为了接收连接请求, Netty 服务端应该做些什么事情?
根据Java NIO 的知识,服务端在准备接收客户端连接之前做了下面几个工作,我们可以带着问题往下看。
- 服务端对连接请求是如何初始化的?
- 如何把用户定义的处理逻辑 childHandler 加入到 Netty 的处理流程里?
- 如何在 Socket 上绑定一个端口?
- 如何把请求连接的 OP_ACCEPT 事件(客户端请求连接的事件)注册到 Selector 上的?
- Netty 线程是如何轮询 ServerSocketChannel 的网络连接事件的?
- 对于客户端发来的连接请求,服务端是如何处理的?
- 连接成功建立后,如何读客户端发来的数据?
我们会根据 Netty 底层的源码来解析上面这几个部分是如何实现的,源码讲解时我们只讲解主线代码,只要能够理解 Netty 大体是如何实现上述功能就可以了,否则会影响理解。
服务端对连接请求是如何初始化的?
我们根据上节课 NettyServer 的代码讲起,首先我们先分析一下端口绑定的那行代码:
我们对 bind() 方法进行代码追踪,找到方法 doBind():
initAndRegister() 功能是初始化 ServerSocketChannel,然后把对应的网络事件注册到 Selector 的方法,我们具体看看:
// 创建和初始化一个 ServerSocketChannel,并注册到 Selector 轮询复用组件上去。
final ChannelFuture initAndRegister() {
Channel channel = null;
try {
// 通过工厂类获取 ServerSocketChannel
channel = channelFactory.newChannel();
// 初始化 ServerSocketChannel
init(channel);
} catch (Throwable t) {
if (channel != null) {
channel.unsafe().closeForcibly();
return new DefaultChannelPromise(channel, GlobalEventExecutor.INSTANCE).setFailure(t);
}
return new DefaultChannelPromise(new FailedChannel(), GlobalEventExecutor.INSTANCE).setFailure(t);
}
// 拿出来之前创建的 EventLoopGroup, 然后把 Channel 注册到 EventLoopGroup上,目的是轮询各种 channel 上的网络事件,
// 我们猜测是不是 让 EvetnLoopGroup 中的独立线程利用一个 Selector 来注册 Channel,并轮询网络事件。
ChannelFuture regFuture = config().group().register(channel);
if (regFuture.cause() != null) {
if (channel.isRegistered()) {
channel.close();
} else {
channel.unsafe().closeForcibly();
}
}
return regFuture;
}
可以看到,通过 channelFactory.newChannel() 获得一个 Channel。这个 channelFactory 的实现类很多,这里用的是类 ReflectiveChannelFactory 来实现的,顾名思义是通过反射获得的 Channel。我们再验证下 ReflectiveChannelFactory 是如何给我们实例化 Channel 的。
可以看到果然是通过反射后得到的 ServerSocketChannel 的实例。
那么,工厂类是如何知道反射哪个 Channel 呢?这就要看我们上一章写的服务端的代码了。
可以看到,服务端用来接收请求的类是 NioServerSocketChannel。那么,这个类究竟有没有封装 ServerSocketChannel 呢?我们看 NioServerSocketChannel 的构造方法就可以了:
在这里,我们就真的找到了创建 ServerSocketChannel 实例的代码。也就是说,NioServerSocketChannel 是对 ServerSocketChannel 的封装。到这里,ServerSocketChannel 的实例化就成功了,接着我们看看对 ServerSocketChannel 做了哪些初始化的工作?
init(channel) 方法是对 ServerSocketChannel 的初始化。因为是服务端代码,对应的实现类就是 ServerBootstrap,再看它对 init(channel) 的具体实现:
javavoid init(Channel channel) {
// 对ServerSocketChannel 进行相关网络参数的指定。
setChannelOptions(channel, newOptionsArray(), logger);
// 初始化相关的一些属性
setAttributes(channel, newAttributesArray());
ChannelPipeline p = channel.pipeline();
final EventLoopGroup currentChildGroup = childGroup;
final ChannelHandler currentChildHandler = childHandler;
final Entry<ChannelOption<?>, Object>[] currentChildOptions = newOptionsArray(childOptions);
final Entry<AttributeKey<?>, Object>[] currentChildAttrs = newAttributesArray(childAttrs);
// 第一个拦截器:对网络请求处理链路中加入一个自己内置的一个处理逻辑。初始化了网络请求的处理链路
p.addLast(new ChannelInitializer<Channel>() {
@Override
public void initChannel(final Channel ch) {
final ChannelPipeline pipeline = ch.pipeline();
ChannelHandler handler = config.handler();
if (handler != null) {
// 第二个拦截器:
pipeline.addLast(handler);
}
// 循环执行下面的任务
ch.eventLoop().execute(new Runnable() {
@Override
public void run() {
// 第三个拦截器:加入设定的拦截器
pipeline.addLast(new ServerBootstrapAcceptor(
ch, currentChildGroup, currentChildHandler, currentChildOptions, currentChildAttrs));
}
});
}
});
}
可以看到,初始化了一些相关的网络参数,比如上节课 Netty Demo 中 Server 端代码的 SO_BACKLOG 属性。然后初始化一些相关属性。
最后一段重要的代码是在 Pipeline(拦截器链) 上加入第一个内置的拦截器;第二个拦截器是内部配置的拦截器;然后,通过 eventLoop() 循环处理连接请求,同时还实例化了第三个拦截器 ServerBootstrapAcceptor,然后把第三个拦截器放入拦截器链中,这个过程是启用了一个新的线程来完成的。ServerBootstrapAcceptor 的构造方法的参数包括用户设置的 channel(也就是 NioServerSocketChannel),以及用户设置的 childgroup 线程组,以及处理客户端连接的逻辑 childHandler,最后是一些配置和属性的参数。
初始化就结束了。
如何把用户定义的处理连接请求的逻辑加入到 Netty 里?
然后,进入了 ServerBootstrapAcceptor:
这里会看到第四个拦截器。其中,这第四个拦截器才是真正的用户设置的拦截器。随后还会有个监听器,用于拦截器链中所有的拦截器都执行完了以后,再做一些收尾工作。
这段逻辑包涵了 4 个拦截器的创建,比较复杂:
现在,服务端连接的初始化已经完成了,但是还没有在 Selector 上注册相应的事件,接下来我们看看这个功能是如何实现的。
如何把请求连接的 OP_ACCEPT 事件(客户端请求连接的事件)注册到 Selector 上的?
我们看一下相应的源码:
注册网络接受连接请求的事件就在调用 register() 方法里了。
由于我们用的是线程组,这里的实现类是 MultithreadEventLoopGroup,其实这里面就是一组 EventLoop。EventLoop 本质上一个线程,每个 EventLoop 会对应一个 Selector。所以,EventLoop 是一个循序处理网络事件的线程。这里通过调用 next() 返回一个线程组里面的一个线程。
接着,我们追踪到 AbstractNioChannel 类中的 doRegister()方法中:
在这里,我们就能看到已经把 ServerSocketChannel 以及它对应的 OP_ACCEPT(OP_ACCEPT=0) 事件注册到 Selector 上了。
至此,我们已经把连接事件注册到了对应线程的 Selector 上。
给 ServerSocketChannel 绑定端口
我们回到上一章的 Demo,从 bind() 方法开始看:
这里就已经把端口绑定到 socket 上了,就不继续深究内部的代码了。
至此,服务端创建连接的准备工作都分析完了。
Netty 线程是如何轮询 ServerSocketChannel 的网络连接事件的?
首先,我们看看 NioEventLoopGroup 的父类 MultithreadEventLoopGroup 的构造方法:
static {
// 默认的线程数为 CPU 核数的两倍
DEFAULT_EVENT_LOOP_THREADS = Math.max(1, SystemPropertyUtil.getInt(
"io.netty.eventLoopThreads", NettyRuntime.availableProcessors() * 2));
if (logger.isDebugEnabled()) {
logger.debug("-Dio.netty.eventLoopThreads: {}", DEFAULT_EVENT_LOOP_THREADS);
}
}
protected MultithreadEventLoopGroup(int nThreads, Executor executor, Object... args) {
// 设定线程数
super(nThreads == 0 ? DEFAULT_EVENT_LOOP_THREADS : nThreads, executor, args);
}
MultithreadEventLoopGroup 是一个多线程集合,如果你不设置线程数的话。默认线程数是 CPU 的核数*2。
当要增加一个线程时,调用的是 newChild() 方法,我们再看看里面做了什么:
我们可以看到,线程组里面的元素是 NioEventLoop 类。
很明显,这是一个单线程的线程池。
然后,我们代码跟踪,可以看到往 Selector 里注册网络事件。
private void register0(SelectableChannel ch, int interestOps, NioTask<?> task) {
try {
// 注册网络事件
ch.register(unwrappedSelector, interestOps, task);
} catch (Exception e) {
throw new EventLoopException("failed to register a channel", e);
}
}
这里注册的是 OP_ACCEPT 网络事件。
那么,这个线程是在哪里轮询网络事件的呢?这就要找到线程的 run() 方法了
protected void run() {
int selectCnt = 0;
for (;;) {
try {
int strategy;
try {
strategy = selectStrategy.calculateStrategy(selectNowSupplier, hasTasks());
switch (strategy) {
case SelectStrategy.CONTINUE:
continue;
case SelectStrategy.BUSY_WAIT:
// 通过轮询的方式不断尝试监听新的网络事件
case SelectStrategy.SELECT:
// 设定每次轮询的间隔时间
long curDeadlineNanos = nextScheduledTaskDeadlineNanos();
if (curDeadlineNanos == -1L) {
curDeadlineNanos = NONE; // nothing on the calendar
}
nextWakeupNanos.set(curDeadlineNanos);
try {
if (!hasTasks()) {
// 真正的尝试轮询新的网络事件
strategy = select(curDeadlineNanos);
}
} finally {
nextWakeupNanos.lazySet(AWAKE);
}
// fall through
default:
}
通过for(;;)
死循环来不断尝试发现新的网络事件,如果有就返回。但有个轮询间隔时间来控制执行频率:
private int select(long deadlineNanos) throws IOException {
if (deadlineNanos == NONE) {
// 轮询网络事件
return selector.select();
}
long timeoutMillis = deadlineToDelayNanos(deadlineNanos + 995000L) / 1000000L;
return timeoutMillis <= 0 ? selector.selectNow() : selector.select(timeoutMillis);
}
这里是真正地使用 Java NIO 的 select() 来轮询网络事件。
至此,如果有客户端发起连接的请求,我们的服务端就可以创建连接了。
对于客户端发来的连接请求,服务端是如何处理的?
服务端收到客户端的连接请求后,会做些什么呢?我们还是回到 NioEventLoop 类中的 run() 方法,调用 select() 方法后,会调用下面的方法:
这个方法就是处理网络事件集合的:
轮询网络事件集合中所有的事件,并对事件进行处理,直到事件集合里的事件都轮询完了。好,我们看下对单一的事件是怎么处理的:
private void processSelectedKey(SelectionKey k, AbstractNioChannel ch) {
final AbstractNioChannel.NioUnsafe unsafe = ch.unsafe();
if (!k.isValid()) {
final EventLoop eventLoop;
try {
eventLoop = ch.eventLoop();
} catch (Throwable ignored) {
return;
}
if (eventLoop == this) {
// close the channel if the key is not valid anymore
unsafe.close(unsafe.voidPromise());
}
return;
}
try {
int readyOps = k.readyOps();
if ((readyOps & SelectionKey.OP_CONNECT) != 0) {
int ops = k.interestOps();
ops &= ~SelectionKey.OP_CONNECT;
k.interestOps(ops);
unsafe.finishConnect();
}
if ((readyOps & SelectionKey.OP_WRITE) != 0) {
// Call forceFlush which will also take care of clear the OP_WRITE once there is nothing left to write
unsafe.forceFlush();
}
// 对连接的处理
if ((readyOps & (SelectionKey.OP_READ | SelectionKey.OP_ACCEPT)) != 0 || readyOps == 0) {
unsafe.read();
}
} catch (CancelledKeyException ignored) {
unsafe.close(unsafe.voidPromise());
}
}
这个方法用来处理所有的网络事件,我们只要关心最后的对连接的处理就可以了,用到的方法是 unsafe.read(),方法的实现类是 AbstractNioMessageChannel。
方法 doReadMessages() 的目的主要是把新建立的连接放入 List 集合里,这个方法如下:
protected int doReadMessages(List<Object> buf) throws Exception {
// 跟客户端建立连接,获取到对应的 Channel
SocketChannel ch = SocketUtils.accept(javaChannel());
try {
if (ch != null) {
// 把创建好的连接放入一个 List 里面。
buf.add(new NioSocketChannel(this, ch));
return 1;
}
} catch (Throwable t) {
logger.warn("Failed to create a new channel from an accepted socket.", t);
try {
ch.close();
} catch (Throwable t2) {
logger.warn("Failed to close a socket.", t2);
}
}
return 0;
}
可以看到调用了底层的工具的方法:SocketUtils.accept(javaChannel())。目的就是建立连接。
可以看到调用了底层 NIO 的 serverSocketChannel 的 accept()方法,实现了连接的建立。
至此,连接就建立成功了。
但是,建立完连接就可以不用管了吗?不是的,因为连接建立成功后,我们要把新建立的 SocketChannel 的读事件注册到对应线程的 Selector 上,这样才能收到客户端的数据,这个工作是怎么做到的呢?
上一章讲第三个拦截器的时候,涉及到了类 ServerBootstrapAcceptor,其实它的主要任务是把连接的网络读事件注册到 Selector 上:
可以看到,childGroup 是我们在 Demo 中设置的子线程组,专门负责读写事件的注册的。childGroup 首先会拿出一个线程给这个 channel 使用,然后通过 register 方法来把 channel 的读事件注册到这个线程对应的 Selector 上。
服务端创建连接的流程
下面用一个流程图来总结下,Netty 服务端连接的建立流程:
总结
首先,本章讲解了连接的初始化,包括 ServerSocketChannel 的实例化和初始化。然后,讲解了用户自定义的 Handler 是如何加到 Netty 里的,同时介绍了四个拦截器。
接着,又讲解了 ServerSocketChannel 是如何关注 OP_ACCEPT 事件的,以及对应的 Parent 线程是如何轮询 OP_ACCEPT 网络事件的。
最后,讲解了连接是如何创建的,以及创建成功后是如何用 Child 线程关注 OP_READ 网络事件以及轮询网络读事件的。
标签:netty,拦截器,流程,线程,服务端,ServerSocketChannel,连接,channel,事件 From: https://www.cnblogs.com/aries-laosi/p/18333482