高性能网络通信框架Netty-Netty客户端底层与Java NIO对应关系
5.1 Netty客户端底层与Java NIO对应关系
在讲解Netty客户端程序时候我们提到指定NioSocketChannel用于创建客户端NIO套接字通道的实例，下面我们来看NioSocketChannel是如何创建一个Java NIO里面的SocketChannel的。
首先我们来看NioSocketChannel的构造函数：
public NioSocketChannel() {
this(DEFAULT_SELECTOR_PROVIDER);
}
其中DEFAULT_SELECTOR_PROVIDER定义如下：
private static final SelectorProvider DEFAULT_SELECTOR_PROVIDER = SelectorProvider.provider();
然后继续看
//这里的provider为DEFAULT_SELECTOR_PROVIDER
public NioSocketChannel(SelectorProvider provider) {
this(newSocket(provider));
}
其中newSocket代码如下：
private static SocketChannel newSocket(SelectorProvider provider) {
try {
return provider.openSocketChannel();
} catch (IOException e) {
throw new ChannelException("Failed to open a socket.", e);
}
}
所以NioSocketChannel内部是管理一个客户端的SocketChannel的，这个SocketChannel就是讲Java NIO时候的SocketChannel,也就是创建NioSocketChannel实例对象时候相当于执行了Java NIO中：
SocketChannel socketChannel = SocketChannel.open();
另外在NioSocketChannel的父类AbstractNioChannel的构造函数里面默认会记录队op_read事件感兴趣，这个后面当链接完成后会使用到：
protected AbstractNioByteChannel(Channel parent, SelectableChannel ch) {
super(parent, ch, SelectionKey.OP_READ);
}
另外在NioSocketChannel的父类AbstractNioChannel的构造函数里面设置了该套接字为非阻塞的
protected AbstractNioChannel(Channel parent, SelectableChannel ch, int readInterestOp) {
super(parent);
this.ch = ch;
this.readInterestOp = readInterestOp;
try {
ch.configureBlocking(false);
} catch (IOException e) {
...
}
}
下面我们看Netty里面是哪里创建的NioSocketChannel实例，哪里注册到选择器的。
下面我们看下Bootstrap的connect操作代码：
public ChannelFuture connect(InetAddress inetHost, int inetPort) {
return connect(new InetSocketAddress(inetHost, inetPort));
}
类似Java NIO传递了一个InetSocketAddress对象用来记录服务端ip和端口：
public ChannelFuture connect(SocketAddress remoteAddress) {
...
return doResolveAndConnect(remoteAddress, config.localAddress());
}
下面我们看下doResolveAndConnect的代码：
private ChannelFuture doResolveAndConnect(final SocketAddress remoteAddress, final SocketAddress localAddress) {
//(1)
final ChannelFuture regFuture = initAndRegister();
final Channel channel = regFuture.channel();
if (regFuture.isDone()) {
if (!regFuture.isSuccess()) {
return regFuture;
}
//(2)
return doResolveAndConnect0(channel, remoteAddress, localAddress, channel.newPromise());
}
...
}
}
首先我们来看代码（1）initAndRegister：
final ChannelFuture initAndRegister() {
Channel channel = null;
try {
//(1.1)
channel = channelFactory.newChannel();
//(1.2)
init(channel);
} catch (Throwable t) {
...
}
//(1.3)
ChannelFuture regFuture = config().group().register(channel);
if (regFuture.cause() != null) {
if (channel.isRegistered()) {
channel.close();
} else {
channel.unsafe().closeForcibly();
}
}
}
其中（1.1）作用就是创建一个NioSocketChannel的实例，代码（1.2）是具体设置内部套接字的选项的。
代码（1.3)则是具体注册客户端套接字到选择器的，其首先会调用NioEventLoop的register方法，最后调用NioSocketChannelUnsafe的register方法：
public final void register(EventLoop eventLoop, final ChannelPromise promise) {
...
AbstractChannel.this.eventLoop = eventLoop;
if (eventLoop.inEventLoop()) {
register0(promise);
} else {
try {
eventLoop.execute(new Runnable() {
@Override
public void run() {
register0(promise);
}
});
} catch (Throwable t) {
...
}
}
}
其中 register0内部调用doRegister，其代码如下：
protected void doRegister() throws Exception {
boolean selected = false;
for (;;) {
try {
//注册客户端socket到当前eventloop的selector上
selectionKey = javaChannel().register(eventLoop().unwrappedSelector(), 0, this);
return;
} catch (CancelledKeyException e) {
...
}
}
}
到这里代码（1）initAndRegister的流程讲解完毕了，下面我们来看代码（2）的
public final void connect(
final SocketAddress remoteAddress, final SocketAddress localAddress, final ChannelPromise promise) {
...
try {
...
boolean wasActive = isActive();
if (doConnect(remoteAddress, localAddress)) {
fulfillConnectPromise(promise, wasActive);
} else {
。。。
}
} catch (Throwable t) {
...
}
}
其中doConnect代码如下：
protected boolean doConnect(SocketAddress remoteAddress, SocketAddress localAddress) throws Exception {
...
boolean success = false;
try {
//2.1
boolean connected = SocketUtils.connect(javaChannel(), remoteAddress);
//2.2
if (!connected) {
selectionKey().interestOps(SelectionKey.OP_CONNECT);
}
success = true;
return connected;
} finally {
if (!success) {
doClose();
}
}
}
其中2.1具体调用客户端套接字的connect方法，等价于Java NIO里面的。
代码2.2 由于connect 方法是异步的，所以类似JavaNIO调用connect方法进行判断，如果当前没有完成链接则设置对op_connect感兴趣。
最后一个点就是何处进行的从选择器获取就绪的事件的,具体是在该客户端套接关联的NioEventLoop里面的做的，每个NioEventLoop里面有一个线程用来循环从选择器里面获取就绪的事件，然后进行处理：
protected void run() {
for (;;) {
try {
...
select(wakenUp.getAndSet(false));
...
processSelectedKeys();
...
} catch (Throwable t) {
handleLoopException(t);
}
...
}
}
其中select代码如下：
private void select(boolean oldWakenUp) throws IOException {
Selector selector = this.selector;
try {
...
for (;;) {
...
int selectedKeys = selector.select(timeoutMillis);
selectCnt ++;
...
} catch (CancelledKeyException e) {
...
}
}
可知会从选择器选取就绪的事件，其中processSelectedKeys代码如下：
private void processSelectedKeys() {
...
processSelectedKeysPlain(selector.selectedKeys());
...
}
可知会获取已经就绪的事件集合，然后交给processSelectedKeysPlain处理，后者循环调用processSelectedKey具体处理每个事件，代码如下：
private void processSelectedKey(SelectionKey k, AbstractNioChannel ch) {
...
try {
//(3)如果是op_connect事件
int readyOps = k.readyOps();
if ((readyOps & SelectionKey.OP_CONNECT) != 0) {
int ops = k.interestOps();
ops &= ~SelectionKey.OP_CONNECT;
k.interestOps(ops);
//3.1
unsafe.finishConnect();
}
//4
if ((readyOps & SelectionKey.OP_WRITE) != 0) {
ch.unsafe().forceFlush();
}
//5
if ((readyOps & (SelectionKey.OP_READ | SelectionKey.OP_ACCEPT)) != 0 || readyOps == 0) {
unsafe.read();
}
} catch (CancelledKeyException ignored) {
unsafe.close(unsafe.voidPromise());
}
}
代码（3）如果当前事件key为op_connect则去掉op_connect，然后调用NioSocketChannel的doFinishConnect：
protected void doFinishConnect() throws Exception {
if (!javaChannel().finishConnect()) {
throw new Error();
}
}
可知是调用了客户端套接字的finishConnect方法，最后会调用NioSocketChannel的doBeginRead方法设置对op_read事件感兴趣：
protected void doBeginRead() throws Exception {
...
final int interestOps = selectionKey.interestOps();
if ((interestOps & readInterestOp) == 0) {
selectionKey.interestOps(interestOps | readInterestOp);
}
}
这里interestOps为op_read,上面在讲解NioSocketChannel的构造函数时候提到过。
代码（5）如果当前是op_accept事件说明是服务器监听套接字获取到了一个链接套接字，如果是op_read,则说明可以读取客户端发来的数据了，如果是后者则会激活管线里面的所有handler的channelRead方法，这里会激活我们自定义的NettyClientHandler的channelRead读取客户端发来的数据，然后在向客户端写入数据。
5.2 总结
本节讲解了Netty客户端底层如何使用Java NIO进行实现的，可见与我们前面讲解的Java NIO设计的客户端代码步骤是一致的，只是netty对其进行了封装，方便了我们使用，了解了这些对深入研究netty源码提供了一个骨架指导。
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