一文讲透Netty核心源码

深入分析 Netty Reactor 线程模型的实现原理
以生活中场景为例，类比说明 Netty 各核心组件的原理、交互流程
详细分析 Netty 核心源码流程

1. Netty是什么

Netty是一个异步的，事件驱动的网络应用程序框架，基于Java Nio的Api实现 ...

定义较长，看完估计懂的人感觉没营养，不懂的人依然茫然；不妨换个角度理解下

大部分同学对Spring Mvc、Mybatis框架很熟悉，对其所实现功能、提供哪些Api 都了然于大脑。

Netty框架与Java Nio之间关系，类似于 Spring Mvc框架与Java Servlet ，Mybatis框架与Jdbc 之间的关系； 框架会让对应的功能开发更简洁、高效。

基于Spring Mvc框架开发web服务端应用，通常只需开发出 Controller、通用拦截器、参数/返回值解析器（框架有已提供多个选项）。

基于netty框架开发 Nio服务端应用，通常也只需开发出请求处理器、通用过滤器、编/解码器（框架有已提供多个选项）。

netty与spring mvc 工作层次和原理很不一样，以上只是从框架对功能封装角度进行类比

2. 换个方式理解Netty Nio通讯

2.1 借助一个生活中的例子

假设你是老板，需要开家电话客服公司；提供的服务很简单：接电话并与用户沟通。

你为了更高效的服务大量用户，准备设置两个团队A和B，职责分派如下：

A团队：守着呼叫总台，接听并转交给B团队某一个人的电话
B团队：守着自己的工位电话，记录转交来的用户电话号码并与用户进行沟通

A团队活少，理论上可多个人干，你公司初期接听业务量不大，一个人即可；

B团队活多，理论上一个人干也行，通常会多个人一起干（按公司业务量分配）。

在开工前你准备好办公场所，为了节省人力成本、你分别告诉A和B职位的中介，等有活时在招聘对应人过来，一旦人招聘来之后，就按对应工位的工作职责夜以继日的干活。

等一切就绪之后，你给A团队工位1扔去第一个任务（开机）并告诉中介A找人干活，然后就坐到一边休息去了。

A1员工开启呼叫台后，就能接到广大用户的咨询电话，当来电话后，A1员工将对应呼叫信息包装成任务【和老板的沟通方式一致】扔给B团队中的某一个工位任务表，若工位没人则告诉中介B找人干活。

【故事end】

故事核心角色有老板、A团队员工、A团队人力中介、B团队员工、B团队人力中介；重点要理解各角色的职责、交互方式（若已阅读过源码应该能对应到netty的各个组件）。

AB团队的员工在处理大多数任务时，会按照固定的流程顺序或倒序执行，下文用netty组件描述；暂不用故事描述了（否则题主讲的难受，读者看的更难受）

2.2 Netty交互流程

BossGroup(A团队)主要处理连接事件，各组件间关系，核心交互流程如下

ThreadPreTaskExecutor：每次执行任务会创建新线程执行任务，NioEventLoopGroup 持有该线程池属性
NioEventLoopGroup：是线程池组或线程池集群，启动netty server的线程（幕后老板）提交任务到bossGroup，bossGroup轮询选择一个NioEventLoop并提交任务到任务队列中
NioEventLoop：仅有一个线程的线程池，当往线程池第一次提交任务时，通过ThreadPreTaskExecutor创建线程并赋值给NioEventLoop.thread属性，并且持有nio selector
连接op_accept事件select出之后，会交给NioServerSocketChannel的内部Unsafe对象进行read（op_accept事件读取的是连接），之后会通过pipeline方法传播channelRead事件
Channel：netty server程序中有NioServerSocketChannel(端口监听channel)，NioSocketChannel(与client通讯channel)；
各自封装了jdk nio channel，扩展了bind、connect、register、close、read、write等io事件；其内部类UnSafe主要用于和jdk nio 中的类进行交互
ChannelPipeline：与channel对象相互引用，内部包装了ChannelHandler链，类似于过滤器中的 FilterChain。

workGroup读取client消息与bossGroup读取client连接流程基本一致，内容不一样而已；

业务handler处理完请求后通常会调用netty Channel的writeAndFlush方法、再经过ChannelPipeline中的ChannelHandler链传播到内部Unsafe对象，最终调用javachannel的write方法写出响应给client。

read 与 write对比

read消息，消息到网卡，经过nio selector 后传播到应用程序的ChannelHandler，从外向内传播（inbound 事件），对应用程序来说被动接收

jdkChannel（read到了消息) → unsafe → pipeline → head → businessHandler → tail

write返回值，应用程序调用channel.write方法后传播到Javachannel.write 写出到网卡并发送，从内向外传播（outbound 事件），是应用程序主动发起

nettychannel → pipeline → tail → businessHandler → head → unsafe → jdkChannel

3. Netty组件详解

inbound、outbound 唯一区别是事件传播方向不一样，从Java nio层向应用程序层(netty代码和用户代码) 方法传播是inbound事件，从应用程序层方法向 Java nio层传播是 outbound事件。

inbound事件不一定都是由client发起，也可能是netty server自身发起的。

如：channel注册功能，从netty框架代码经过pipeline传播到Java nio层属于outbound事件

当注册完成之后，netty框架会反方向(从Java nio层向应用程序层方法)传播 channelRegistered (inbound事件)

ChannelOutboundInvoker ：用于传播outbound事件（如：writeAndFlush）
ChannelInboundInvoker ：用于传播Inbound事件 (如：fireChannelRead)
ChannelOutboundHandler ：处理outbound事件业务逻辑（如：bind，write，connect）
ChannelInboundHandler ：处理inbound事件逻辑 (如：channelActive，channelRead)
ChannelPipeline、ChannelHandlerContext 组件都实现了ChannelOutboundInvoker与ChannelInboundInvoker，两者都可传递inbound和outbound事件
Channel组件只实现了ChannelOutboundInvoker，若阅读到对应代码，可能会疑问：为什么只实现了ChannelOutboundInvoker？难道不能传播inbound事件？

通过上面流程得知所有的io事件都会经过Channel，题主认为不实现ChannelInboundInvoker是因为用不到，原因如下：

inbound事件是从 jdk nio 层向应用程序层传播，通过 javachannel可以引用获取到nettychannel进而能引用到unsafe对象，直接调用unsafe或pipeline进行传播事件即可，netty内部也是这么操作的。
outbound事件是从应用程序层向jdk nio 层传播，需要提供对应的write、bind、close、等方法给调用方使用。

ChannelPipeline中的ChannelHandler在被添加时会包装成ChannelHandlerContext，具体的某一个ChannelHandler可只处理inbound或outbound事件。

但每个ChannelHandlerContext对象都具有传播inbound和outbound事件的能力，才能传播所有事件。

HeadContext特殊性

实现了inbound与outbound接口但强制设置inbound为false（题主对这里理解还不成熟、暂不表述）

head比tail多了个unsafe属性，从调用层次来看head紧挨着unsafe，事件传播时会相互调用

 final class HeadContext extends AbstractChannelHandlerContext
        implements ChannelOutboundHandler, ChannelInboundHandler {

    /**
     * HeadContext比TailContext多了个 unsafe属性
     */
    private final Unsafe unsafe; 

    HeadContext(DefaultChannelPipeline pipeline) {
        super(pipeline, null, HEAD_NAME, false(inbound), true(outbound));
        unsafe = pipeline.channel().unsafe();
        setAddComplete();
    }
    。。。

}

4. 走读Netty Nio代码

netty server启动四大步骤

创建NioServerSocketChannel
初始化NioServerSocketChannel参数
注册channel到selector
绑定端口

端口绑定后，可接受客户端连接，并收发消息

注意Main线程、boss io线程、worker io线程之间的交互

代码流程较长、建议在电脑端对着源码阅读

5. 本文作者及团队介绍

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