本文通過閱讀Netty原始碼，解析Netty服務端啟動過程。 **原始碼分析基於Netty 4.1** Netty是一個高效能的網路通訊框架，支援NIO，OIO等多種IO模式。通常，我們都是使用NIO模式，該系列文章也是解析Netty下NIO模式的實現。 首先，看一個NIO網路通訊示意圖  Netty中NIO網路通訊過程在此基礎上實現，下面來看一下具體實現。 ### Channel 首先，看一下Netty中的通道Channel，它代表了一個能完成IO操作的通道，提供read, write, connect, bind等方法。 Channel中維護了一個Unsafe物件，用於完成資料傳輸操作（這類操作通常由IO事件觸發，而不是使用者觸發）。 SocketChannel代表Socket連線的網路通道，面向流，支援讀寫操作。 ServerChannel表示可以監聽新連線的通道，ServerSocketChannel代表實現TCP/IP協議的ServerChannel。 AbstractChannel提供基礎邏輯實現，它維護了Unsafe和ChannelPipeline物件，並委託這兩個物件完成實際工作。同時，它也提供newUnsafe，newChannelPipeline方法給子類構造他們需要的物件。 AbstractUnsafe是AbstractChannel的內部類，實現了register，bind，disconnect等方法的基礎邏輯。 ChannelPipeline可以理解為攔截器連結串列，維護了一個ChannelHandler連結串列，ChannelHandler即具體攔截器，負責邏輯處理。 DefaultChannelPipeline是ChannelPipeline介面的預設實現。Netty中Nio相關的Channel都使用它。 可以這樣理解，Unsafe負責資料傳輸，而ChannelPipeline負責邏輯處理。 AbstractNioChannel實現了NIO基礎邏輯，如維護(jvm)SelectableChannel，(jvm)SelectionKey等物件，還有一個很關鍵的selectionKey，代表關注的NIO事件。 AbstractNioUnsafe是AbstractNioChannel內部類，繼承於AbstractUnsafe，並實現Unsafe另一個子介面NioUnsafe，添加了SelectableChannel相關的方法，如finishConnect，read。 AbstractNioChannel的子類可以分成ServerChannel實現類和SocketChannel實現類。 ServerChannel實現類是AbstractNioMessageChannel，newUnsafe方法返回的NioMessageUnsafe。 NioServerSocketChannel是AbstractNioMessageChannel子類，實現TCP/IP協議。 SocketChannel實現類是AbstractNioByteChannel，newUnsafe方法返回的NioByteUnsafe。 NioSocketChannel是AbstractNioByteChannel子類，實現TCP/IP協議。 Channel各實現類關係如下  Netty中將介面劃分得很細微，最好大家可以按功能層次理解各介面代表含義以及實現類的​邏輯。​ 以免後續看原始碼時混淆各介面功能。 ### 服務端啟動 首先簡單瞭解一下EventLoop，可以理解為它負責處理網路事件和非同步任務，後面有對應文章詳細解析。 EventLoopGroup則是一組EventLoop集合，它會將操作委託給其中一個EventLoop處理。 Netty的服務端啟動引導類ServerBootstrap中維護了兩個EventLoopGroup，EventLoopGroup#childGroup和AbstractBootstrap#group。 AbstractBootstrap#group負責管理註冊於其上的ServerChannel，處理這些Channel上發生的Accept事件，並將生成的SocketChannel註冊到EventLoopGroup#childGroup。 EventLoopGroup#childGroup處理這些SocketChannel上發生的Read，Write事件。 為了方便，下文我將AbstractBootstrap#group稱為AcceptGroup，ServerBootstrap#childGroup稱為ReadGroup。 這些設計來自Reactor模式，詳細可以見java.util.concurrent包的作者Doug Lea的[《Scalable IO in Java》](http://gee.cs.oswego.edu/dl/cpjslides/nio.pdf)。 AbstractBootstrap#bind -> AbstractBootstrap#doBind ``` private ChannelFuture doBind(final SocketAddress localAddress) { // #1 final ChannelFuture regFuture = initAndRegister(); final Channel channel = regFuture.channel(); if (regFuture.cause() != null) { return regFuture; } if (regFuture.isDone()) { ChannelPromise promise = channel.newPromise(); // #2 doBind0(regFuture, channel, localAddress, promise); return promise; } else { ... } } ``` `#1` 初始化及註冊ServerChannel。 initAndRegister方法返回**ChannelFuture**，ChannelFuture繼承了(jvm)Future，代表IO非同步處理結果，並且可以繫結回撥函式，非同步IO處理完成Netty後會觸發這些回撥函式。 我們要有這個意識，**Netty是一個非同步框架**，所有的IO操作都是非同步的（充分利用cpu），IO方法不會等待實際IO操作完成，而是返回ChannelFuture。 待實際IO完成後，Netty再觸發ChannelFuture中的回撥函式處理後續邏輯。 ChannelPromise是一種特殊的ChannelFuture，提供更新操作結果的方法（setSuccess，setFailure方法），一般提供給IO方法作為引數（Unsafe中很多方法都有該引數），IO操作完成後，會呼叫這些方法更新操作結果。 `#2` 註冊完成後，繫結ServerChannel監聽埠。 AbstractBootstrap#initAndRegister ``` final ChannelFuture initAndRegister() { Channel channel = null; try { // #1 channel = channelFactory.newChannel(); // #2 init(channel); } catch (Throwable t) { ... } // #3 ChannelFuture regFuture = config().group().register(channel); // #4 if (regFuture.cause() != null) { if (channel.isRegistered()) { channel.close(); } else { channel.unsafe().closeForcibly(); } } return regFuture; } ``` `#1` 構造ServerChannel AbstractBootstrap#channelFactory是一個ReflectiveChannelFactory物件，他通過反射生成Channel。 ServerBootstrap#channel方法負責構造ReflectiveChannelFactory，並指定具體的ServerChannel類。 （所以我們要通過該方法指定NioServerSocketChannel.class -- `new ServerBootstrap().channel(NioServerSocketChannel.class)`） `#2` 初始化ServerChannel，該方法由子類實現 `#3` 註冊Channel到AcceptGroup，注意，`config().group()`返回AcceptGroup。 `#4` 如果IO操作發生了異常，需要關閉Channel。 NioServerSocketChannel#構造方法 -> NioServerSocketChannel#newSocket方法 ``` private static ServerSocketChannel newSocket(SelectorProvider provider) { try { return provider.openServerSocketChannel(); } catch (IOException e) { throw new ChannelException("Failed to open a server socket.", e); } } ``` 使用(jvm)SelectorProvider，構造一個(jvm)ServerSocketChannel。 這裡完成了NIO網路通訊第一步。 ServerBootstrap#init ``` void init(Channel channel) throws Exception { // #1 ... ChannelPipeline p = channel.pipeline(); final EventLoopGroup currentChildGroup = childGroup; final ChannelHandler currentChildHandler = childHandler; fin