Netty学习笔记（三）Netty的组件和设计

一、Channel、EventLoop和ChannelFuture

1、Channel接口

基本的 I/O 操作(bind()、connect()、read()和 write())依赖于底层网络传输所提供的原语，在Java的网络编程中主要使用Socket，而Netty的Channel接口所提供的 API通过对这些操作的封装大大地降低了直接使用Socket类的复杂性。此外，Channel也是拥有许多预定义的、专门化实现的广泛类层次结构的根，下面是一个简短的部分清单:

• EmbeddedChannel
• LocalServerChannel
• NioDatagramChannel
• NioSctpChannel
• NioSocketChannel

2、EventLoop接口

EventLoop 定义了 Netty 的核心抽象，用于处理连接的生命周期中所发生的事件，下图说明了Channel、EventLoop、Thread 以及 EventLoopGroup 之间的关系：

• 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

注意，在这种设计中，一个给定 Channel 的 I/O 操作都是由相同的 Thread 执行的，实际上消除了对于同步的需要。 

 3、ChannelFuture接口

我们知道Netty 中所有的 I/O 操作都是异步的。因为一个操作可能不会立即返回，所以我们需要一种用于在之后的某个时间点确定其结果的方法。为此，Netty 提供ChannelFuture接口，其addListener()方法注册了一个ChannelFutureListener，以 便在某个操作完成时(无论是否成功)得到通知。 

二、ChannelHandler和ChannelPipeline

1、ChannelHandler接口

从应用程序开发人员的角度来看，Netty 的主要组件是 ChannelHandler，它充当了所有处理入站和出站数据的应用程序逻辑的容器。这是可行的，因为 ChannelHandler的方法是由网络事件触发的。事实上，ChannelHandler 可专门用于几乎任何类型的动作，例如将数据从一种格式转换为另外一种格式，或者处理转换过程 中所抛出的异常。

2、ChannelPipeline接口

ChannelPipeline 提供了 ChannelHandler 链的容器，并定义了用于在该链上传播入站 和出站事件流的 API。当 Channel 被创建时，它会被自动地分配到它专属的 ChannelPipeline。ChannelHandler 安装到 ChannelPipeline 中的过程如下所示：

1. 一个ChannelInitializer的实现被注册到了ServerBootstrap中
2. 当 ChannelInitializer.initChannel()方法被调用时，ChannelInitializer将在 ChannelPipeline 中安装一组自定义的 ChannelHandler
3. ChannelInitializer 将它自己从 ChannelPipeline 中移除 

ChannelHandler 是专为支持广泛的用途而设计的，可以将它看作是处理往来 ChannelPipeline 事件(包括数据)的任何代码的通用容器，如下类关系图说明ChannelInBoundHandler和ChannelOutBoundHandler都由ChannelHandler派生出来。

使得事件流经 ChannelPipeline 是 ChannelHandler 的工作，它们是在应用程序的初始化或者引导阶段被安装的。这些对象接收事件、执行它们所实现的处理逻辑，并将数据传递给链中的下一个 ChannelHandler。它们的执行顺序是由它们被添加的顺序所决定的。实际上，被我们称为 ChannelPipeline 的是这些 ChannelHandler 的编排顺序。 

上图显示了入站和出站 ChannelHandler 可以被安装到同一个 ChannelPipeline 中。如果一个消息或者任何其他的入站事件被读取，那么它会从 ChannelPipeline 的头部开始流动，并被传递给第一个ChannelInboundHandler。在这之后，数据将会被传递给链中的下一个 ChannelInboundHandler。最终，数据将会到达 ChannelPipeline 的尾端，届时，所有处理就都结束了。

数据的出站运动(即正在被写的数据)在概念上也是一样的。在这种情况下，数据将从ChannelOutboundHandler链的尾端开始流动，直到它到达链的头部为止。在这之后，出站 数据将会到达网络传输层，这里显示为Socket。通常情况下，这将触发一个写操作。 

PS：如果将两个类别的 ChannelHandler 都混合添加到同一个 ChannelPipeline 中会发生什么？虽然 ChannelInboundHandle 和 ChannelOutboundHandle 都扩展自ChannelHandler，但是 Netty 能区分 ChannelInboundHandler 实现和 ChannelOutboundHandler 实现，并确保数据只会在具有相同定 向类型的两个 ChannelHandler 之间传递。 

三、引导

Netty的引导类为应用程序的网络层配置提供了容器，这涉及将一个进程绑定到某个指定的端口，或者将一个进程连接到另一个运行在某个指定主机的指定端口上的进程。因此，有两种类型的引导:一种用于客户端(简单地称为 Bootstrap)，而另一种 (ServerBootstrap)用于服务器。无论你的应用程序使用哪种协议或者处理哪种类型的数据， 唯一决定它使用哪种引导类的是它是作为一个客户端还是作为一个服务器。 

类别	Bootstrap	ServerBootstrap
作用	连接到远程主机和端口	绑定一个本地端口
EventLoopGroup数目	1	2

 

为什么引导一个客户端只需要一个 EventLoopGroup，但是一个 ServerBootstrap 则需要两个？

因为服务器需要两组不同的 Channel。第一组将只包含一个 ServerChannel，代表服务器自身的已绑定到某个本地端口的正在监听的套接字。而第二组将包含所有已创建的用来处理传入客户端连接(对于每个服务器已经接受的连接都有一个)的 Channel 。如下图：

与ServerChannel相关联的EventLoopGroup将分配一个负责为传入连接请求创建Channel的EventLoop。一旦连接被接受，第二个 EventLoopGroup 就会给它的Channel分配一个EventLoop。