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。

原文发布时间为：2018-06-8

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