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五 Netty核心组件

时间：2021-05-27 14:30:29

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五 Netty核心组件

为了后期更好地理解和进一步深入 Netty，有必要总体认识一下 Netty 所用到的核心组件以及他们在整个 Netty 架构中是如何协调工作的。

一、Netty 有如下几个核心组件

Bootstrap & ServerBootstrap：客户端和服务端的引导类Channel：代表了一个链接，与EventLoop一起用来参与IO处理。ChannelFuture：Netty 为异步非阻塞，即所有的 I/O 操作都为异步的，因此，我们不能立刻得知消息是否已经被处理了。Netty 提供了 ChannelFuture 接口，通过该接口的 addListener() 方法注册一个 ChannelFutureListener，当操作执行成功或者失败时，监听就会自动触发返回结果。EventLoop & EventLoopGroup：Channel处理IO操作，一个EventLoop可以为多个Channel服务。而一个EventLoopGroup会包含多个EventLoop。ChannelHandler：为了支持各种协议和处理数据的方式，便诞生了Handler组件。Handler主要用来处理各种事件，这里的事件很广泛，比如可以是连接、数据接收、异常、数据转换等。ChannelPipeline：提供了 ChannelHandler 链的容器，并定义了用于在该链上传播入站
和出站事件流的 API。

核心组件的高层类图如下：

核心类之间的数量关系

二、Bootstrap & ServerBootstrap

这 2 个类都继承了AbstractBootstrap，因此它们有很多相同的方法和职责。它们都是启动器，能够帮助 Netty 使用者更加方便地组装和配置 Netty ，也可以更方便地启动 Netty 应用程序。相比使用者自己从头去将 Netty 的各部分组装起来要方便得多，降低了使用者的学习和使用成本。它们是我们使用 Netty 的入口和最重要的 API ，可以通过它来连接到一个主机和端口上，也可以通过它来绑定到一个本地的端口上。总的来说，它们两者之间相同之处要大于不同。

Bootstrap & ServerBootstrap对于Netty就相当于 Spring Boot 是 Spring 的启动器。
它们和其它组件之间的关系是它们将 Netty 的其它组件进行组装和配置，所以它们会组合和直接或间接依赖其它的类。

Bootstrap 用于启动一个 Netty TCP 客户端，或者 UDP 的一端。通常使用 #connet(...) 方法连接到远程的主机和端口，作为一个 Netty TCP 客户端。也可以通过 #bind(...) 方法绑定本地的一个端口，作为 UDP 的一端。仅仅需要使用一个 EventLoopGroup 。
ServerBootstrap 往往是用于启动一个 Netty 服务端。通常使用 #bind(...) 方法绑定本地的端口上，然后等待客户端的连接。使用两个 EventLoopGroup 对象( 当然这个对象可以引用同一个对象 )：第一个用于处理它本地 Socket 连接的 IO事件处理，而第二个责负责处理远程客户端的 IO 事件处理。

三、Channel

Netty网络通信的组件，用于网络IO操作。通过Channel可以获得当前王略连接的通道的状态与网络配置参数。Channel提供异步的网络IO操作，调用后立即返回ChannelFuture，通过注册监听，或者同步等待，最终获取结果。

Channel根据不同的协议、不同的阻塞类型，分为不同的Channel类型，通过名称也能大概猜出来其分别的作用：

Channel 是 Netty 网络操作抽象类，它除了包括基本的 I/O 操作，如 bind、connect、read、write 之外，还包括了 Netty 框架相关的一些功能，如获取该 Channel 的 EventLoop。在传统的网络编程中，作为核心类的Socket ，它对程序员来说并不是那么友好，直接使用其成本还是稍微高了点。而 Netty 的 Channel 则提供的一系列的 API ，它大大降低了直接与 Socket 进行操作的复杂性。而相对于原生 NIO 的 Channel，Netty 的 Channel 具有如下优势：

在 Channel 接口层，采用 Facade 模式进行统一封装，将网络 I/O 操作、网络 I/O相关联的其他操作封装起来，统一对外提供。Channel 接口的定义尽量大而全，为 SocketChannel 和 ServerSocketChannel提供统一的视图，由不同子类实现不同的功能，公共功能在抽象父类中实现，最大程度地实现功能和接口的重用。具体实现采用聚合而非包含的方式，将相关的功能类聚合在 Channel 中，由 Channel 统一负责和调度，功能实现更加灵活。

四、EventLoop && EventLoopGroup

Channel为Netty 网络操作抽象类，EventLoop 负责处理注册到其上的 Channel 处理 I/O 操作，两者配合参与 I/O 操作。EventLoopGroup 是一个 EventLoop 的分组，它可以获取到一个或者多个 EventLoop 对象，因此它提供了迭代出 EventLoop 对象的方法。

下图是 Channel、EventLoop、Thread、EventLoopGroup 之间的关系：

EventLoopGroup可以理解为线程池，EventLoop理解为一个线程，每个EventLoop对应一个Selector，负责处理多个Channel上的事件。

第一个boss EventLoopGroup分配一个EventLoop负责创建Channels传入的连接请求。一旦连接接受，第二个work EventLoopGroup分配一个 EventLoop给它的Channel。

一个 EventLoopGroup 包含一个或多个 EventLoop ，即EventLoopGroup : EventLoop = 1: n。
一个 EventLoop 在它的生命周期内，只能与一个 Thread 绑定，即EventLoop : Thread = 1 : 1 。
所有有 EventLoop 处理的 I/O 事件都将在它专有的 Thread 上被处理，从而保证线程安全，即Thread :EventLoop = 1 : 1。
一个 Channel 在它的生命周期内只能注册到一个 EventLoop 上，即Channel : EventLoop = n : 1 。
一个 EventLoop 可被分配至一个或多个 Channel ，即EventLoop : Channel = 1 : n。

当一个连接到达时，Netty 就会创建一个 Channel，然后从 EventLoopGroup 中分配一个 EventLoop 来给这个 Channel 绑定上，在该 Channel 的整个生命周期中都是有这个绑定的 EventLoop 来服务的。

五、ChannelFuture

Netty 为异步非阻塞，即所有的 I/O 操作都为异步的，因此，我们不能立刻得知消息是否已经被处理了。Netty 提供了 ChannelFuture 接口，通过该接口的 #addListener(...) 方法，注册一个 ChannelFutureListener，当操作执行成功或者失败时，监听就会自动触发返回结果。

六、ChannelHandler

ChannelHandler ，连接通道处理器，我们使用 Netty 中最常用的组件。ChannelHandler 主要用来处理各种事件，这里的事件很广泛，比如可以是连接、数据接收、异常、数据转换等。ChannelHandler 有两个核心子类ChannelInboundHandler 和 ChannelOutboundHandler

ChannelInboundHandler 用于接收、处理入站( Inbound )的数据和事件ChannelOutboundHandler 则相反，用于接收、处理出站( Outbound )的数据和事件。

ChannelInboundHandler 的实现类还包括一系列的 Decoder 类，对输入字节流进行解码。ChannelOutboundHandler 的实现类还包括一系列的 Encoder 类，对输入字节流进行编码。ChannelDuplexHandler 可以同时用于接收、处理入站和出站的数据和时间。

ChannelHandler 还有其它的一系列的抽象实现 Adapter ，以及一些用于编解码具体协议的 ChannelHandler 实现类。

七、ChannelPipeline

ChannelPipeline 为 ChannelHandler 的链，提供了一个容器并定义了用于沿着链传播入站和出站事件流的 API 。一个数据或者事件可能会被多个 Handler 处理，在这个过程中，数据或者事件经流 ChannelPipeline ，由 ChannelHandler 处理。在这个处理过程中，一个 ChannelHandler 接收数据后处理完成后交给下一个 ChannelHandler，或者什么都不做直接交给下一个 ChannelHandler。

当一个数据流进入 ChannelPipeline 时，它会从 ChannelPipeline 头部开始，传给第一个 ChannelInboundHandler 。当第一个处理完后再传给下一个，一直传递到管道的尾部。与之相对应的是，当数据被写出时，它会从管道的尾部开始，先经过管道尾部的“最后”一个ChannelOutboundHandler ，当它处理完成后会传递给前一个 ChannelOutboundHandler 。当 ChannelHandler 被添加到 ChannelPipeline 时，它将会被分配一个 ChannelHandlerContext ，它代表了 ChannelHandler 和 ChannelPipeline 之间的绑定。

其中 ChannelHandler 添加到 ChannelPipeline 中，通过 ChannelInitializer 来实现，过程如下：

一个 ChannelInitializer 的实现对象，被设置到了 BootStrap 或 ServerBootStrap 中。当 ChannelInitializer.initChannel() 方法被调用时，ChannelInitializer 将在 ChannelPipeline 中创建一组自定义的 ChannelHandler 对象。ChannelInitializer 将它自己从 ChannelPipeline 中移除。ChannelInitializer 是一个特殊的 ChannelInboundHandlerAdapter 抽象类。