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C/C++教程

netty极简教程(六):Netty是如何屏蔽ServerSocketChannel启动的

现在我们已经基本了解了netty底层使用的组件,就明白了netty为什么是事件驱动模型:(netty极简教程(四):netty极简教程(五):Netty的Reactor模型演进及JDK nio聊天室实现,
接下来追踪下netty的启动源码,验证reactor模型在netty的实现


示例源码: https://github.com/jsbintask22/netty-learning

示例

我们以第一节打印客户端信息的代码为例:

NioEventLoopGroup bossLoopGroup = new NioEventLoopGroup(1);  // 1
NioEventLoopGroup workLoopGroup = new NioEventLoopGroup();  // 2

try {
    ServerBootstrap serverBootstrap = new ServerBootstrap();
    serverBootstrap.group(bossLoopGroup, workLoopGroup)
            .channel(NioServerSocketChannel.class)          // 3
            .childHandler(new ChannelInitializer<SocketChannel>() {
                @Override
                protected void initChannel(SocketChannel ch) throws Exception {
                    ch.pipeline().addLast(new ChannelInboundHandlerAdapter() {    // 9
                        @Override
                        public void channelRead(ChannelHandlerContext ctx, Object msg) throws Exception {
                            if (msg instanceof ByteBuf) {
                                System.out.println("client: " + ((ByteBuf) msg).toString(StandardCharsets.UTF_8));
                            }
                        }
                    });
                }
            })
            .option(ChannelOption.SO_BACKLOG, 128)          // 4
            .childOption(ChannelOption.SO_KEEPALIVE, true);  // 5

    ChannelFuture channelFuture = serverBootstrap.bind(port).addListener(f -> {   // 6
        System.out.println("started.");
    }).sync();

    channelFuture.channel().closeFuture().addListener(future -> 
    System.out.println("DiscardServerApp.operationComplete")).sync();   // 7
} finally {
    bossLoopGroup.shutdownGracefully();       // 8
    workLoopGroup.shutdownGracefully();
}

启动解析


上面这段代码将客户端发送信息打印出来,并没有回应任何消息,所以叫DiscardServer,因为我们使用http客户端发送,所以出现了超时现象,我们对比上一节将Netty 中使用的原生组件一一找出;首先是我们一眼就能看到的:

  1. 在原生Selector中,我们new了一个主线程(主Reactor线程) 用来一直循环Selector的select操作并且注册ServerSocketChannel,在netty 中,我们称这个线程为boss线程,对应这里的bossLoopGroup线程组,因为我们只需要一个ServerSocketChannel,所以我们直接将该线程组数量设置为1
  2. 在原生Selector中,为了防止阻塞主线程,我们又使用了一个有8个线程的数组(子Reactor线程___)(为什么是8?),并且生成了同样个数的的Selector ,这个线程组对应我们这里的workLoopGroup线程组,在netty中,它默认的线程个数是cpu核数*2;

说到这里,虽然我们还没有介绍NioEventLoopGroup,估计大家已经知道了它就是一个线程池:

3. 在netty中,不再直接使用ServerSocketChannel,而是netty封装的NioServerSocketChannel(之后介绍),它会在boss线程中生成
4. 在原生nio中,绑定端口之前可以给ServerSocketChannel配置一些参数,这些参数在java.net.StandardSocketOptions中可以找到,在netty 中使用ChannelOption进行配置
5. 同4,它是netty给连接的客户端socket配置参数使用
6. 类比原生的bind方法,netty使用异步回调操作。
7. 同样给关闭服务设置回调,并且使用 sync同步方法阻塞main线程。
8. 必须关闭两个线程池


上面8点我们直接可以在main线程中观察到,可是关键的ServerSocketChannel初始化,注册Selector绑定到本地端口,accept接收客户端这些代码还没有找出来;我们继续;从serverBootstrap .bind(port)开始追踪:看它们是如何在线程池中被初始化的;首先需要说明的是,我们已经知道,在原生jdk中一个连接的抽象代表是java.nio.channels.Channel,而在netty中,它被封装成了io.netty.channel.Channel,后面的介绍全部默认为netty的Channel。


从bind追踪,我们可以看到两个较为关键的步骤:

initAndRegister:

final ChannelFuture initAndRegister() {  
Channel channel = null;  
channel = channelFactory.newChannel();   // 1  
init(channel);   // 2  
ChannelFuture regFuture = config().group().register(channel); // 3  
  • 使用channelFactory生成了NioServerSocketChannel,容易知道这个channelFactory是根据我们配置的NioServerSocketChannel 使用反射调用默认构造方法生成;

    ok,到这里我们找到了原生jdk的ServerSocketChannel的生成,并且可通过javaChannel()方法获取;

  • 生成channel之后开始初始化(设置ServerSocketChannel的参数等),这里值得注意的是,每一个channel中有一个ChannelPipeline对象(后面介绍该对象,每一个channel对应一个pipeline,默认构造其中生成的),接着往该pipeline中添加了一个handler(在pipeline中有一个头和尾已经确定的handler 的链表,加在链尾的前一个),这个handler是ServerBootstrapAcceptor,所以当有新连接进入时,继续将新SocketChannel注册到Selector上。

  • 最后会在boss线程中添加一个任务:

    这样,就将ServerSocketChannel也主动注册到了Selector(注意上面的步骤是将客户端连接注册到Selector,Selector怎么得来的后面细讲)

doBind0:
最终调用io.netty.channel.AbstractChannel.AbstractUnsafe的bind方法,最后在unsafe中调用ServerSocket的doBind方法:

这样,服务端的ServerSocketChannel就绑定监听端口成功了;


到现在,我们已经知道了原生jdk中的reactor主线程以及io子线程在netty中的对应之处,以及ServerSocketChannel是怎么被生成并且注册到Selector
上并且时如何绑定到端口上的;接下来还有一个关键地方我们没有找出来,就是selector的循环select是在哪里被调用了,毕竟我们再上一章就知道了操作channel全靠selector;