一文了解 Netty 整体流程-轻识

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本文基于版本 4.1.46，同时只描述类而不展示具体源码。

Netty 的整体流程

Netty 的整体流程相对来说还是比较复杂的，初学者往往会被绕晕。所以这里总结了一下整体的流程，从而对 Netty 的整体服务流程有一个大致的了解。从功能上，流程可以分为服务启动、建立连接、读取数据、业务处理、发送数据、关闭连接以及关闭服务。整体流程如下所示(图中没有包含关闭的部分)：

服务启动

服务启动时，我们以 example 代码中的 EchoServer 为例，启动的过程以及相应的源码类如下：

创建 selector：

EchoServer#new NioEventLoopGroup(1)->NioEventLoop#provider.openSelector() :

创建 serverSocketChannel 以及初始化：

EchoServer#b.bind(PORT).sync->AbstractBootStrap#doBind()->initAndRegister()-> channelFactory.newChannel() / init(channel)

从 boss group 中选择一个 NioEventLoop 开始注册 serverSocketChannel：

EchoServer#b.bind(PORT).sync->AbstractBootStrap#doBind()->initAndRegister()-> config().group().register(channel)

注册到选择的 NioEventLoop 的 selector：

EchoServer#b.bind(PORT).sync->AbstractBootStrap#doBind()->initAndRegister()->config().group().register(channel)->AbstractChannel#register0(promise)->AbstractNioChannel#javaChannel().register(eventLoop().unwrappedSelector(), 0, this) : 将 server socket channel

绑定地址端口开始启动：

EchoServer#b.bind(PORT).sync()->AbstractBootStrap#doBind()->doBind0()->AbstractChannel#doBind(localAddress)->NioServerSocketChannel#javaChannel().bind(localAddress, config.getBacklog())

EchoServer#b.bind(PORT).sync()->AbstractBootStrap#doBind()->doBind0()->AbstractChannel#pipeline.fireChannelActive()->AbstractNioChannel#selectionKey.interestOps(interestOps|readInterestOp)

上述启动流程中，1、2、3 是由我们自己的线程执行的，即 mainThread，4、5、6 是由 Boss Thread 执行。相应时序图如下：

建立连接

服务启动后便是建立连接的过程了，相应过程及源码类如下：

NioEventLoop 中的 selector 轮询创建连接事件（OP_ACCEPT）：

NioEventLoop#run()->processSelectedKey()

创建 socket channel：

NioEventLoop#run()->processSelectedKey()->AbstractNioMessageChannel#read->NioServerSocketChannel#doReadMessages()->SocketUtil#accept(serverSocketChannel)

从worker group 中选择一个 NioEventLoop 开始注册 socket channel：

NioEventLoop#run()->processSelectedKey()->AbstractNioMessageChannel#fireChannelRead->ServerBootstrap#ServerBootstrapAcceptor#channelRead-> childGroup.register(child)

将 socket channel 注册到选择的 NioEventLoop 的 selector：

NioEventLoop#run()->processSelectedKey()->AbstractNioMessageChannel#fireChannelRead->ServerBootstrap#ServerBootstrapAcceptor#channelRead-> childGroup.register(child)->AbstractChannel#register0(promise)-> AbstractNioChannel#javaChannel().register(eventLoop().unwrappedSelector(), 0, this)

NioEventLoop#run()->processSelectedKey()->AbstractNioMessageChannel#fireChannelRead->ServerBootstrap#ServerBootstrapAcceptor#channelRead-> childGroup.register(child)->AbstractChannel#pipeline.fireChannelActive()-> AbstractNioChannel#selectionKey.interestOps(interestOps | readInterestOp)

同样，上述流程中 1、2、3 的执行仍由 Boss Thread 执行，直到 4、5 由具体的 Work Thread 执行。

读写与业务处理

连接建立完毕后是具体的读写，以及业务处理逻辑。以 EchoServerHandler 为例，读取数据后会将数据传播出去供业务逻辑处理，此时的 EchoServerHandler 代表我们的业务逻辑，而它的实现也非常简单，就是直接将数据写回去。我们将这块看成一个整条，流程如下：

NioEventLoop 中的 selector 轮询创建读取事件（OP_READ）：

NioEventLoop#run()->processSelectedKey()

nioSocketChannel 开始读取数据：

NioEventLoop#run()->processSelectedKey()->AbstractNioByteChannel#read()

把读取到的数据传播出去供业务处理：

NioEventLoop#run()->processSelectedKey()->AbstractNioByteChannel#read()->pipeline.fireChannelRead(byteBuf)

在这个例子中即 EchoServerHandler 的执行：

AbstractNioByteChannel#pipeline.fireChannelRead->EchoServerHandler#channelRead

调用 write 方法：

EchoServerHandler#write->ChannelOutboundBuffer#addMessage

调用 flush 准备数据：

EchoServerHandler#flush->ChannelOutboundBuffer#addFlush

调用 flush 发送数据：

EchoServerHandler#flush->NioSocketChannel#doWrite

在这个过程中读写数据都是由 Work Thread 执行的，但是业务处理可以由我们自定义的线程池来处理，并且一般我们也是这么做的，默认没有指定线程的情况下仍然由 Work Thread 代为处理。

关闭连接

服务处理完毕后，单个连接的关闭是什么样的呢？

NioEventLoop 中的 selector 轮询创建读取事件（OP_READ)，这里关闭连接仍然是读取事件：

NioEventLoop#run()->processSelectedKey()

当字节<0 时开始执行关闭 nioSocketChannel：

NioEventLoop#run()->processSelectedKey()->AbstractNioByteChannel#read()->closeOnRead(pipeline)

关闭 socketChannel：

NioEventLoop#run()->processSelectedKey()->AbstractNioByteChannel#read()->closeOnRead(pipeline)->AbstractChannel#close->AbstractNioChannel#doClose()

清理消息，不接受新信息，fail 掉所有 queue 中消息：

NioEventLoop#run()->processSelectedKey()->AbstractNioByteChannel#read()->closeOnRead(pipeline)->AbstractChannel#close->outboundBuffer.failFlushed/close

关闭多路复用器的 key：

NioEventLoop#run()->processSelectedKey()->AbstractNioByteChannel#read()->closeOnRead(pipeline)->AbstractChannel#close->fireChannelInactiveAndDeregister->AbstractNioChannel#doDeregister eventLoop().cancel(selectionKey())

时序图如下：

关闭服务

最后是关闭整个 Netty 服务：

NioEventLoop#run->closeAll()->selectionKey.cancel/channel.close 关闭 channel，取消 selectionKey
NioEventLoop#run->confirmShutdown->cancelScheduledTasks 取消定时任务
NioEventLoop#cleanup->selector.close() 关闭 selector

时序图如下，为了好画将 NioEventLoop 拆成了 2 块：

至此，整个 Netty 的服务流程就结束了。

作者：fredalxin
出处：fredal.xin/netty-process

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