Netty源碼解析3-Pipeline

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Channel實現概覽

在Netty裏，Channel是通信的載體，而ChannelHandler負責Channel中的邏輯處理。

那麼ChannelPipeline是什麼呢？我以爲能夠理解爲ChannelHandler的容器：一個Channel包含一個ChannelPipeline，全部ChannelHandler都會註冊到ChannelPipeline中，並按順序組織起來。

在Netty中，ChannelEvent是數據或者狀態的載體，例如傳輸的數據對應MessageEvent，狀態的改變對應ChannelStateEvent。當對Channel進行操做時，會產生一個ChannelEvent，併發送到ChannelPipeline。ChannelPipeline會選擇一個ChannelHandler進行處理。這個ChannelHandler處理以後，可能會產生新的ChannelEvent，並流轉到下一個ChannelHandler。

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例如，一個數據最開始是一個MessageEvent，它附帶了一個未解碼的原始二進制消息ChannelBuffer，而後某個Handler將其解碼成了一個數據對象，並生成了一個新的MessageEvent，並傳遞給下一步進行處理。

到了這裏，能夠看到，其實Channel的核心流程位於ChannelPipeline中。因而咱們進入ChannelPipeline的深層夢境裏，來看看它具體的實現。

ChannelPipeline的主流程

Netty的ChannelPipeline包含兩條線路：Upstream和Downstream。Upstream對應上行，接收到的消息、被動的狀態改變，都屬於Upstream。Downstream則對應下行，發送的消息、主動的狀態改變，都屬於Downstream。ChannelPipeline接口包含了兩個重要的方法:sendUpstream(ChannelEvent e)和sendDownstream(ChannelEvent e)，就分別對應了Upstream和Downstream。

對應的，ChannelPipeline裏包含的ChannelHandler也包含兩類：ChannelUpstreamHandler和ChannelDownstreamHandler。每條線路的Handler是互相獨立的。它們都很簡單的只包含一個方法：ChannelUpstreamHandler.handleUpstream和ChannelDownstreamHandler.handleDownstream。

Netty官方的javadoc裏有一張圖(ChannelPipeline接口裏)，很是形象的說明了這個機制(我對原圖進行了一點修改，加上了ChannelSink，由於我以爲這部分對理解代碼流程會有些幫助)：

什麼叫ChannelSink呢？ChannelSink包含一個重要方法ChannelSink.eventSunk，能夠接受任意ChannelEvent。"sink"的意思是"下沉"，那麼"ChannelSink"好像能夠理解爲"Channel下沉的地方"？實際上，它的做用確實是這樣，也能夠換個說法："處於末尾的萬能Handler"。最初讀到這裏，也有些困惑，這麼理解以後，就感受簡單許多。只有Downstream包含ChannelSink，這裏會作一些創建鏈接、綁定端口等重要操做。爲何UploadStream沒有ChannelSink呢？我只能認爲，一方面，不符合"sink"的意義，另外一方面，也沒有什麼處理好作的吧！

這裏有個值得注意的地方：在一條「流」裏，一個ChannelEvent並不會主動的"流"經全部的Handler，而是由上一個Handler顯式的調用ChannelPipeline.sendUp(Down)stream產生，並交給下一個Handler處理。也就是說，每一個Handler接收到一個ChannelEvent，並處理結束後，若是須要繼續處理，那麼它須要調用sendUp(Down)stream新發起一個事件。若是它再也不發起事件，那麼處理就到此結束，即便它後面仍然有Handler沒有執行。這個機制能夠保證最大的靈活性，固然對Handler的前後順序也有了更嚴格的要求。

順便說一句，在Netty 3.x裏，這個機制會致使大量的ChannelEvent對象建立，所以Netty 4.x版本對此進行了改進。twitter的finagle框架實踐中，就提到從Netty 3.x升級到Netty 4.x，能夠大大下降GC開銷。有興趣的能夠看看這篇文章：blog.twitter.com/2013/netty-…

下面咱們從代碼層面來對這裏面發生的事情進行深刻分析，這部分涉及到一些細節，須要打開項目源碼，對照來看，會比較有收穫。

深刻ChannelPipeline內部

DefaultChannelPipeline的內部結構

ChannelPipeline的主要的實現代碼在DefaultChannelPipeline類裏。列一下DefaultChannelPipeline的主要字段：

public class DefaultChannelPipeline implements ChannelPipeline {
    
        private volatile Channel channel;
        private volatile ChannelSink sink;
        private volatile DefaultChannelHandlerContext head;
        private volatile DefaultChannelHandlerContext tail;
        private final Map<String, DefaultChannelHandlerContext> name2ctx =
            new HashMap<String, DefaultChannelHandlerContext>(4);
    }
複製代碼

這裏須要介紹一下ChannelHandlerContext這個接口。顧名思義，ChannelHandlerContext保存了Netty與Handler相關的的上下文信息。而我們這裏的DefaultChannelHandlerContext，則是對ChannelHandler的一個包裝。一個DefaultChannelHandlerContext內部，除了包含一個ChannelHandler，還保存了"next"和"prev"兩個指針，從而造成一個雙向鏈表。

所以，在DefaultChannelPipeline中，咱們看到的是對DefaultChannelHandlerContext的引用，而不是對ChannelHandler的直接引用。這裏包含"head"和"tail"兩個引用，分別指向鏈表的頭和尾。而name2ctx則是一個按名字索引DefaultChannelHandlerContext用戶的一個map，主要在按照名稱刪除或者添加ChannelHandler時使用。

sendUpstream和sendDownstream

前面提到了，ChannelPipeline接口的兩個重要的方法：sendUpstream(ChannelEvent e)和sendDownstream(ChannelEvent e)。全部事件的發起都是基於這兩個方法進行的。Channels類有一系列fireChannelBound之類的fireXXXX方法，其實都是對這兩個方法的facade包裝。

下面來看一下這兩個方法的實現。先看sendUpstream(對代碼作了一些簡化，保留主邏輯)：

public void sendUpstream(ChannelEvent e) {
        DefaultChannelHandlerContext head = getActualUpstreamContext(this.head);
        head.getHandler().handleUpstream(head, e);
    }
    
    private DefaultChannelHandlerContext getActualUpstreamContext(DefaultChannelHandlerContext ctx) {
        DefaultChannelHandlerContext realCtx = ctx;
        while (!realCtx.canHandleUpstream()) {
            realCtx = realCtx.next;
            if (realCtx == null) {
                return null;
            }
        }
        return realCtx;
    }
複製代碼

這裏最終調用了ChannelUpstreamHandler.handleUpstream來處理這個ChannelEvent。有意思的是，這裏咱們看不到任何"將Handler向後移一位"的操做，可是咱們總不能每次都用同一個Handler來進行處理啊？實際上，咱們更爲經常使用的是ChannelHandlerContext.handleUpstream方法(實現是DefaultChannelHandlerContext.sendUpstream方法)：

public void sendUpstream(ChannelEvent e) {
		DefaultChannelHandlerContext next = getActualUpstreamContext(this.next);
		DefaultChannelPipeline.this.sendUpstream(next, e);
	}
複製代碼

能夠看到，這裏最終仍然調用了ChannelPipeline.sendUpstream方法，可是它會將Handler指針後移。

咱們接下來看看DefaultChannelHandlerContext.sendDownstream:

public void sendDownstream(ChannelEvent e) {
		DefaultChannelHandlerContext prev = getActualDownstreamContext(this.prev);
		if (prev == null) {
			try {
				getSink().eventSunk(DefaultChannelPipeline.this, e);
			} catch (Throwable t) {
				notifyHandlerException(e, t);
			}
		} else {
			DefaultChannelPipeline.this.sendDownstream(prev, e);
		}
	}
複製代碼

與sendUpstream好像不大相同哦？這裏有兩點：一是到達末尾時，就如夢境二所說，會調用ChannelSink進行處理；二是這裏指針是往前移的，因此咱們知道了：

**UpstreamHandler是從前日後執行的，DownstreamHandler是從後往前執行的。**在ChannelPipeline裏添加時須要注意順序了！

DefaultChannelPipeline裏還有些機制，像添加/刪除/替換Handler，以及ChannelPipelineFactory等，比較好理解，就不細說了。

回到現實：Pipeline解決的問題

好了，深刻分析完代碼，有點頭暈了，咱們回到最開始的地方，來想想，Netty的Pipeline機制解決了什麼問題？

我認爲至少有兩點：

一是提供了ChannelHandler的編程模型，基於ChannelHandler開發業務邏輯，基本不須要關心網絡通信方面的事情，專一於編碼/解碼/邏輯處理就能夠了。Handler也是比較方便的開發模式，在不少框架中都有用到。

二是實現了所謂的"Universal Asynchronous API"。這也是Netty官方標榜的一個功能。用過OIO和NIO的都知道，這兩套API風格相差極大，要從一個遷移到另外一個成本是很大的。即便是NIO，異步和同步編程差距也很大。而Netty屏蔽了OIO和NIO的API差別，經過Channel提供對外接口，並經過ChannelPipeline將其鏈接起來，所以替換起來很是簡單。

理清了ChannelPipeline的主流程，咱們對Channel部分的大體結構算是弄清楚了。但是到了這裏，咱們依然對一個鏈接具體怎麼處理沒有什麼概念，下篇文章，咱們會分析一下，在Netty中，捷徑如何處理鏈接的創建、數據的傳輸這些事情。

參考資料：

• Sink en.wikipedia.org/wiki/Sink_(…

請戳GitHub原文: https://github.com/wangzhiwubigdata/God-Of-BigData

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