【图解IO与Netty系列】Netty核心组件解析

Bootstrap & ServerBootstrap

Bootstrap和ServerBootstrap是Netty应用程序的启动引导器，通过它可以配置我们的Netty应用程序并启动。其中Bootstrap是Netty客户端使用的启动引导器，而ServerBootstrap则是Netty服务端使用的启动引导器。

EventLoop & EventLoopGroup

EventLoop是事件循环，也是就我们在NIO程序中while循环调用Selector的select()方法进行监听然后处理就绪事件的逻辑，现在Netty通过EventLoop封装事件循环，使得我们无需重复编写事件循环的代码，只需要专注于就绪事件的处理逻辑。

每个EventLoop都对应一个线程，每个EventLoop又属于某个EventLoopGroup，因此EventLoopGroup相当于是线程组。我们常用的是NioEventLoopGroup，NioEventLoopGroup内部包含了一个或多个NioEventLoop，由我们的参数进行设置。

一个NioEventLoop内部包含一个Selector和一个Queue<Runnable>类型的taskQueue。

Selector就是NIO中的Selector，Selector是一个多路复用器，我们可以往Selector注册多个Channel，Selector可以帮我们监听注册在其上的Channel，当我们调用Selector的select()方法时，当前线程就阻塞，通过Selector监听注册在其上的Channel，等待关注的事件就绪。

于是，NioEventLoop内部线程的事件循环，就通过Selector的select()方法监听注册到Selector上的Channel，等待一个或多个Channel有关注的事件就绪。

当有事件就绪时，NioEventLoop内部线程会调用processSelectedKeys()方法处理就绪事件对应的Channel。

当processSelectedKeys()方法调用完毕后，NioEventLoop还会调用runAllTasks()方法处理被提交到自己的taskQueue中的异步任务。一些比较耗时但是实时性不高的任务，我们可以把它提交到NioEventLoop的taskQueue中让它异步处理。

当taskQueue中的任务处理完，一个事件循环就结束，进入下一次循环。

Channel

这里的Channel和NIO的Channel不是同一个东西，这里的Channel是Netty对NIO的Channel经过封装后的属于Netty自己的Channel。比如NIO中的ServerSocketChannel和SocketChannel，Netty把它们封装成了NioServerSocketChannel和NioSocketChannel。

除了持有NIO的Channel以外，还保存了各自关注的事件类型，等真正把NIO的Channel注册到Selector上的时候，就可以直接设置对应的事件类型。NioServerSocketChannel保存的是连接就绪事件OP_ACCEPT，而NioSocketChannel保存的是读就绪事件OP_READ。

在使用Java原生的NIO时，我们都会设置Channel为非阻塞的，也就是调用configureBlocking(false)方法，这里Netty自动帮我们设置为非阻塞了，无需我们手动设置。比如NioServerSocketChannel在构造方法中就调用了ServerSocketChannel的configureBlocking(false)方法。

除了NioServerSocketChannel和NioSocketChannel以外，Netty还有其他类型的Channel，比如BIO类型的Channel、UDP协议的Channel，这里就不列举了。

然后Netty中的每个Channel，都有对应ChannelPipeline用来处理Channel中就绪的事件。

ChannelHandler & ChannelPipeline & ChannelHandlerContext

与Chandler相关的其他组件包括ChannelHandler、ChannelPipeline、ChannelHandlerContext。每个Chandler都会有一个ChandlerPipeline与之对应，用于处理该Chandler上发生的事件，而ChandlerPipeline又会通过它内部的ChandlerHandler去处理到来的事件。

ChannelHandler

ChannelHandler是专门用于处理就绪事件的，我们在开发Netty应用程序时，主要就是编写各种ChannelHandler，在ChannelHandler中各种事件触发的方法中实现自己的处理逻辑。

ChannelHandler又分为是处理入站事件还是出站事件的。所谓入站事件，就是由于接收到外部的数据或消息等而触发的事件就是入站事件，比如读就绪事件就是入站事件，因为有数据到达才会触发读就绪事件；而出站事件则与入站事件相反，由自己主动触发的，流动方向是向外的事件就是出站事件，比如写就绪事件。

如果要编写处理入站事件的ChannelHandler，我们可以实现ChannelInboundHandler接口，ChannelInboundHandler就是专门用于处理入站事件的；如果要编写处理出站事件的ChannelHandler，我们可以实现ChannelOutboundHandler接口，ChannelOutboundHandler就是专门用于处理出站事件的。

ChannelInboundHandler和ChannelOutboundHandler都继承了ChannelHandler接口。

但是ChannelInboundHandler和ChannelOutboundHandler有许多不同类型事件对应的方法，如果直接实现ChannelInboundHandler或ChannelOutboundHandler，我们要一一编写每个方法的实现逻辑。但是我们可能不会全部事件都关注，可能只会关注一两种类型的事件。

于是我们可以通过继承Netty提供的适配器类来实现我们的ChannelHandler，我们就可以选择性的实现我们关注的事件类型对应的方法。Netty提供的适配器类就是ChannelInboundHandlerAdapter和ChannelOutboundHandlerAdapter，ChannelInboundHandlerAdapter是用于处理入站事件的适配器类，ChannelOutboundHandlerAdapter是用于处理出站事件的适配器类。

ChannelInboundHandlerAdapter实现了ChannelInboundHandler接口，而ChannelOutboundHandlerAdapter则实现了ChannelOutboundHandler接口。

ChannelPipeline

在Netty中，每个Channel对应一个ChannelPipeline。在Channel初始化的时候，就会为Channel创建一个对应的ChannelPipeline。ChannelPipeline是一个由多个ChannelHandler组成的双向链表，ChannelPipeline中有固定的head（头部Handler）和tail（尾部Handler）。

ChannelPipeline中除head和tail以外的ChannelHandler可以通过ChannelInitializer进行安装，一开始ChannelPipeline中除head和tail以外，中间只有一个ChannelInitializer。当Channel（NIO的Channel）被注册到Selector中时，会触发ChannelInitializer的调用，安装指定的ChannelHandler到Pipeline中，并把自己从链表中删除。

ChannelPipeline中对应就绪事件的处理，就是调用ChannelPipeline中的ChannelHandler与就绪事件匹配的方法。如果是入栈事件，则会以从head到tail的方向逐一调用负责处理入站事件的ChannelHandler来处理；如果是出站事件，则会以tail到head的方向逐一调用负责处理出站事件的ChannelHandler来处理。

ChannelHandlerContext

其实ChannelPipeline中的双向链表并不是由ChannelHandler直接组成的双向链表，而是在ChannelHandler外头再包了一层ChannelHandlerContext，因为ChannelHandler本身并没有维护组成双向链表需要的前后指针，ChannelHandlerContext才维护了这个前后指针，也就是说ChannelPipeline里头是由ChannelHandlerContext组成的双向链表。

之所以要在ChannelHandler之上再包一层ChannelHandlerContext来组成链表，是出于单一职责的考虑。首先ChannelHandler是用来处理事件的，那么ChannelHandler就应该只关注事件的处理，让它去维护前后指针就不太合适。就像LinkedList一样，我们放进去的元素，也不是直接组成双向链表的，LinkedList里头也是会包一个Node，再由Node的前后指针组成双向链表。

以下是ChannelHandlerContext的一些常用方法：

其中fireXxx是ChannelHandlerContext定义的以fire开头的一些方法，这些方法都是用于触发ChannelHandler中不同类型的事件处理方法，一旦调用这些方法，就会从当前ChannelHandlerContext开始沿着责任链调用每个ChannelHandler对应的事件的处理方法。比如调用了当前ChannelHandlerContext的fireChannelRead(Object msg)方法，就会从当前ChandlerHandlerContext对应的ChandlerHandler开始，沿着责任链顺序调用每个ChandlerHandler的channelRead(…)方法。

ChannelFuture

Netty中的操作都是异步操作，比如我们通过Bootstrap的connect(String inetHost, int inetPort)连接服务器、通过ServerBootstrap的bind(int inetPort)监听某个端口等，这些都是异步操作。这些异步操作都会返回一个ChannelFuture，我们可以通过ChannelFuture的addListener(…)方法添加一个ChannelFutureListener，等Netty的异步操作完成后，会触发添加到ChannelFuture的ChannelFutureListener进行相应的处理。