Netty源码学习系列③新连接的建立

其他 2020-04-03 01:31:02 阅读次数: 0

当服务端启动好了之后，也就是说，服务端已经在执行NioEventLoop的一个死循环方法run()中，一直轮询事件，并且此时的监听的事件为OP_ACCEPT。如果有新连接接入，那么首先会在上述的run()方法中触发…

收到新的连接

首先，服务端启动好了之后，会进入等待事件的状态，也就是调用JDK的NIO的API：

// NioEventLoop.java -> run()
if (!hasTasks()) {
		strategy = select(curDeadlineNanos);
}
// 核心是调用jdk的api
selector.select();

收到新的连接后，将会通过processSelectedKeys()进行处理，处理内容包括：创建、初始化NioSocketChannel。

// NioEventLoop.java
private void processSelectedKeys() {
    if (selectedKeys != null) {
        processSelectedKeysOptimized();
    } else {
        processSelectedKeysPlain(selector.selectedKeys());
    }
}

private void processSelectedKeysOptimized() {
    for (int i = 0; i < selectedKeys.size; ++i) {
        final SelectionKey k = selectedKeys.keys[i];
        // 帮助GC
        selectedKeys.keys[i] = null;
				// attachment是NioServerSocketChannel
      	// 服务端注册selectionKey时传入
        final Object a = k.attachment();

        if (a instanceof AbstractNioChannel) {
          	// 此处真正进入处理新连接事件
            processSelectedKey(k, (AbstractNioChannel) a);
        } else {
            @SuppressWarnings("unchecked")
            NioTask<SelectableChannel> task = (NioTask<SelectableChannel>) a;
            processSelectedKey(k, task);
        }
        //...
    }
}

private void processSelectedKey(SelectionKey k, AbstractNioChannel ch) {
    final AbstractNioChannel.NioUnsafe unsafe = ch.unsafe();
    // ...
    try {
      	// 此时的readyOps为OP_ACCEPT，也就是16，即二进制10000
        int readyOps = k.readyOps();
        // ...

        // 处理新连接的逻辑开始
      	// SelectionKey.OP_READ | SelectionKey.OP_ACCEPT = 10001
        if ((readyOps & (SelectionKey.OP_READ | SelectionKey.OP_ACCEPT)) != 0 || readyOps == 0) {
          	// 此处的unsafe与创建连接时的unsafe不是同一个实现
            unsafe.read();
        }
    }
  	// ...
}

创建、初始化NioSocketChannel

上面的unsafe的具体实现是在一个叫做NioMessageUnsafe的内部类中，在它的read方法中：

①创建了NioSocketChannel。②通过pipeline中的Handler，即ServerBootstrap$ServerBootstrapAcceptor中初始化NioSocketChannel。

// 
@Override
public void read() {
    assert eventLoop().inEventLoop();
    final ChannelConfig config = config();
    final ChannelPipeline pipeline = pipeline();
    final RecvByteBufAllocator.Handle allocHandle = unsafe().recvBufAllocHandle();
    allocHandle.reset(config);

    boolean closed = false;
    Throwable exception = null;
    try {
        try {
            do {
              	// ①创建了NioSocketChannel,并加入到readBuf这个List中
                int localRead = doReadMessages(readBuf);
                if (localRead == 0) {
                    break;
                }
                if (localRead < 0) {
                    closed = true;
                    break;
                }

                allocHandle.incMessagesRead(localRead);
            } while (allocHandle.continueReading());
        } catch (Throwable t) {
            exception = t;
        }

        int size = readBuf.size();
        for (int i = 0; i < size; i ++) {
            readPending = false;
          	// ②在ServerBootstrap$ServerBootstrapAcceptor中初始化NioSocketChannel
            pipeline.fireChannelRead(readBuf.get(i));
        }
        readBuf.clear();
        allocHandle.readComplete();
        pipeline.fireChannelReadComplete();
        // ...
    }
  	// ...
}

创建

创建NioSocketChannel的主要流程，就是先通过调用JDK的API获取SocketChannel，然后再将其作为一个值传给NioSocketChannel。因此从另一个方面来看，可以理解成NioSocketChannel是SocketChannel的封装。

@Override
protected int doReadMessages(List<Object> buf) throws Exception {
  	// 实际调用时serverSocketChannel.accept()  
  	SocketChannel ch = SocketUtils.accept(javaChannel());

    try {
        if (ch != null) {
          	// 创建NioSocketChannel
            buf.add(new NioSocketChannel(this, ch));
            return 1;
        }
    } 
  	// ...
    return 0;
}

初始化

主要依靠pipeline中的相应事件传递。比如说，将channel注册到EventLoop中这个事件，就是靠pipeline中的Handler，ServerBootstrapAcceptor来完成。

// 调用pipeline中的不可覆盖方法fireChannelRead
pipeline.fireChannelRead(readBuf.get(i));

// 与之前的流程类似，从pipeline中的头handler开始传递事件
@Override
public final ChannelPipeline fireChannelRead(Object msg) {
    AbstractChannelHandlerContext.invokeChannelRead(head, msg);
    return this;
}

// 一个静态模板方法，掉用next的invokeChannelRead()方法
static void invokeChannelRead(final AbstractChannelHandlerContext next, Object msg) {
    final Object m = next.pipeline.touch(ObjectUtil.checkNotNull(msg, "msg"), next);
    EventExecutor executor = next.executor();
    if (executor.inEventLoop()) {
        next.invokeChannelRead(m);
    } else {
        executor.execute(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                next.invokeChannelRead(m);
            }
        });
    }
}

// 还是一个模板方法，用于真实执行hander的read事件处理方法
private void invokeChannelRead(Object msg) {
    if (invokeHandler()) {
        try {
          	// 触发handler的read事件，模板模式
            ((ChannelInboundHandler) handler()).channelRead(this, msg);
        } catch (Throwable t) {
            notifyHandlerException(t);
        }
    } else {
        fireChannelRead(msg);
    }
}

到这里，事件的往后续handler传递，都是调用上面的这个两个方法，来执行后续handler的相应read方法。此时pipeline中的handler有：

1) DefaultChannelPipeline$HeadContext

2) io.netty.handler.logging.LoggingHandler

3) io.netty.bootstrap.ServerBootstrap$ServerBootstrapAcceptor

4) DefaultChannelPipeline$TailContext

其中，head对read只是做简单的传递：

// DefaultChannelPipeline$HeadContext
@Override
public void channelRead(ChannelHandlerContext ctx, Object msg) {
    ctx.fireChannelRead(msg);
}

// AbstractChannelHandlerContext.java
@Override
public ChannelHandlerContext fireChannelRead(final Object msg) {
  	// 调用上面代码片段中的静态模板方法，实现事件传递
    invokeChannelRead(findContextInbound(MASK_CHANNEL_READ), msg);
    return this;
}

对LoggingHandler而言，简易打印日志，并往后传递事件：

// LoggingHandler.java
@Override
public void channelRead(ChannelHandlerContext ctx, Object msg) throws Exception {
    if (logger.isEnabled(internalLevel)) {
        logger.log(internalLevel, format(ctx, "READ", msg));
    }
    ctx.fireChannelRead(msg);
}

到ServerBootstrapAcceptor的read方法时，初始化便真正地开始了（此时的线程为bossGroup中的EventLoop）：

// ServerBootstrapAcceptor
@Override
@SuppressWarnings("unchecked")
public void channelRead(ChannelHandlerContext ctx, Object msg) {
    final Channel child = (Channel) msg;
		// 将ChannelInitializer添加到pipeline中，等执行完initial方法后，会被移除
    child.pipeline().addLast(childHandler);
		// 设置NioSocketChannel属性
    setChannelOptions(child, childOptions, logger);
    setAttributes(child, childAttrs);
		
    try {
      	// 将NioSocketChannel绑定到一个workGroup中的NioEventLoop上
        childGroup.register(child).addListener(new ChannelFutureListener() {
            @Override
            public void operationComplete(ChannelFuture future) throws Exception {
                if (!future.isSuccess()) {
                    forceClose(child, future.cause());
                }
            }
        });
    } catch (Throwable t) {
        forceClose(child, t);
    }
}

register的过程与服务端启动时的绑定类似，先选出一个EventLoop，选的时候，有两种方式，根据不同的线程数，使用不同的选择方式。然后经过辗转，来到对register0()的执行，这个方法时主要的register操作。但是此时的线程是bossGroup中的EventLoop，而register0()会在workGroup中的线程中执行。所以会先将task放入队列中，然后启动线程，并进入NioEventLoop的run()死循环方法，通过不断遍历是否有已监听事件以及执行队列中的任务，最终来执行该task。

// MultithreadEventLoopGroup.java
@Override
public ChannelFuture register(Channel channel) {
    return next().register(channel);
}

// SingleThreadEventLoop.java
@Override
public ChannelFuture register(Channel channel) {
    return register(new DefaultChannelPromise(channel, this));
}

@Override
public ChannelFuture register(final ChannelPromise promise) {
    ObjectUtil.checkNotNull(promise, "promise");
    promise.channel().unsafe().register(this, promise);
    return promise;
}

// AbstractChannel.java
@Override
public final void register(EventLoop eventLoop, final ChannelPromise promise) {
    // ...
    AbstractChannel.this.eventLoop = eventLoop;
  	// 此时的线程是bossGroup中的EventLoop，
  	// 此处的eventLoop则为上面分配的wordGroup中的线程。
    if (eventLoop.inEventLoop()) {
        register0(promise);
    } else {
      	// 所以会执行此方法，此时该eventLoop中的线程还未启动，会将此task放入队列中
      	// 然后会通过eventLoop.execute来启动线程，并进入NioEventLoop的run()方法
      	// 通过不断遍历是否有已监听事件以及执行队列中的任务，最终来执行该task。
        try {
            eventLoop.execute(new Runnable() {
                @Override
                public void run() {
                    register0(promise);
                }
            });
        }
      	// ...
    }
}

此时，线程切换到workGroup中的EventLoop。主要执行好几个操作：先调用jdk的api，注册selectionKey；再发布相应的事件；最后修改interestOps为OP_READ。

private void register0(ChannelPromise promise) {
    try {
        // ...
        boolean firstRegistration = neverRegistered;
      	// 调用jdk的api，注册selectionKey
        doRegister();
        neverRegistered = false;
        registered = true;

        // 处理ChannelInitializer，并移除掉它
        pipeline.invokeHandlerAddedIfNeeded();
				// 在服务端启动的时候，会以观察者模式调用操作完成的Listener
      	// doBind操作就是这样被封装到了其中，但处理客户端连接没有doBind操作
        safeSetSuccess(promise);
      	// 从pipeline的head开始传递registered事件
        pipeline.fireChannelRegistered();
        // 此时已经被激活
        if (isActive()) {
          	// 第一次进行register操作，被视为建立连接
            if (firstRegistration) {
              	// 与服务端类似，会在此处将监听的事件改为OP_READ
                pipeline.fireChannelActive();
            } else if (config().isAutoRead()) {
                // 真的有数据来了
                beginRead();
            }
        }
    }
  	// ...
}

调用jdk的api，注册selectionKey

// AbstractNioChannel.java
@Override
protected void doRegister() throws Exception {
    boolean selected = false;
    for (;;) {
        try {
          	// 监听的事件为0，attachment是channel自己
            selectionKey = javaChannel().register(eventLoop().unwrappedSelector(), 0, this);
            return;
        }
      	// ...
    }
}

对channle已激活的事件传递中，会将NioSocketChannel的interestOps修改为OP_READ。下面的代码是事件在pipeline中的传递，与上面的分析内容一致，在此不多赘述。

// DefaultChannelPipeline.java
@Override
public final ChannelPipeline fireChannelActive() {
    AbstractChannelHandlerContext.invokeChannelActive(head);
    return this;
}

// AbstractChannelHandlerContext.java
static void invokeChannelActive(final AbstractChannelHandlerContext next) {
    EventExecutor executor = next.executor();
    if (executor.inEventLoop()) {
        next.invokeChannelActive();
    } else {
        executor.execute(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                next.invokeChannelActive();
            }
        });
    }
}

private void invokeChannelActive() {
    if (invokeHandler()) {
        try {
            ((ChannelInboundHandler) handler()).channelActive(this);
        } catch (Throwable t) {
            notifyHandlerException(t);
        }
    } else {
        fireChannelActive();
    }
}

唯一有区别的是：pipeline中的head，即HeadContext对active事件的处理方式，多了一块对interestOps的处理：

// DefaultChannelPipeline.java $ HeadContext
@Override
public void channelActive(ChannelHandlerContext ctx) {
    ctx.fireChannelActive();
  	// 修改interestOps
    readIfIsAutoRead();
}

private void readIfIsAutoRead() {
    if (channel.config().isAutoRead()) {
        channel.read();
    }
}

这里会在pipeline中传递read事件，但是是从tail开始，可以直接跳到TailContext的read()方法中：

// AbstractChannel.java
@Override
public Channel read() {
    pipeline.read();
    return this;
}

// DefaultChannelPipeline.java
@Override
public final ChannelPipeline read() {
    tail.read();
    return this;
}

// AbstractChannelHandlerContext.java
@Override
public ChannelHandlerContext read() {
    final AbstractChannelHandlerContext next = findContextOutbound(MASK_READ);
    EventExecutor executor = next.executor();
    if (executor.inEventLoop()) {
        next.invokeRead();
    } else {
        Tasks tasks = next.invokeTasks;
        if (tasks == null) {
            next.invokeTasks = tasks = new Tasks(next);
        }
        executor.execute(tasks.invokeReadTask);
    }

    return this;
}

private void invokeRead() {
    if (invokeHandler()) {
        try {
            ((ChannelOutboundHandler) handler()).read(this);
        } catch (Throwable t) {
            notifyHandlerException(t);
        }
    } else {
        read();
    }
}

// DefaultChannelPipeline.java
@Override
public void read(ChannelHandlerContext ctx) {
    unsafe.beginRead();
}

此处便到了修改的interestOps的主要逻辑处：

// AbstractChannel.java
@Override
public final void beginRead() {
    assertEventLoop();

    if (!isActive()) {
        return;
    }

    try {
        doBeginRead();
    } catch (final Exception e) {
        invokeLater(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                pipeline.fireExceptionCaught(e);
            }
        });
        close(voidPromise());
    }
}

// AbstractNioChannel.java
@Override
protected void doBeginRead() throws Exception {
    // Channel.read() or ChannelHandlerContext.read() was called
    final SelectionKey selectionKey = this.selectionKey;
    if (!selectionKey.isValid()) {
        return;
    }

    readPending = true;

    final int interestOps = selectionKey.interestOps();
  	// 此时interestOps为0，所以if中的条件一定会成立
    if ((interestOps & readInterestOp) == 0) {
        selectionKey.interestOps(interestOps | readInterestOp);
    }
}

至此，对新建连接的处理基本完成。

一条肥鱼
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