一文了解 Netty 整体流程

Posted 2021-08-02 芋道源码

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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)：

图片

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：

1. EchoServer#new NioEventLoopGroup(1)->NioEventLoop#provider.openSelector() : 创建 selector
2. EchoServer#b.bind(PORT).sync->AbstractBootStrap#doBind()->initAndRegister()-> channelFactory.newChannel() / init(channel) : 创建 serverSocketChannel 以及初始化
3. EchoServer#b.bind(PORT).sync->AbstractBootStrap#doBind()->initAndRegister()-> config().group().register(channel) ：从 boss group 中选择一个 NioEventLoop 开始注册 serverSocketChannel
4. 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 注册到选择的 NioEventLoop 的 selector
5. EchoServer#b.bind(PORT).sync()->AbstractBootStrap#doBind()->doBind0()->AbstractChannel#doBind(localAddress)->NioserverSocketChannel#javaChannel().bind(localAddress, config.getBacklog()) : 绑定地址端口开始启动
6. EchoServer#b.bind(PORT).sync()->AbstractBootStrap#doBind()->doBind0()->AbstractChannel#pipeline.fireChannelActive()->AbstractNioChannel#selectionKey.interestOps(interestOps|readInterestOp): 注册 OP_READ 事件

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：

图片

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：

1. NioEventLoop#run()->processSelectedKey() NioEventLoop 中的 selector 轮询创建连接事件（OP_ACCEPT）
2. NioEventLoop#run()->processSelectedKey()->AbstractNioMessageChannel#read->NioServerSocketChannel#doReadMessages()->SocketUtil#accept(serverSocketChannel) 创建 socket channel
3. NioEventLoop#run()->processSelectedKey()->AbstractNioMessageChannel#fireChannelRead->ServerBootstrap#ServerBootstrapAcceptor#channelRead-> childGroup.register(child) 从worker group 中选择一个 NioEventLoop 开始注册 socket channel
4. NioEventLoop#run()->processSelectedKey()->AbstractNioMessageChannel#fireChannelRead->ServerBootstrap#ServerBootstrapAcceptor#channelRead-> childGroup.register(child)->AbstractChannel#register0(promise)-> AbstractNioChannel#javaChannel().register(eventLoop().unwrappedSelector(), 0, this) 将 socket channel 注册到选择的 NioEventLoop 的 selector
5. NioEventLoop#run()->processSelectedKey()->AbstractNioMessageChannel#fireChannelRead->ServerBootstrap#ServerBootstrapAcceptor#channelRead-> childGroup.register(child)->AbstractChannel#pipeline.fireChannelActive()-> AbstractNioChannel#selectionKey.interestOps(interestOps | readInterestOp) 注册 OP_ACCEPT 事件

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。

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：

1. NioEventLoop#run()->processSelectedKey() NioEventLoop 中的 selector 轮询创建读取事件（OP_READ）
2. NioEventLoop#run()->processSelectedKey()->AbstractNioByteChannel#read() nioSocketChannel 开始读取数据
3. NioEventLoop#run()->processSelectedKey()->AbstractNioByteChannel#read()->pipeline.fireChannelRead(byteBuf)把读取到的数据传播出去供业务处理
4. AbstractNioByteChannel#pipeline.fireChannelRead->EchoServerHandler#channelRead在这个例子中即 EchoServerHandler 的执行
5. EchoServerHandler#write->ChannelOutboundBuffer#addMessage 调用 write 方法
6. EchoServerHandler#flush->ChannelOutboundBuffer#addFlush 调用 flush 准备数据
7. EchoServerHandler#flush->NioSocketChannel#doWrite 调用 flush 发送数据

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。

服务处理完毕后，单个连接的关闭是什么样的呢？

1. NioEventLoop#run()->processSelectedKey() 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
2. NioEventLoop#run()->processSelectedKey()->AbstractNioByteChannel#read()->closeOnRead(pipeline)当字节<0 时开始执行关闭 nioSocketChannel
3. NioEventLoop#run()->processSelectedKey()->AbstractNioByteChannel#read()->closeOnRead(pipeline)->AbstractChannel#close->AbstractNioChannel#doClose() 关闭 socketChannel
4. NioEventLoop#run()->processSelectedKey()->AbstractNioByteChannel#read()->closeOnRead(pipeline)->AbstractChannel#close->outboundBuffer.failFlushed/close 清理消息：不接受新信息，fail 掉所有 queue 中消息
5. NioEventLoop#run()->processSelectedKey()->AbstractNioByteChannel#read()->closeOnRead(pipeline)->AbstractChannel#close->fireChannelInactiveAndDeregister->AbstractNioChannel#doDeregister eventLoop().cancel(selectionKey()) 关闭多路复用器的 key

时序图如下：

图片

最后是关闭整个 Netty 服务：

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

时序图如下，为了好画将 NioEventLoop 拆成了 2 块：

图片

至此，整个 Netty 的服务流程就结束了。

- END -

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