Netty学习之核心组件(EventLoop、EventLoopGroup)

一、EventLoop、EventLoopGroup概述

　　由下图所示，NioEventLop是EventLoop的一个具体实现，EventLoop是EventLoopGroup的一个属性，NioEventLoopGroup是EventLoopGroup的具体实现，都是基于ExecutorService进行的线程池管理，因此EventLoop、EventLoopGroup组件的核心作用就是进行Selector的维护以及线程池的维护。

　　其中EventLoop进行的是Selector的维护，如下图左；EventLoopGroup用于线程组维护，并发控制，任务处理，如下图右。

　　关于EventLoop以及EventLoopGroup的映射关系为：

一个EventLoopGroup 包含一个或者多个EventLoop；
一个EventLoop 在它的生命周期内只和一个Thread 绑定；
所有由EventLoop 处理的I/O 事件都将在它专有的Thread 上被处理；
一个Channel 在它的生命周期内只注册于一个EventLoop；
一个EventLoop 可能会被分配给一个或多个Channel。

　　Channel 为Netty 网络操作抽象类，EventLoop 主要是为Channel 处理 I/O 操作，两者配合参与 I/O 操作。当一个连接到达时，Netty 就会注册一个 Channel，然后从 EventLoopGroup 中分配一个 EventLoop 绑定到这个Channel上，在该Channel的整个生命周期中都是有这个绑定的 EventLoop 来服务的。

二、NioEventLoopGroup实现

　　NioEventLoopGroup对象可以理解为一个线程池，内部维护了一组线程，每个线程负责处理多个Channel上的事件，而一个Channel只对应于一个线程，这样可以回避多线程下的数据同步问题。如下代码

　　　　　// 服务器端应用程序使用两个NioEventLoopGroup创建两个EventLoop的组，EventLoop这个相当于一个处理线程，是Netty接收请求和处理IO请求的线程。
        // 主线程组, 用于接受客户端的连接，但是不做任何处理，跟老板一样，不做事
        EventLoopGroup bossGroup = new NioEventLoopGroup();
        // 从线程组, 当boss接受连接并注册被接受的连接到worker时，处理被接受连接的流量。
        EventLoopGroup workerGroup = new NioEventLoopGroup();

　　其职责如下:

作为服务端 Acceptor 线程，负责处理客户端的请求接入。
作为客户端 Connector 线程，负责注册监听连接操作位，用于判断异步连接结果。
作为 IO 线程，监听网络读操作位，负责从 SocketChannel 中读取报文。
作为 IO 线程，负责向 SocketChannel 写入报文发送给对方，如果发生写半包，会自动注册监听写事件，用于后续继续发送半包数据，直到数据全部发送完成。
作为定时任务线程，可以执行定时任务，例如链路空闲检测和发送心跳消息等。
作为线程执行器可以执行普通的任务线程（Runnable）。

　　上面的代码创建bossGroup及workerGroup时，使用了NioEventLoopGroup的无参构造方法，因此我们查看下NioEventLoopGroup的具体实现：

    /**
     * 1、首先我们看看NioEventLoopGroup的无参构造方法：
     * 作用:线程数为0
     */
    public NioEventLoopGroup() {
        this(0);
    }

    /**
     * 2、继续调用构造函数。
     * 作用:指定线程为0，且Executor为null
     */
    public NioEventLoopGroup(int nThreads) {
        this(nThreads, (Executor) null);
    }

    /**
     * 3、继续调用构造函数
     * 作用:此构造方法它会指定selector的辅助类 "SelectorProvider.provider()"
     */
    public NioEventLoopGroup(int nThreads, Executor executor) {
        this(nThreads, executor, SelectorProvider.provider());
    }

    /**
     * 4、继续调用构造函数
     * 作用:初始化了一个默认的选择策略工厂，用于生成select策略
     */
    public NioEventLoopGroup(int nThreads, Executor executor, final SelectorProvider selectorProvider) {
        this(nThreads, executor, selectorProvider, DefaultSelectStrategyFactory.INSTANCE);
    }

    /**
     * 5、继续调用构造函数
     * 作用:指定拒绝策略:RejectedExecutionHandlers.reject()
     */
    public NioEventLoopGroup(int nThreads, Executor executor, final SelectorProvider selectorProvider,final SelectStrategyFactory selectStrategyFactory) {
        super(nThreads, executor, selectorProvider, selectStrategyFactory, RejectedExecutionHandlers.reject());
    }

　　经过上面一系列的构造方法调用，此时参数值对应如下：

nThreads： 0
executor： null
selectorProvider: SelectorProvider.provider()
selectStrategyFactory: DefaultSelectStrategyFactory.INSTANCE
以及指定了拒绝策略: RejectedExecutionHandlers.reject()

　　继续分析剩余代码：

    /**
     * 6、从这里开始 调用父类 MultithreadEventLoopGroup 的构造函数
     * 作用: 就是当指定的线程数为0时，使用默认的线程数DEFAULT_EVENT_LOOP_THREADS，
     *      而DEFAULT_EVENT_LOOP_THREAD是在静态代码块中就被执行。
     */
    protected MultithreadEventLoopGroup(int nThreads, Executor executor, Object... args) {
        super(nThreads == 0 ? DEFAULT_EVENT_LOOP_THREADS : nThreads, executor, args);
    }

    /**
     * 6.1 我们看下静态代码块
     * 作用:到这一步得出关键的一点:`如果初始化NioEventLoopGroup未指定线程数，默认是CPU核心数*2`。
     */
    private static final int DEFAULT_EVENT_LOOP_THREADS;

    static {
        DEFAULT_EVENT_LOOP_THREADS = Math.max(1, SystemPropertyUtil.getInt(
                "io.netty.eventLoopThreads", NettyRuntime.availableProcessors() * 2))
    }

    /**
     * 7、继续调用父类 MultithreadEventLoopGroup 构造函数
     * 作用:指定了一个EventExecutor的选择工厂DefaultEventExecutorChooserFactory，
     *      此工厂主要是用于选择下一个可用的EventExecutor
     */
    protected MultithreadEventExecutorGroup(int nThreads, Executor executor, Object... args) {
        this(nThreads, executor, DefaultEventExecutorChooserFactory.INSTANCE, args);
    }

    /**
     * 8、继续调用父类 MultithreadEventLoopGroup 构造函数 这里就是核心代码 删除部分非核心代码
     *    作用单独分析
     */
    protected MultithreadEventExecutorGroup(int nThreads, Executor executor, EventExecutorChooserFactory chooserFactory, Object... args) {

        //1、
        //executor校验非空, 如果为空就创建ThreadPerTaskExecutor, 该类实现了 Executor接口
        // 这个executor 是用来执行线程池中的所有的线程，也就是所有的NioEventLoop，其实从
        //NioEventLoop构造器中也可以知道，NioEventLoop构造器中都传入了executor这个参数。
        if (executor == null) {
            executor = new ThreadPerTaskExecutor(newDefaultThreadFactory());
        }

        //2、
        //这里的children数组， 其实就是线程池的核心实现，线程池中就是通过指定的线程数组来实现线程池；
        //数组中每个元素其实就是一个EventLoop，EventLoop是EventExecutor的子接口。
        children = new EventExecutor[nThreads];

        //for循环实例化children数组，NioEventLoop对象
        for (int i = 0; i < nThreads; i++) {
            boolean success = false;

            //3、
            //newChild(executor, args) 函数在NioEventLoopGroup类中实现了,
            // 实质就是就是存入了一个 NIOEventLoop类实例
            children[i] = newChild(executor, args);
            success = true;
        }

        //4、实例化线程工厂执行器选择器: 根据children获取选择器
        chooser = chooserFactory.newChooser(children);

        //5、为每个EventLoop线程添加 线程终止监听器
        final FutureListener<Object> terminationListener = new FutureListener<Object>() {
            @Override
            public void operationComplete(Future<Object> future) throws Exception {
                if (terminatedChildren.incrementAndGet() == children.length) {
                    terminationFuture.setSuccess(null);
                }
            }
        };

        //6、将children 添加到对应的set集合中去重， 表示只可读。
        Set<EventExecutor> childrenSet = new LinkedHashSet<EventExecutor>(children.length);
        Collections.addAll(childrenSet, children);
        readonlyChildren = Collections.unmodifiableSet(childrenSet);
    }
}

/**
 * 8.3.1 我们再来看下 newChild(executor, args) 里的方法
 * 我们可以看到 返回的就是一个 NioEventLoop
 */
@Override
protected EventLoop newChild(Executor executor, Object... args) throws Exception {
    return new NioEventLoop(this, executor, (SelectorProvider) args[0],
            ((SelectStrategyFactory) args[1]).newSelectStrategy(), (RejectedExecutionHandler) args[2]);
}

　　总结以上：

1. NioEventLoopGroup初始化时未指定线程数，那么会使用默认线程数，即 `线程数 = CPU核心数 * 2`；
2. 每个NioEventLoopGroup对象内部都有一组可执行的`NioEventLoop数组`，其大小是 nThreads, 这样就构成了一个线程池， `一个NIOEventLoop可以理解成就是一个线程`。
3. 所有的NIOEventLoop线程是使用相同的 executor、SelectorProvider、SelectStrategyFactory、RejectedExecutionHandler以及是属于某一个
    NIOEventLoopGroup的。这一点从 newChild(executor, args); 方法就可以看出：newChild()的实现是在NIOEventLoopGroup中实现的。
4. 当有IO事件来时，需要从线程池中选择一个线程出来执行，这时候的NioEventLoop选择策略是由GenericEventExecutorChooser实现的，并调用该类的next()方法。
5. 每个NioEventLoopGroup对象都有一个NioEventLoop选择器与之对应，其会根据NioEventLoop的个数，动态选择chooser（如果是2的幂次方，则按位运算，否则使用普通的轮询）

　　综上所述，得出NioEventLoopGroup主要功能就是为了创建一定数量的NioEventLoop，而真正的重点就在NioEventLoop中，它是整个netty线程执行的关键。