Netty 学习（十）：ChannelPipeline源码说明
作者： Grey
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ChannelPipeline可以看作一条流水线，原料（字节流）进来，经过加工，形成一个个Java对象，然后基于这些对象进行处理，最后输出二进制字节流。
ChannelPipeline 在创建 NioSocketChannel 的时候创建， 其默认实现是 DefaultChannelPipeline
final AbstractChannelHandlerContext head;
final AbstractChannelHandlerContext tail;
protected DefaultChannelPipeline(Channel channel) {
this.channel = ObjectUtil.checkNotNull(channel, "channel");
succeededFuture = new SucceededChannelFuture(channel, null);
voidPromise = new VoidChannelPromise(channel, true);
tail = new TailContext(this);
head = new HeadContext(this);
head.next = tail;
tail.prev = head;
}
ChannelPipeline 中保存了 Channel 的引用，且其中每个节点都是一个 ChannelHandlerContext 对象。每个 ChannelHandlerContext 节点都保存了执行器(即：ChannelHandler)。
ChannelPipeline里有两种不同的节点，一种是 ChannelInboundHandler，处理 inbound 事件（例如：读取数据流），还有一种是 ChannelOutboundHandler，处理 Outbound 事件，比如调用writeAndFlush()类方法时，就会调用该 handler。
添加 handler 的逻辑如下
@Override
public final ChannelPipeline addLast(EventExecutorGroup group, String name, ChannelHandler handler) {
final AbstractChannelHandlerContext newCtx;
synchronized (this) {
// 检查是否有重复的 handler
checkMultiplicity(handler);
// 创建 节点
newCtx = newContext(group, filterName(name, handler), handler);
// 添加节点
addLast0(newCtx);
// If the registered is false it means that the channel was not registered on an eventLoop yet.
// In this case we add the context to the pipeline and add a task that will call
// ChannelHandler.handlerAdded(...) once the channel is registered.
if (!registered) {
newCtx.setAddPending();
callHandlerCallbackLater(newCtx, true);
return this;
}
EventExecutor executor = newCtx.executor();
if (!executor.inEventLoop()) {
callHandlerAddedInEventLoop(newCtx, executor);
return this;
}
}
// 回调用户方法
callHandlerAdded0(newCtx);
return this;
}
如上代码，整个添加过程见注释说明，其实主要就是四步：
第一步：检查是否有重复的 handler，核心逻辑见
private static void checkMultiplicity(ChannelHandler handler) {
if (handler instanceof ChannelHandlerAdapter) {
ChannelHandlerAdapter h = (ChannelHandlerAdapter) handler;
if (!h.isSharable() && h.added) {
// 非共享的且添加过，就抛出异常，反之，如果一个 handler 支持共享，就可以无限次被添加到 ChannelPipeline 中
throw new ChannelPipelineException(
h.getClass().getName() +
" is not a @Sharable handler, so can't be added or removed multiple times.");
}
h.added = true;
}
}
第二步：创建节点，即把 handler 包裹成 ChannelHandlerContext，核心逻辑如下
private static final FastThreadLocal<Map<Class<?>, String>> nameCaches =
new FastThreadLocal<Map<Class<?>, String>>() {
@Override
protected Map<Class<?>, String> initialValue() {
return new WeakHashMap<Class<?>, String>();
}
};
private String generateName(ChannelHandler handler) {
Map<Class<?>, String> cache = nameCaches.get();
Class<?> handlerType = handler.getClass();
String name = cache.get(handlerType);
if (name == null) {
name = generateName0(handlerType);
cache.put(handlerType, name);
}
// It's not very likely for a user to put more than one handler of the same type, but make sure to avoid
// any name conflicts. Note that we don't cache the names generated here.
if (context0(name) != null) {
String baseName = name.substring(0, name.length() - 1); // Strip the trailing '0'.
for (int i = 1;; i ++) {
String newName = baseName + i;
if (context0(newName) == null) {
name = newName;
break;
}
}
}
return name;
}
注：Netty 使用 FastThreadLocal 变量来缓存 Handler 的类和名称的映射关系，在生成 name 的时候，首先看缓存中有没有生成过默认 name，如果没有生成，就调用generateName0()生成默认名称，加入缓存。
第三步：把 ChannelHandlerContext 作为节点添加到 pipeline 中，核心代码如下
private void addLast0(AbstractChannelHandlerContext newCtx) {
AbstractChannelHandlerContext prev = tail.prev;
newCtx.prev = prev;
newCtx.next = tail;
prev.next = newCtx;
tail.prev = newCtx;
}
其本质就是一个双向链表的插入节点过程，而且，ChannelPipeline 删除 ChannelHandler 的方法，本质就是把这个双向链表的某个节点删掉！
第四步：回调用户方法，核心代码如下
private void callHandlerAdded0(final AbstractChannelHandlerContext ctx) {
try {
ctx.callHandlerAdded();
} catch (Throwable t) {
boolean removed = false;
try {
atomicRemoveFromHandlerList(ctx);
ctx.callHandlerRemoved();
removed = true;
} catch (Throwable t2) {
if (logger.isWarnEnabled()) {
logger.warn("Failed to remove a handler: " + ctx.name(), t2);
}
}
if (removed) {
fireExceptionCaught(new ChannelPipelineException(
ctx.handler().getClass().getName() +
".handlerAdded() has thrown an exception; removed.", t));
} else {
fireExceptionCaught(new ChannelPipelineException(
ctx.handler().getClass().getName() +
".handlerAdded() has thrown an exception; also failed to remove.", t));
}
}
}
final void callHandlerRemoved() throws Exception {
try {
// Only call handlerRemoved(...) if we called handlerAdded(...) before.
if (handlerState == ADD_COMPLETE) {
handler().handlerRemoved(this);
}
} finally {
// Mark the handler as removed in any case.
setRemoved();
}
}
其中ctx.callHandlerAdded();就是回调用户的handlerAdded方法，然后通过 CAS 方式修改节点的状态为 REMOVE_COMPLETE (说明该节点已经被移除)，或者 ADD_COMPLETE （添加完成）。
完整代码见：hello-netty
本文所有图例见：processon: Netty学习笔记
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