2.启动客户端client

客户端 Client

客户端启动入口一般从 Bootstrap.connect() 开始。和服务端 ServerBootstrap 不同，客户端只有一个 EventLoopGroup，这个 group 同时负责客户端 Channel 的注册、连接、读写等 I/O 事件；服务端才有 parent/boss 和 child/worker 的分工。

...

// 初始化线程组
EventLoopGroup group = new MultiThreadIoEventLoopGroup(NioIoHandler.newFactory());
try {
    Bootstrap b = new Bootstrap();
    // 设置处理线程组
    b.group(group)
        // 设置 Channel 类型
        .channel(NioSocketChannel.class)
        // 设置 ChannelOption
        .option(ChannelOption.TCP_NODELAY, true)
        // 初始化客户端 Channel 的 Pipeline
        .handler(new ChannelInitializer<SocketChannel>() {
            @Override
            public void initChannel(SocketChannel ch) throws Exception {
                ChannelPipeline p = ch.pipeline();
                ...
                p.addLast(new EchoClientHandler());
            }
        });

    // 连接服务端
    ChannelFuture f = b.connect(HOST, PORT).sync();

    // 等待直到关闭
    f.channel().closeFuture().sync();
} finally {
    // 优雅关闭
    ...
}

整体流程

客户端连接主线：

Bootstrap.connect
    -> doResolveAndConnect
        -> initAndRegister
            -> 创建 Channel
            -> Bootstrap.init(channel)
            -> EventLoopGroup.register(channel)
        -> doResolveAndConnect0
            -> 地址解析
            -> doConnect
                -> channel.connect
                    -> pipeline.connect
                    -> HeadContext.connect
                    -> Unsafe.connect
                        -> doConnect
                        -> 立即成功或等待 OP_CONNECT

Bootstrap.connect()

Bootstrap.connect() 最终会进入 doResolveAndConnect()。

private ChannelFuture doResolveAndConnect(final SocketAddress remoteAddress,
                                          final SocketAddress localAddress) {
    // 创建 Channel、初始化 Pipeline，并注册到 EventLoop
    final ChannelFuture regFuture = initAndRegister();
    final Channel channel = regFuture.channel();

    // 这里判断的是注册 Future 是否已经完成
    if (regFuture.isDone()) {
        if (!regFuture.isSuccess()) {
            return regFuture;
        }
        return doResolveAndConnect0(channel, remoteAddress, localAddress, channel.newPromise());
    } else {
        // 注册尚未完成时，添加监听器，等注册成功后再继续连接
        ...
    }
}

这里要注意：initAndRegister() 做了初始化和注册，但 regFuture 表示的是注册结果。只有 Channel 注册到 EventLoop 后，后续的连接动作才会提交到对应的 EventLoop 中执行。

initAndRegister()

initAndRegister() 的职责可以拆成三步：

1. 创建客户端 Channel，例如 NioSocketChannel。
2. 调用 Bootstrap.init(channel) 初始化客户端 Channel。
3. 调用 config().group().register(channel)，把 Channel 注册到 EventLoop。

客户端的 Bootstrap.init(channel) 和服务端的 ServerBootstrap.init(channel) 不完全一样。客户端没有 childGroup、childHandler、ServerBootstrapAcceptor 这些逻辑，主要做下面几件事：

void init(Channel channel) {
    // 设置 ChannelOption
    setChannelOptions(channel, newOptionsArray(), logger);

    // 设置 Attribute
    setAttributes(channel, newAttributesArray());

    ChannelPipeline p = channel.pipeline();

    // 加入用户配置的 handler，通常就是 ChannelInitializer
    p.addLast(config.handler());

    // 执行客户端初始化扩展点
    ...
}

以 NIO 为例，注册阶段最终会把 Channel 绑定到某个 EventLoop，并注册到底层 Selector。

doResolveAndConnect0()

注册完成后，连接流程进入 doResolveAndConnect0()。

private ChannelFuture doResolveAndConnect0(final Channel channel,
                                           SocketAddress remoteAddress,
                                           final SocketAddress localAddress,
                                           final ChannelPromise promise) {
    try {
        // disableResolver 为 true 表示禁用地址解析，不会再走 AddressResolver
        if (disableResolver) {
            doConnect(remoteAddress, localAddress, promise);
            return promise;
        }

        // 如果地址已经解析，或者 resolver 不支持该地址类型，就直接连接；
        // 否则先异步解析地址，解析成功后再 doConnect。
        ...
    } catch (Throwable cause) {
        promise.tryFailure(cause);
    }
    return promise;
}

disableResolver == true 表示禁用解析，不是启用解析。禁用后最好传入已经解析好的地址，否则底层连接可能失败。

doConnect()

private static void doConnect(final SocketAddress remoteAddress,
                              final SocketAddress localAddress,
                              final ChannelPromise connectPromise) {
    final Channel channel = connectPromise.channel();

    channel.eventLoop().execute(() -> {
        if (localAddress == null) {
            channel.connect(remoteAddress, connectPromise);
        } else {
            channel.connect(remoteAddress, localAddress, connectPromise);
        }
        connectPromise.addListener(ChannelFutureListener.CLOSE_ON_FAILURE);
    });
}

这里没有直接在当前线程执行 channel.connect()，而是提交到 Channel 绑定的 EventLoop 中执行。这样可以保证连接动作和后续 I/O 操作都在同一个 EventLoop 线程内完成，同时也给 channelRegistered() 这类事件先触发的机会。

Pipeline 中的 connect

channel.connect() 会进入：

ChannelPipeline.connect
    -> AbstractChannelHandlerContext.connect
    -> HeadContext.connect
    -> Unsafe.connect

补充一下 Pipeline 事件传播方向：

出站事件，例如 connect、bind、write，从 Tail -> Head 方向传播，也就是沿 prev 指针移动。

入站事件，例如 channelRead、channelActive，从 Head -> Tail 方向传播，也就是沿 next 指针移动。

public ChannelFuture connect(final SocketAddress remoteAddress,
                             final SocketAddress localAddress,
                             ChannelPromise promise) {
    // 检查参数和 Promise 状态
    ...

    // 从当前节点向前查找下一个能处理 connect 的出站处理器
    final AbstractChannelHandlerContext next = findContextOutbound(MASK_CONNECT);
    EventExecutor executor = next.executor();

    if (executor.inEventLoop()) {
        if (next.invokeHandler()) {
            promise = ensurePromiseUseCorrectExecutor(promise);
            try {
                final ChannelHandler handler = next.handler();
                final DefaultChannelPipeline.HeadContext headContext = pipeline.head;
                if (handler == headContext) {
                    headContext.connect(next, remoteAddress, localAddress, promise);
                } else if (handler instanceof ChannelDuplexHandler) {
                    ((ChannelDuplexHandler) handler).connect(next, remoteAddress, localAddress, promise);
                } else if (handler instanceof ChannelOutboundHandlerAdapter) {
                    ((ChannelOutboundHandlerAdapter) handler).connect(next, remoteAddress, localAddress, promise);
                } else {
                    ((ChannelOutboundHandler) handler).connect(next, remoteAddress, localAddress, promise);
                }
            } catch (Throwable t) {
                notifyOutboundHandlerException(t, promise);
            }
        } else {
            next.connect(remoteAddress, localAddress, promise);
        }
    } else {
        // 如果当前线程不是该 executor 的线程，则提交任务到对应 executor
        ...
    }
    return promise;
}

AbstractNioUnsafe.connect()

真正执行 NIO 连接的是 AbstractNioChannel 内部的 AbstractNioUnsafe.connect()，不是外层 AbstractNioChannel.connect()。

public final void connect(final SocketAddress remoteAddress,
                          final SocketAddress localAddress,
                          final ChannelPromise promise) {
    // 检查 Promise 是否可设置、Channel 是否 open
    ...

    try {
        // 防止重复连接
        ...

        boolean wasActive = isActive();

        // 调用具体 Channel 的底层连接逻辑，例如 NioSocketChannel.doConnect()
        if (doConnect(remoteAddress, localAddress)) {
            // 连接立即成功
            fulfillConnectPromise(promise, wasActive);
        } else {
            // 连接尚未完成，等待 OP_CONNECT 事件
            connectPromise = promise;
            requestedRemoteAddress = remoteAddress;

            final int connectTimeoutMillis = config().getConnectTimeoutMillis();
            if (connectTimeoutMillis > 0) {
                connectTimeoutFuture = eventLoop().schedule(new Runnable() {
                    @Override
                    public void run() {
                        // 超时后，如果连接还没完成，就设置失败并关闭 Channel
                        ...
                    }
                }, connectTimeoutMillis, TimeUnit.MILLISECONDS);
            }

            promise.addListener(new ChannelFutureListener() {
                @Override
                public void operationComplete(ChannelFuture future) {
                    // 如果 connect future 被取消，则取消超时定时器并关闭底层 socket
                    ...
                }
            });
        }
    } catch (Throwable t) {
        // 异常处理
        ...
    }
}

这里要注意：connectTimeoutFuture 不是“延时后判断成功并继续往下走”。它只负责超时失败处理。

异步连接真正成功的路径是：

Selector 监听到 OP_CONNECT
    -> NioHandler 处理 connect-ready 事件
    -> unsafe.finishConnect()
    -> doFinishConnect()
    -> fulfillConnectPromise()
    -> 如果 Channel 从 inactive 变为 active，则触发 pipeline.fireChannelActive()

所以客户端连接有两种结果路径：

1. doConnect() 立即返回 true，说明连接同步完成，直接 fulfillConnectPromise()。
2. doConnect() 返回 false，说明连接异步进行中，注册 OP_CONNECT，等 Selector 通知连接完成后再 finishConnect()。