Netty服务端和客户端

SailsburyGustave 发布于2月前
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本文是基于Netty4.1.36进行分析

服务端

Netty服务端的启动代码基本都是如下:

private void start() throws Exception {

        final EchoServerHandler serverHandler = new EchoServerHandler();
        /**
         * NioEventLoop并不是一个纯粹的I/O线程,它除了负责I/O的读写之外
         * 创建了两个NioEventLoopGroup,
         * 它们实际是两个独立的Reactor线程池。
         * 一个用于接收客户端的TCP连接,
         * 另一个用于处理I/O相关的读写操作,或者执行系统Task、定时任务Task等。
         */
        EventLoopGroup bossGroup = new NioEventLoopGroup();
        EventLoopGroup childGroup = new NioEventLoopGroup();

        try {
            //ServerBootstrap负责初始化netty服务器,并且开始监听端口的socket请求
            ServerBootstrap b = new ServerBootstrap();
            b.group(bossGroup, childGroup)
                    .channel(NioServerSocketChannel.class)
                    .localAddress(new InetSocketAddress(port))
                    .childHandler(new ChannelInitializer<SocketChannel>() {
                        @Override
                        protected void initChannel(SocketChannel socketChannel) throws Exception {
//                            为监听客户端read/write事件的Channel添加用户自定义的ChannelHandler
                            socketChannel.pipeline().addLast(serverHandler);
                        }
                    });

            ChannelFuture f = b.bind().sync();

            f.channel().closeFuture().sync();
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            bossGroup.shutdownGracefully().sync();
            childGroup.shutdownGracefully().sync();
        }
    }

从上图的代码可以总结为以下几个步骤:

1、创建ServerBootStrap实例

2、设置并绑定Reactor线程池:EventLoopGroup,EventLoop就是处理所有注册到本线程的Selector上面的Channel

3、设置并绑定服务端的channel

4、5、创建处理网络事件的ChannelPipeline和handler,网络时间以流的形式在其中流转,handler完成多数的功能定制:比如编解码 SSl安全认证

6、绑定并启动监听端口

7、当轮训到准备就绪的channel后,由Reactor线程:NioEventLoop执行pipline中的方法,最终调度并执行channelHandler

服务端创建时序图

【Netty】服务端和客户端

ServerBootStrap引导启动服务端

它就是主要引导启动服务端,工作包括以下:

  • 1.创建服务端Channel
  • 2.初始化服务端Channel
  • 3.将Channel注册到selector
  • 4.端口绑定

1.创建服务端Channel

流程:

首先从用户代码的bind()其实就是AbstractBootstrap.bind(),然后通过 反射 工厂将用户通过b.channel(NioServerSocketChannel.class)传入的NioServerSocketChannel通过调用底层的jdk的SelectorProvider创建 channel ,同时也接着创建好对应的 ChannelPipeline

详情可以参考下图,自己去查看一下源码:

【Netty】服务端和客户端

2.初始化服务端Channel

主要工作如下:

1)设置的option缓存到NioServerSocketChannelConfig里

2)设置的attr设置到channel里

3)保存配置的childOptions,配置的childAttrs 到ServerBootstrapAcceptor里

4)往NioSocketChannel的pipeline中添加一个 ServerBootstrapAcceptor

【Netty】服务端和客户端

主要的核心源码如下:

@Override
    void init(Channel channel) throws Exception {
        final Map<ChannelOption<?>, Object> options = options0();
        synchronized (options) {
            setChannelOptions(channel, options, logger);
        }

        final Map<AttributeKey<?>, Object> attrs = attrs0();
        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();

        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(0));
        }
        synchronized (childAttrs) {
            currentChildAttrs = childAttrs.entrySet().toArray(newAttrArray(0));
        }

        p.addLast(new ChannelInitializer<Channel>() {
            @Override
            public void initChannel(final Channel ch) throws Exception {
                final ChannelPipeline pipeline = ch.pipeline();
                ChannelHandler handler = config.handler();
                if (handler != null) {
                    pipeline.addLast(handler);
                }

                ch.eventLoop().execute(new Runnable() {
                    @Override
                    public void run() {
                        pipeline.addLast(new ServerBootstrapAcceptor(
                                ch, currentChildGroup, currentChildHandler, currentChildOptions, currentChildAttrs));
                    }
                });
            }
        });
    }

小结:

总体如上面工作流程所述。

特别地建议:查看ServerBootstrapAcceptor源码,你可以发现ServerBootstrapAcceptor在channelRead事件触发的时候(也就有客户端连接的时候),把childHandler加到childChannel Pipeline的末尾,设置childHandler的options和attrs,最后把childHandler注册进childGroup

3.将Channel注册到selector

注册过程如下图

【Netty】服务端和客户端

小结:

Channel 注册过程所做的工作就是将 Channel 与对应的 EventLoop 关联。

1).每个 Channel 都会关联一个特定的 EventLoop, 并且这个 Channel 中的所有 IO 操作都是在这个 EventLoop 中执行的;

2).当关联好 Channel 和 EventLoop 后, 会继续调用底层的 Java NIO SocketChannel 的 register 方法, 将底层的 Java NIO SocketChannel 注册到指定的 selector 中.

通过这两步, 就完成了 Netty Channel 的注册过程.

4.端口绑定

端口绑定的源码流程基本如下图,详情可以还是你自己读一下源码比较好点。

【Netty】服务端和客户端

小结:

其实netty端口绑定是调用 jdk的javaChannel().bind(localAddress, config.getBacklog());进行绑定,然后TCP链路建立成功,Channel激活事件,通过channelPipeline进行传播。

客户端

客户端启动的常规代码如下:

private void start() throws Exception {

        /**
         * Netty用于接收客户端请求的线程池职责如下。
         * (1)接收客户端TCP连接,初始化Channel参数;
         * (2)将链路状态变更事件通知给ChannelPipeline
         */
        EventLoopGroup group = new NioEventLoopGroup();
        try {
            Bootstrap b = new Bootstrap();
            b.group(group)
                    .channel(NioSocketChannel.class)
                    .remoteAddress(new InetSocketAddress(host,port))
                    .handler(new ChannelInitializer<SocketChannel>() {
                        @Override
                        protected void initChannel(SocketChannel socketChannel) throws Exception {
                            socketChannel.pipeline().addLast(new EchoClientHandler());
                        }
                    });
            //绑定端口
            ChannelFuture f = b.connect().sync();

            f.channel().closeFuture().sync();
        } catch (Exception e) {
            group.shutdownGracefully().sync();
        }


    }

【Netty】服务端和客户端

流程:

1.用户线程创建Bootstrap实例,通过API设置创建客户端相关的参数,异步发起客户端连接。

2.创建处理客户端连接、I/O读写的Reactor线程组NioEventLoopGroup,默认为CPU内核数的2倍。

3.通过Bootstrap的ChannelFactory和用户指定的Channel类型创建用于客户端NioSocketChannel,它的功能类似于JDK NIO类库提供的SocketChannel

4.创建默认的Channel Handler Pipeline,用于调度和执行网路事件。

5.异步发起TCP连接,判断连接是否成功。如果成功,则直接将NioSocketChannel注册到多路复用器上,监听读操作位,用于数据包读取和消息发送,如果没有立即连接成功,则注册连接监听为到多路复用器,等待连接结果。

6.注册对应的网络监听状态为到多路复用器。

7.由多路复用器在I/O现场中轮询个Channel,处理连接结果。

8.如果连接成功,设置Future结果,发送连接成功事件,触发ChannelPipeline执行。

9.由ChannelPipeline调度执行系统和用户的ChannelHandler,执行逻辑。

源码调用流程如下图:

【Netty】服务端和客户端

小结:

客户端是如何发起 TCP 连接的?

如下图:

【Netty】服务端和客户端

特别提醒:

在AbstractChannelHandlerContext.connect()#findContextOutbound这步操作是返回的结果next其实是 头节点 ,也就是说在下一步next.invokeConnect()这里的next就是 头节点 ,所以最终是调用 HeadContext .connect()

总结

本文主要讲述netty服务端和客户端的简单工作流程。

具体服务端与客户端如何通信,以及内存管理等方面的知识下一次再写。

最后

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【Netty】服务端和客户端

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