝深入剖析及用户空间与内核空间切换方式 50_零拷贝实例深度剖析 51_NIO零拷贝彻底分析与Gather...

    基于javatcpsocket通信的拆包和装包源码-NettyTree:网状树

    6）Netty源码分析 ByteBuf工作原理 Channel, Unsafe ChannelPipline, ChannelHandler EventLoop, EventLoopGroup Future, Promise 7) Netty逻辑架构 8）Netty中的多线程编程 9）Netty与RPC 10）Netty的可靠性 ...

    93个netty高并发教学视频下载.txt

    88_ReplayingDecoder源码分析与特性解读；89_Netty常见且重要编解码器详解；90_TCP粘包与拆包实例演示及分析；91_Netty自定义协议与TCP粘包拆包问题解决之道；92_精通并发与Netty课程总结与展望

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