高效能網路通訊框架Netty-Netty客戶端底層與Java NIO對應關係
5.1 Netty客戶端底層與Java NIO對應關係
在講解Netty客戶端程式時候我們提到指定NioSocketChannel用於建立客戶端NIO套接字通道的例項，下面我們來看NioSocketChannel是如何建立一個Java NIO裡面的SocketChannel的。
首先我們來看NioSocketChannel的建構函式：
public NioSocketChannel() {
this(DEFAULT_SELECTOR_PROVIDER);
}
其中DEFAULT_SELECTOR_PROVIDER定義如下：
private static 然後繼續看
//這裡的provider為DEFAULT_SELECTOR_PROVIDER
public NioSocketChannel(SelectorProvider provider) {
this(newSocket(provider));
}
其中newSocket程式碼如下：
private static SocketChannel newSocket(SelectorProvider provider) 所以NioSocketChannel內部是管理一個客戶端的SocketChannel的，這個SocketChannel就是講Java NIO時候的SocketChannel,也就是建立NioSocketChannel例項物件時候相當於執行了Java NIO中：
SocketChannel socketChannel = SocketChannel.open();
另外在NioSocketChannel的父類AbstractNioChannel的建構函式裡面預設會記錄隊op_read事件感興趣，這個後面當連結完成後會使用到：
protected AbstractNioByteChannel(Channel parent, SelectableChannel ch) {
super(parent, ch, SelectionKey.OP_READ);
}
另外在NioSocketChannel的父類AbstractNioChannel的建構函式裡面設定了該套接字為非阻塞的
protected AbstractNioChannel(Channel parent, SelectableChannel ch, int readInterestOp) {
super(parent);
this.ch = ch;
this.readInterestOp = readInterestOp;
try {
ch.configureBlocking(false);
} catch (IOException e) {
...
}
}
下面我們看Netty裡面是哪裡建立的NioSocketChannel例項，哪裡註冊到選擇器的。
下面我們看下Bootstrap的connect操作程式碼：
public ChannelFuture connect(InetAddress inetHost, int inetPort) {
return connect(new InetSocketAddress(inetHost, inetPort));
}
類似Java NIO傳遞了一個InetSocketAddress物件用來記錄服務端ip和埠：
public ChannelFuture connect(SocketAddress remoteAddress) {
...
return doResolveAndConnect(remoteAddress, config.localAddress());
}
下面我們看下doResolveAndConnect的程式碼：
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());
}
...
}
}
首先我們來看程式碼（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）作用就是建立一個NioSocketChannel的例項，程式碼（1.2）是具體設定內部套接字的選項的。
程式碼（1.3)則是具體註冊客戶端套接字到選擇器的，其首先會呼叫NioEventLoop的register方法，最後呼叫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內部呼叫doRegister，其程式碼如下：
protected void doRegister() throws Exception {
boolean selected = false;
for (;;) {
try {
//註冊客戶端socket到當前eventloop的selector上
selectionKey = javaChannel().register(eventLoop().unwrappedSelector(), 0, this);
return;
} catch (CancelledKeyException e) {
...
}
}
}
到這裡程式碼（1）initAndRegister的流程講解完畢了，下面我們來看程式碼（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程式碼如下：
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具體呼叫客戶端套接字的connect方法，等價於Java NIO裡面的。
程式碼2.2 由於connect 方法是非同步的，所以類似JavaNIO呼叫connect方法進行判斷，如果當前沒有完成連結則設定對op_connect感興趣。
最後一個點就是何處進行的從選擇器獲取就緒的事件的,具體是在該客戶端套接關聯的NioEventLoop裡面的做的，每個NioEventLoop裡面有一個執行緒用來迴圈從選擇器裡面獲取就緒的事件，然後進行處理：
protected void run() {
for (;;) {
try {
...
select(wakenUp.getAndSet(false));
...
processSelectedKeys();
...
} catch (Throwable t) {
handleLoopException(t);
}
...
}
}
其中select程式碼如下：
private void select(boolean oldWakenUp) throws IOException {
Selector selector = this.selector;
try {
...
for (;;) {
...
int selectedKeys = selector.select(timeoutMillis);
selectCnt ++;
...
} catch (CancelledKeyException e) {
...
}
}
可知會從選擇器選取就緒的事件，其中processSelectedKeys程式碼如下：
private void processSelectedKeys() {
...
processSelectedKeysPlain(selector.selectedKeys());
...
}
可知會獲取已經就緒的事件集合，然後交給processSelectedKeysPlain處理，後者迴圈呼叫processSelectedKey具體處理每個事件，程式碼如下：
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());
}
}
程式碼（3）如果當前事件key為op_connect則去掉op_connect，然後呼叫NioSocketChannel的doFinishConnect：
protected void doFinishConnect() throws Exception {
if (!javaChannel().finishConnect()) {
throw new Error();
}
}
可知是呼叫了客戶端套接字的finishConnect方法，最後會呼叫NioSocketChannel的doBeginRead方法設定對op_read事件感興趣：
protected void doBeginRead() throws Exception {
...
final int interestOps = selectionKey.interestOps();
if ((interestOps & readInterestOp) == 0) {
selectionKey.interestOps(interestOps | readInterestOp);
}
}
這裡interestOps為op_read,上面在講解NioSocketChannel的建構函式時候提到過。
程式碼（5）如果當前是op_accept事件說明是伺服器監聽套接字獲取到了一個連結套接字，如果是op_read,則說明可以讀取客戶端發來的資料了，如果是後者則會啟用管線裡面的所有handler的channelRead方法，這裡會啟用我們自定義的NettyClientHandler的channelRead讀取客戶端發來的資料，然後在向客戶端寫入資料。
5.2 總結
本節講解了Netty客戶端底層如何使用Java NIO進行實現的，可見與我們前面講解的Java NIO設計的客戶端程式碼步驟是一致的，只是netty對其進行了封裝，方便了我們使用，瞭解了這些對深入研究netty原始碼提供了一個骨架指導。
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