在netty中，每一個channel都有一個pipeline物件，並且其內部本質上就是一個雙向連結串列

本篇我們將深入Pipeline原始碼內部，對其一探究竟，給大家一個全方位解析。

Pipeline初始化過程分析

在上一篇中，我們得知channel中的pipeline其實就是DefaultChannelPipeline的例項，首先我們先看看DefaultChannelPipeline的類繼承結構圖：

根據類繼承結構圖，我們看到DefaultChannelPipeline實現了 ChannelInboundInvoker及ChannelOutboundInvoker兩個介面。
顧名思義，一個是處理通道的inbound事件呼叫器，另一個是處理通道的outbound事件呼叫器。

inbound： 本質上就是執行I/O執行緒將從外部read到的資料 傳遞給 業務執行緒的一個過程。
outbound： 本質上就是業務執行緒 將資料 傳遞給I/O執行緒， 直至傳送給外部的一個過程。

如下圖所示：

我們再回到DefaultChannelPipeline這個類，看看其構造方法：

protected DefaultChannelPipeline(Channel channel) {
    // 通道繫結channel物件
    this.channel = ObjectUtil.checkNotNull(channel, "channel");
    succeededFuture = new
 
 SucceededChannelFuture(channel, null);
    voidPromise =  new VoidChannelPromise(channel, true);

    // 初始化頭、尾上下文
    tail = new TailContext(this);
    head = new HeadContext(this);

    // 頭尾相互連結，形成雙向連結串列
    head.next = tail;
    tail.prev = head;
}

此構造方法主要做了三件事：

1、綁定了當前NioServerSocketChannel例項
2、初始化pipeline雙向連結串列的頭、尾節點

關於NioServerSocketChannel，我在前一篇中已經做過詳細描述，現在我們著重看看head及tail這兩個屬性。

從上面的構造方法得知，head是HeadContext的例項，tail是TailContext的例項，HeadContext與TailContext都是DefaultChannelPipeline的內部類，它們的類繼承結構圖如下：

HeadContext類繼承結構圖

TailContext類繼承結構圖

從類繼承圖我們可以看出：

1、HeadContext與TailContext都是通道的handler（中文一般叫做處理器）
2、HeadContext既可以用於outbound過程的handler，也可以用於inbound過程的handler (關於inboun和outbound上面已經作了解釋)
3、TailContext只可以用於inbound過程的handler
4、HeadContext 與 TailContext 同時也是一個處理器上下文物件

下面我將以HeadContext為例，看看它初始化過程中到底作了哪些工作

head = new HeadContext(this);

在DefaultChannelPipeline的構造方法中，我們看到head結點初始化程式碼如上面所示，對應構造器程式碼如下：

HeadContext(DefaultChannelPipeline pipeline) {
    super(pipeline, null, HEAD_NAME, false, true);
    unsafe = pipeline.channel().unsafe();
    setAddComplete();
}

在其內部，它會繼續呼叫父類AbstractChannelHandlerContext的構造器

AbstractChannelHandlerContext(DefaultChannelPipeline pipeline, EventExecutor executor, String name,
                                  boolean inbound, boolean outbound) {
        this.name = ObjectUtil.checkNotNull(name, "name");
        this.pipeline = pipeline;
        this.executor = executor;
        this.inbound = inbound;
        this.outbound = outbound;

        ordered = executor == null || executor instanceof OrderedEventExecutor;
    }

此構造方法，只是設定了當前context物件對應的Pipeline以及此context是作用於outbound。
AbstractChannelHandlerContext類還有另外兩個額外屬性，他們是實現雙向連結串列的關鍵：

volatile AbstractChannelHandlerContext next;  // 指定下一個結點
volatile AbstractChannelHandlerContext prev;  // 指定前一個結點

HeadContext 同時還綁定了unsafe物件，我們再回顧一下unsafe物件。

我們從上一篇已經得知 unsafe其實就是對java nio 通道底層呼叫進行的封裝，就相當於一個代理類物件。

而DefaultChannelPipeline初始化時，已經綁定了channel，且由於是服務端，所以此channel是NioServerSocketChannel

protected DefaultChannelPipeline(Channel channel) {
    // 通道繫結channel物件
    this.channel = ObjectUtil.checkNotNull(channel, "channel");

    ... //非相關程式碼已省略
}

所以

unsafe = pipeline.channel().unsafe();

就是

unsafe = new NioMessageUnsafe();

關於pipeline的tail結點初始化過程跟head差不多，這裡就不作贅述了。

階段性總結：
1、每個channel初始化時，都會建立一個與之對應的pipeline；
2、此pipeline內部就是一個雙向連結串列；
3、雙向連結串列的頭結點是處理outbound過程的handler，尾節點是處理inbound過程的handler；
4、雙向連結串列的結點同時還是handler上下文物件；

Pipeline在服務端bind過程中的應用

通過《Netty4.x 原始碼實戰系列（二）：服務端bind流程詳解》 一文，我們知道，服務端channel在初始化過程中，會呼叫addLast方法，並傳遞了一個ChannelInitializer物件

@Override
void init(Channel channel) throws Exception {

    // 非相關程式碼已省略
    ChannelPipeline p = channel.pipeline();

    p.addLast(new ChannelInitializer<Channel>() {
        @Override
        public void initChannel(final Channel ch) throws Exception {
            final ChannelPipeline pipeline = ch.pipeline();
            ChannelHandler handler = config.handler();
            if (handler != null) {
                pipeline.addLast(handler);
            }

            ch.eventLoop().execute(new Runnable() {
                @Override
                public void run() {
                    pipeline.addLast(new ServerBootstrapAcceptor(
                            ch, currentChildGroup, currentChildHandler, currentChildOptions, currentChildAttrs));
                }
            });
        }
    });
}

本節我們將詳細分析一下addLast的過程 與 ChannelInitializer。

ChannelInitializer
我們先看一下ChannelInitializer的類繼承結構圖

通過類繼承圖，我們得知ChannelInitializer的匿名物件其實就是一個處理inbound過程的處理器，與pipeline中的tail一樣，目前稍有不同的就是ChannelInitializer的匿名物件並不是一個context物件。

關於ChannelInitializer匿名物件的initChannel方法實現的內容，本篇先不作詳述，當講到EventLoop時，我們再來回顧一下。

pipeline.addLast方法

addLast具體實現如下：

@Override
public final ChannelPipeline addLast(ChannelHandler... handlers) {
    return addLast(null, handlers);
}

通過此方法引數，我們也可以得出，init(Channel channel)方法中的addLast其實就是想Pipeline中新增一個處理器。
addLast內部繼續呼叫另一個過載方法：

@Override
public final ChannelPipeline addLast(EventExecutorGroup executor, ChannelHandler... handlers) {
    if (handlers == null) {
        throw new NullPointerException("handlers");
    }

    for (ChannelHandler h: handlers) {
        if (h == null) {
            break;
        }
        addLast(executor, null, h);
    }

    return this;
}

最終呼叫的是下面的過載方法（已省略非相關程式碼）：

@Override
public final ChannelPipeline addLast(EventExecutorGroup group, String name, ChannelHandler handler) {
    final AbstractChannelHandlerContext newCtx;
    synchronized (this) {
        checkMultiplicity(handler);

        newCtx = newContext(group, filterName(name, handler), handler);

        addLast0(newCtx);


    }

    return this;
}

newContext方法的作用就是對傳入的handler進行包裝，最後返回一個綁定了handler的context物件：

private AbstractChannelHandlerContext newContext(EventExecutorGroup group, String name, ChannelHandler handler) {
    return new DefaultChannelHandlerContext(this, childExecutor(group), name, handler);
}

新的物件是DefaultChannelHandlerContext類的例項。

接著我們再看看addLast0方法

private void addLast0(AbstractChannelHandlerContext newCtx) {
    AbstractChannelHandlerContext prev = tail.prev;
    newCtx.prev = prev;
    newCtx.next = tail;
    prev.next = newCtx;
    tail.prev = newCtx;
}

經過addLast0，新包裝的context已經新增至pipeline中了，此時的pipeline結果變化過程如下：

從addLast0程式碼片段得知， 每個新新增的結點，都是從tail結點之前插入

本篇總結：
經過本篇的程式碼研究，對於Pipeline得出以下結論：

1、channel初始化時，會同時建立一個與之對應的pipeline；
2、此pipeline本質上是一個handler處理器雙向連結串列， 用於將處理inbound及outbound過程的handler都串聯起來；
3、在netty中，對於I/O處理分為兩種流向，對於獲取外部資料資源進行處理的，都是對應inbound，比如read等，而對於向外部發送資料資源的，都對於outbound，比如connetct及write等。

關於pipeline中的handler呼叫過程，後面的章節我們會做詳細分析。