Netty之Channel

我们知道netty中的ByteBuf组件主要是为了替代NIO中的ByteBuffer类而重新设计的，与此类似的还有一个组件：Channel。
Channel组件是为了替代Socket而重新设计的，Channel的接口所提供给我们的API，大大地降低了直接使用Socket时的复杂性。本篇文章，就让我们来了解下netty中的Channel组件。

什么是Channel

Netty中对Channel是这样定义的：

A nexus to a network socket or a component which is capable of I/O
operations such as read, write, connect, and bind.

简单来说Channel是与网络套接字相关的，一个具有诸如：读、写、连接、绑定等能力的组件。

通过Channel我们可以得到以下的数据：

一个Channel的当前状态，比如该通道是打开状态还是连接的状态
可以得到该Channel的ChannelConfig，并可以得到相关的配置信息
该Channel所支持的IO操作：读、写、连接或者绑定
与该Channel绑定的用来处理该Channel上所有的事件和请求的ChannelPipeline

我们知道netty高性能的关键之一是他的IO模型，对于netty来说所有的IO操作都是异步的，而这都得益于Channel中所有方法的执行都是异步的。一个IO请求来了之后是立即返回的并且不保证调用结束时该IO操作已经完成了，取而代之的是：一个IO请求来了之后，请求者会得到一个ChannelFuture的实例，该实例会在你的IO操作真正完成后(包括成功，失败，被取消)通知你，然后你就可以得到具体的IO操作的结果。
Channel是有层级关系的，一个Channel会有一个对应的parent，该parent也是一个Channel。并且根据Channel的创建不同，他的parent也会不一样。例如，一个SocketChannel连接上ServerSocketChannel之后，该SocketChannel的parent就会是该ServerSocketChannel。层次结构的语义取决于Channel使用了何种传输实现方式。比如我们可以重新定义一种Channel的实现，在该Channel上创建一个共享此通道的用来连接SSH的子通道。

PS: 需要特别注意的是，当你在一个Channel上完成了所有的操作之后，记得要调用close()方法来释放资源，这是非常有必要的。

Channel的接口定义

下面让我们来看下Channel接口中一些重要的方法定义：

ChannelId id();
EventLoop eventLoop();
Channel parent();
ChannelConfig config();

boolean isOpen();
boolean isRegistered();
boolean isActive();
boolean isWritable();

ChannelPipeline pipeline();
ByteBufAllocator alloc();

Channel read();
Channel flush();

// 以下方法继承自父接口
ChannelFuture bind(SocketAddress localAddress, ChannelPromise promise);
ChannelFuture connect(SocketAddress remoteAddress, SocketAddress localAddress, ChannelPromise promise);
ChannelFuture disconnect(ChannelPromise promise);
ChannelFuture close(ChannelPromise promise);
ChannelFuture deregister(ChannelPromise promise);
ChannelOutboundInvoker read();
ChannelFuture write(Object msg, ChannelPromise promise);
ChannelOutboundInvoker flush();
ChannelFuture writeAndFlush(Object msg, ChannelPromise promise);

id()方法将返回一个全局唯一的ChannelId，该ChannelId由以下规则构成：
1：服务器的Mac地址
2：当前的进程ID
3：System.currentTimeMillis()
4：System.nanoTime()
5：一个随机的32位整数
6：一个顺序增长的32位整数
eventLoop()方法将返回分配给该Channel的EventLoop，一个EventLoop就是一个线程，用来处理连接的生命周期中所发生的事件
parent()方法将返回该Channel的父Channel
config()方法将返回该Channel的ChannelConfig，ChannelConfig中包含了该Channel的所有配置设置，并且支持热更新
pipeline()方法将返回该Channel所对应的ChannelPipeline
alloc()方法将返回分配给该Channel的ByteBufAllocator，可以用来分配ByteBuf

除了以上这些方法外，Channel还继承了ChannelOutboundInvoker接口。该接口中的大部分方法返回值都是ChannelFuture(还有一部分方法的返回值是ChannelPromise)，这也证明了Channel的所有操作都是异步的说法。因为一个ChannelFuture就是一个异步方法执行结果的占位符。这个方法什么时候被执行可能取决于若干的因素，因此无法准确的预测。但是有一点可以肯定的是他将会被执行，并且所有关联在同一个Channel上的操作都被保证将以他们被调用的顺序被执行。

Channel的使用示例

Channel被设计为线程安全的，因此我们可以将得到的Channel的引用存储起来，当需要往远程节点写数据时，从存储的地方获取到该Channel然后直接使用就可以了。下面列举一个从多个线程中往一个Channel中写数据的例子，代码如下：

public void writingToChannelFromManyThreads() {
    // 从其他地方得到一个Channel
    final Channel channel = CHANNEL_FROM_SOMEWHERE; // Get the channel reference from somewhere
    //创建持有要写数据的ByteBuf
    final ByteBuf buf = Unpooled.copiedBuffer("your data",CharsetUtil.UTF_8);
    //创建将数据写到Channel的Runnable
    Runnable writer = new Runnable() {
        @Override
        public void run() {
            channel.write(buf.duplicate());
        }
    };
    //获取到线程池Executor的引用
    Executor executor = Executors.newCachedThreadPool();
<span class="hljs-comment">//递交写任务给线程池以便在某个线程中执行</span>
<span class="hljs-comment">// write in one thread</span>
executor.execute(writer);

<span class="hljs-comment">//递交另一个写任务以便在另一个线程中执行</span>
<span class="hljs-comment">// write in another thread</span>
executor.execute(writer);
<span class="hljs-comment">//省略其他的操作...</span>

}

从上面的例子中我们可以看出，对于多线程的操作而言，Channel天生是线程安全的。不必担心写的数据会发出错乱或者其他的问题。

另外，Channel的所有IO操作都是异步的，通过为ChannelFuture添加一个ChannelFutureListener，便可以在该操作完成之后得到通知，一个示例代码如下：

public void writingToChannel() {
    Channel channel = CHANNEL_FROM_SOMEWHERE; // Get the channel reference from somewhere
    //创建持有要写数据的 ByteBuf
    ByteBuf buf = Unpooled.copiedBuffer("your data",CharsetUtil.UTF_8);
    //执行writeAndFlush会理解得到一个ChannelFuture
    ChannelFuture future = channel.writeAndFlush(buf);
    //添加ChannelFutureListener以便在写操作完成后接收通知
    future.addListener(new ChannelFutureListener() {
        @Override
        public void operationComplete(ChannelFuture future) {
            //写操作完成，并且没有错误发生
            if (future.isSuccess()) {
                System.out.println("Write successful");
            } else {
                //记录错误
                System.err.println("Write error");
                future.cause().printStackTrace();
            }
        }
    });
    //Channel写完数据后会紧接着执行后面的代码，并不会阻塞后面的代码
    doOtherThings();
}

总结

以上，我们就对Channel有了一个大概的了解，总结一下可以得到以下几点结论：

一个Channel就相当于一个Socket
Channel拥有以下一些IO操作的能力，包括连接，绑定，断开，读写数据等
Channel中的所有方法都是异步的，方法执行的返回值是一个ChannelFuture
ChannelFuture可以通过添加Listener的方式在方法执行完毕的时候通知方法的调用者
Channel被设计为线程安全的，我们不必担心线程安全的问题，并且可以将Channel的引用保存起来，以便后面使用。

什么是Channel

Channel的接口定义

Channel的使用示例

总结

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