Netty服务端启动源码是什么

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一、从EchoServer示例入手

Netty服务端启动源码是什么

示例从哪里来？任何开源框架都会有自己的示例代码，Netty源码也不例外，如模块netty-example中就包括了最常见的EchoServer示例，下面通过这个示例进入服务端启动流程篇章。

public final class EchoServer {

    static final boolean SSL = System.getProperty("ssl") != null;
    static final int PORT = Integer.parseInt(System.getProperty("port", "8007"));

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        // Configure SSL.
        final SslContext sslCtx;
        if (SSL) {
            SelfSignedCertificate ssc = new SelfSignedCertificate();
            sslCtx = SslContextBuilder.forServer(ssc.certificate(), ssc.privateKey()).build();
        } else {
            sslCtx = null;
        }

        // 1. 声明Main-Sub Reactor模式线程池:EventLoopGroup
        // Configure the server.
        EventLoopGroup bossGroup = new NioEventLoopGroup(1);
        EventLoopGroup workerGroup = new NioEventLoopGroup();
        // 创建 EchoServerHandler 对象
        final EchoServerHandler serverHandler = new EchoServerHandler();
        try {
            // 2. 声明服务端启动引导器,并设置相关属性
            ServerBootstrap b = new ServerBootstrap();
            b.group(bossGroup, workerGroup)
             .channel(NioServerSocketChannel.class)
             .option(ChannelOption.SO_BACKLOG, 100)
             .handler(new LoggingHandler(LogLevel.INFO))
             .childHandler(new ChannelInitializer() {
                 @Override
                 public void initChannel(SocketChannel ch) throws Exception {
                     ChannelPipeline p = ch.pipeline();
                     if (sslCtx != null) {
                         p.addLast(sslCtx.newHandler(ch.alloc()));
                     }
                     //p.addLast(new LoggingHandler(LogLevel.INFO));
                     p.addLast(serverHandler);
                 }
             });

            // 3. 绑定端口即启动服务端，并同步等待
            // Start the server.
            ChannelFuture f = b.bind(PORT).sync();

            // 4. 监听服务端关闭，并阻塞等待
            // Wait until the server socket is closed.
            f.channel().closeFuture().sync();
        } finally {
            // 5. 优雅地关闭两个EventLoopGroup线程池 
            // Shut down all event loops to terminate all threads.
            bossGroup.shutdownGracefully();
            workerGroup.shutdownGracefully();
        }
    }
}

[代码行18、19]声明Main-Sub Reactor模式线程池:EventLoopGroup

创建两个 EventLoopGroup 对象。其中，bossGroup用于服务端接受客户端的连接，workerGroup用于进行客户端的 SocketChannel 的数据读写。

(关于EventLoopGroup不是本文重点所以在后续文章中进行分析)

[代码行23-39]声明服务端启动引导器,并设置相关属性

AbstractBootstrap是一个帮助类，通过方法链（method chaining）的方式，提供了一个简单易用的方式来配置启动一个Channel。io.netty.bootstrap.ServerBootstrap ，实现 AbstractBootstrap 抽象类，用于 Server 的启动器实现类。io.netty.bootstrap.Bootstrap ，实现 AbstractBootstrap 抽象类，用于 Client 的启动器实现类。如下类图所示：

![AbstractBootstrap类继承.png](//p3-juejin.byteimg.com/tos-cn-i-k3u1fbpfcp/d877706356d4427a9afd4b13d7177142~tplv-k3u1fbpfcp-zoom-1.image)

(在EchoServer示例代码中，我们看到 ServerBootstrap 的 group、channel、option、childHandler 等属性链式设置都放到关于AbstractBootstrap体系代码中详细介绍。)

[代码行43]绑定端口即启动服务端，并同步等待

先调用 #bind(int port) 方法，绑定端口，后调用 ChannelFuture#sync() 方法，阻塞等待成功。对于bind操作就是本文要详细介绍的"服务端启动流程"。

[代码行47]监听服务端关闭，并阻塞等待

先调用 #closeFuture() 方法，监听服务器关闭，后调用 ChannelFuture#sync() 方法，阻塞等待成功。注意，此处不是关闭服务器，而是channel的监听关闭。

[代码行51、52]优雅地关闭两个EventLoopGroup线程池

finally代码块中执行说明服务端将最终关闭，所以调用 EventLoopGroup#shutdownGracefully() 方法，分别关闭两个EventLoopGroup对象，终止所有线程。

二、服务启动过程

在服务启动过程的源码分析之前，这里回顾一下我们在通过JDK NIO编程在服务端启动初始的代码：

 serverSocketChannel = ServerSocketChannel.open();
 serverSocketChannel.configureBlocking(false);
 serverSocketChannel.socket().bind(new InetSocketAddress(port), 1024);
 selector = Selector.open();
 serverSocketChannel.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT);

这5行代码标示一个最为熟悉的过程：

打开serverSocketChannel
配置非阻塞模式
为channel的socket绑定监听端口
创建Selector
将serverSocketChannel注册到 selector

后面等分析完Netty的启动过程后，会对这些步骤有一个新的认识。在EchoServer示例中，进入 #bind(int port) 方法，AbstractBootstrap#bind()其实有多个方法，方便不同地址参数的传递，实际调用的方法是AbstractBootstrap#doBind(final SocketAddress localAddress) 方法，代码如下：

private ChannelFuture doBind(final SocketAddress localAddress) {
        final ChannelFuture regFuture = initAndRegister();
        final Channel channel = regFuture.channel();
        if (regFuture.cause() != null) {
            return regFuture;
        }

        if (regFuture.isDone()) {
            // At this point we know that the registration was complete and successful.
            ChannelPromise promise = channel.newPromise();
            doBind0(regFuture, channel, localAddress, promise);
            return promise;
        } else {
            // Registration future is almost always fulfilled already, but just in case it's not.
            final PendingRegistrationPromise promise = new PendingRegistrationPromise(channel);
            regFuture.addListener(new ChannelFutureListener() {
                @Override
                public void operationComplete(ChannelFuture future) throws Exception {
                    Throwable cause = future.cause();
                    if (cause != null) {
                        // Registration on the EventLoop failed so fail the ChannelPromise directly to not cause an
                        // IllegalStateException once we try to access the EventLoop of the Channel.
                        promise.setFailure(cause);
                    } else {
                        // Registration was successful, so set the correct executor to use.
                        // See https://github.com/netty/netty/issues/2586
                        promise.registered();

                        doBind0(regFuture, channel, localAddress, promise);
                    }
                }
            });
            return promise;
        }
}

[代码行2] ：调用 #initAndRegister() 方法，初始化并注册一个 Channel 对象。因为注册是异步的过程，所以返回一个 ChannelFuture 对象。详细解析，见「initAndRegister()」。
[代码行4-6]]：若发生异常，直接进行返回。
[代码行9-34]：因为注册是异步的过程，有可能已完成，有可能未完成。所以实现代码分成了【第 10 至 14 行】和【第 15 至 36 行】分别处理已完成和未完成的情况。

核心在[第 11 、29行]，调用 #doBind0(final ChannelFuture regFuture, final Channel channel, final SocketAddress localAddress, final ChannelPromise promise) 方法，绑定 Channel 的端口，并注册 Channel 到 SelectionKey 中。
如果异步注册对应的 ChanelFuture 未完成，则调用 ChannelFuture#addListener(ChannelFutureListener) 方法，添加监听器，在注册完成后，进行回调执行 #doBind0(...) 方法的逻辑。

通过doBind方法可以知道服务端启动流程大致如下几个步骤：

Netty服务端启动源码是什么

1. 创建Channel

Netty服务端启动源码是什么

从#doBind(final SocketAddress localAddress)进入到initAndRegister():

 final ChannelFuture initAndRegister() {
     Channel channel = null;
     try {
         channel = channelFactory.newChannel();
         init(channel);
     } catch (Throwable t) {
         if (channel != null) {
             // channel can be null if newChannel crashed (eg SocketException("too many open files"))
             channel.unsafe().closeForcibly();
             // as the Channel is not registered yet we need to force the usage of the GlobalEventExecutor
             return new DefaultChannelPromise(channel, GlobalEventExecutor.INSTANCE).setFailure(t);
         }
         // as the Channel is not registered yet we need to force the usage of the GlobalEventExecutor
         return new DefaultChannelPromise(new FailedChannel(), GlobalEventExecutor.INSTANCE).setFailure(t);
     }

     ChannelFuture regFuture = config().group().register(channel);
     if (regFuture.cause() != null) {
         if (channel.isRegistered()) {
             channel.close();
         } else {
             channel.unsafe().closeForcibly();
         }
     }

     return regFuture;
}

[代码行4]调用 ChannelFactory#newChannel() 方法，创建Channel对象。 ChannelFactory类继承如下：

Netty服务端启动源码是什么

可以在ChannelFactory注释看到@deprecated Use {@link io.netty.channel.ChannelFactory} instead.，这里只是包名的调整，对于继承结构不变。netty默认使用ReflectiveChannelFactory，我们可以看到重载方法：

@Override
public T newChannel() {
    try {
        return constructor.newInstance();
    } catch (Throwable t) {
        throw new ChannelException("Unable to create Channel from class " + constructor.getDeclaringClass(), t);
    }
}

很明显，正如其名是通过反射机制构造Channel对象实例的。constructor是在其构造方法初始化的：this.constructor = clazz.getConstructor();这个clazz按理说应该是我们要创建的Channel的Class对象。那Class对象是什么呢？我们接着看channelFactory是怎么初始化的。

首先在AbstractBootstrap找到如下代码：

@Deprecated
public B channelFactory(ChannelFactory channelFactory) {
    ObjectUtil.checkNotNull(channelFactory, "channelFactory");
    if (this.channelFactory != null) {
        throw new IllegalStateException("channelFactory set already");
    }

    this.channelFactory = channelFactory;
    return self();
}

调用这个方法的递推向上看到：

public B channel(Class channelClass) {
    return channelFactory(new ReflectiveChannelFactory(
        ObjectUtil.checkNotNull(channelClass, "channelClass")
    ));
}

这个方法正是在EchoServer中ServerBootstrap链式设置时调用.channel(NioServerSocketChannel.class)的方法。我们看到，channelClass就是NioServerSocketChannel.class，channelFactory也是以ReflectiveChannelFactory作为具体实例，并且将NioServerSocketChannel.class作为构造参数传递初始化的，所以这回答了反射机制构造的是io.netty.channel.socket.nio.NioServerSocketChannel对象。

继续看NioServerSocketChannel构造方法逻辑做了什么事情，看之前先给出NioServerSocketChannel类继承关系：

Netty服务端启动源码是什么

NioServerSocketChannel与NioSocketChannel分别对应服务端和客户端，公共父类都是AbstractNioChannel和AbstractChannel，下面介绍创建过程可以参照这个Channel类继承图。进入NioServerSocketChannel构造方法：

/**
  * Create a new instance
  */
public NioServerSocketChannel() {
    this(newSocket(DEFAULT_SELECTOR_PROVIDER));
}

点击newSocket进去：

private static ServerSocketChannel newSocket(SelectorProvider provider) {
    try {
        /**
          *  Use the {@link SelectorProvider} to open {@link SocketChannel} and so remove condition in
          *  {@link SelectorProvider#provider()} which is called by each ServerSocketChannel.open() otherwise.
          *
          *  See #2308.
          */
        return provider.openServerSocketChannel();
    } catch (IOException e) {
        throw new ChannelException(
            "Failed to open a server socket.", e);
    }
}

以上传进来的provider是DEFAULT_SELECTOR_PROVIDER即默认的java.nio.channels.spi.SelectorProvider，[代码行9]就是熟悉的jdk nio创建ServerSocketChannel。这样newSocket(DEFAULT_SELECTOR_PROVIDER)就返回了结果ServerSocketChannel，回到NioServerSocketChannel()#this()点进去：

/**
  * Create a new instance using the given {@link ServerSocketChannel}.
  */
public NioServerSocketChannel(ServerSocketChannel channel) {
    super(null, channel, SelectionKey.OP_ACCEPT);
    config = new NioServerSocketChannelConfig(this, javaChannel().socket());
}

以上super代表父类AbstractNioMessageChannel构造方法，点进去看到：

 /**
   * @see AbstractNioChannel#AbstractNioChannel(Channel, SelectableChannel, int)
   */
protected AbstractNioMessageChannel(Channel parent, SelectableChannel ch, int readInterestOp) {
    super(parent, ch, readInterestOp);
}

以上super代表父类AbstractNioChannel构造方法，点进去看到：

 protected AbstractNioChannel(Channel parent, SelectableChannel ch, int readInterestOp) {
     super(parent);
     this.ch = ch;
     this.readInterestOp = readInterestOp;
     try {
         ch.configureBlocking(false);
     } catch (IOException e) {
         try {
             ch.close();
         } catch (IOException e2) {
             if (logger.isWarnEnabled()) {
                 logger.warn("Failed to close a partially initialized socket.", e2);
             }
         }

         throw new ChannelException("Failed to enter non-blocking mode.", e);
     }
}

以上[代码行3]将ServerSocketChannel保存到了AbstractNioChannel#ch成员变量，在上面提到的NioServerSocketChannel构造方法的[代码行6]javaChannel()拿到的就是ch保存的ServerSocketChannel变量。

以上[代码行6]就是熟悉的jdk nio编程设置ServerSocketChannel非阻塞方式。这里还有super父类构造方法，点击进去看到：

 protected AbstractChannel(Channel parent) {
     this.parent = parent;
     id = newId();
     unsafe = newUnsafe();
     pipeline = newChannelPipeline();
}

以上构造方法中：

parent 属性，代表父 Channel 对象。对于NioServerSocketChannel的 parent 为null。
id 属性，Channel 编号对象。在构造方法中，通过调用 #newId() 方法进行创建。（这里不细展开Problem-1）
unsafe 属性，Unsafe 对象。因为Channel 真正的具体操作，是通过调用对应的 Unsafe 对象实施。所以需要在构造方法中，通过调用 #newUnsafe() 方法进行创建。这里的 Unsafe 并不是我们常说的 jdk自带的sun.misc.Unsafe ，而是 io.netty.channel.Channel#Unsafe。（这里不细展开Problem-2）
pipeline属性默认是DefaultChannelPipeline对象，赋值后在后面为channel绑定端口的时候会用到

通过以上创建channel源码过程分析，总结的流程时序图如下：

Netty服务端启动源码是什么

2. 初始化Channel

Netty服务端启动源码是什么

回到一开始创建Channel的initAndRegister()入口方法，在创建Channel后紧接着init(channel)进入初始化流程，因为是服务端初始化，所以是ServerBootstrap#init(Channel channel)，代码如下：

@Override
void init(Channel channel) throws Exception {
    final Map, Object> options = options0();
    synchronized (options) {
        setChannelOptions(channel, options, logger);
    }

    final Map, Object> attrs = attrs0();
    synchronized (attrs) {
        for (Entry, Object> e: attrs.entrySet()) {
            @SuppressWarnings("unchecked")
            AttributeKey

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Netty服务端启动源码是什么

一、从EchoServer示例入手

二、服务启动过程

1. 创建Channel

2. 初始化Channel

3. 注册Channel

4. 绑定端口

三、问题归纳

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