Netty学习——源码篇2 客户端Bootstrap(二)

接上篇 Bootstrap源码-客户端

1 Handler的添加过程

        Netty有一个强大和灵活之处就是基于Pipeline的自定义Handler机制。基于此，可以像添加插件一样自由组合各种各样的Handler来完成业务逻辑。例如，需要处理HTTP数据，那么就可以在Pipeline前添加一个针对HTTP编解码的Handler，然后添加自己的业务逻辑的Handler，这样网络上的数据流就像通过一个管道一样，从不同的Handler中流过并进行编解码，最终到达自定义的Handler中。

        先看一下Handler是如何及何时添加到ChannelPipeline中的。看一段用户代码片段：

bootstrap.group(group).channel(NioSocketChannel.class).option(ChannelOption.SO_KEEPALIVE,true).handler(new ChannelInitializer<SocketChannel>() {@Overrideprotected void initChannel(SocketChannel socketChannel) throws Exception {ChannelPipeline pipeline = socketChannel.pipeline();pipeline.addLast(new StringDecoder());pipeline.addLast(new StringEncoder());pipeline.addLast(new ChatClientHandler());System.out.println("初始化channel:" + socketChannel);}});

        这段代码就实现了Handler的添加功能，Bootstrap的handler方法接收一个ChannelHandler，而我们传入的参数是一个派生于抽象类ChannelInitializer的匿名类，它也实现了ChannelHandler接口，来看一下ChannelInitializer类，代码如下：

public abstract class ChannelInitializer<C extends Channel> extends ChannelInboundHandlerAdapter {private static final InternalLogger logger = InternalLoggerFactory.getInstance(ChannelInitializer.class);private final ConcurrentMap<ChannelHandlerContext, Boolean> initMap = PlatformDependent.newConcurrentHashMap();public ChannelInitializer() {}protected abstract void initChannel(C var1) throws Exception;public final void channelRegistered(ChannelHandlerContext ctx) throws Exception {if (this.initChannel(ctx)) {ctx.pipeline().fireChannelRegistered();} else {ctx.fireChannelRegistered();}}public void exceptionCaught(ChannelHandlerContext ctx, Throwable cause) throws Exception {logger.warn("Failed to initialize a channel. Closing: " + ctx.channel(), cause);ctx.close();}public void handlerAdded(ChannelHandlerContext ctx) throws Exception {if (ctx.channel().isRegistered()) {this.initChannel(ctx);}}private boolean initChannel(ChannelHandlerContext ctx) throws Exception {if (this.initMap.putIfAbsent(ctx, Boolean.TRUE) == null) {try {this.initChannel(ctx.channel());} catch (Throwable var6) {this.exceptionCaught(ctx, var6);} finally {this.remove(ctx);}return true;} else {return false;}}private void remove(ChannelHandlerContext ctx) {try {ChannelPipeline pipeline = ctx.pipeline();if (pipeline.context(this) != null) {pipeline.remove(this);}} finally {this.initMap.remove(ctx);}}
}

        ChannelInitializer是一个抽象类，它有一个抽象方法initChannel()，我们的匿名类正是实现了这个方法，并在这个方法中添加了自定义的Handler。这个initChannel方法是在ChannelInitializer的channelRegistered()方法中被调用的。

        接下来关注一下channelRegistered方法。从上面的代码中可以看到，在channelRegistered方法中，会调用initChannel方法，将自定义的Handler添加到ChannelPipeline中，然后调用ctx.pipeline().remove(this)方法将自己从ChannelPipeline中删除。

        一开始，ChannelPipeline中只有三个Handler，分别是Head、Tail和我们添加的ChannelInitializer，如下图所示：

        接着调用 initChannel方法，添加自定义的Handler，如下图：

        最后将 ChannelInitializer删除，如下图：

        分析到这里，我们已经简单了解了自定义的Handler是如何添加到ChannelPipeline中的，后面在进行深入探讨。

2 客户端发起连接请求 

        经过前面的分析，我们已经大致了解了Netty客户端初始化时所做的工作，接下来分析一下客户端是如何发起TCP连接的。

        客户端通过调用Bootstrap的connect方法进行连接。在connect方法中进行一些参数检查，并调用doConnect方法，代码如下：

private static void doConnect(final SocketAddress remoteAddress, final SocketAddress localAddress, final ChannelPromise connectPromise) {final Channel channel = connectPromise.channel();channel.eventLoop().execute(new Runnable() {public void run() {if (localAddress == null) {channel.connect(remoteAddress, connectPromise);} else {channel.connect(remoteAddress, localAddress, connectPromise);}connectPromise.addListener(ChannelFutureListener.CLOSE_ON_FAILURE);}});}

        在doConnect方法中，eventLoop线程会调用Channel的connect方法，而这个Channel的具体类型实际就是NioSocketChannel，前面已经分析过。继续跟踪channel.connect()方法，发现它调用的是DefaultChannelPipeline的connect方法，Pipeline的connect方法代码如下：

public final ChannelFuture connect(SocketAddress remoteAddress, ChannelPromise promise) {return this.tail.connect(remoteAddress, promise);}

        前面分析过，Tail是一个TailContext的实例，而TailContext又是AbstractChannelHandlerContext的子类，并且没有实现connect方法，因此这里调用的其实是AbstractChannelHandlerContext的connect方法，看一下这个方法的代码：

public ChannelFuture connect(final SocketAddress remoteAddress, final SocketAddress localAddress, final ChannelPromise promise) {if (remoteAddress == null) {throw new NullPointerException("remoteAddress");} else if (!this.validatePromise(promise, false)) {return promise;} else {final AbstractChannelHandlerContext next = this.findContextOutbound();EventExecutor executor = next.executor();if (executor.inEventLoop()) {next.invokeConnect(remoteAddress, localAddress, promise);} else {safeExecute(executor, new Runnable() {public void run() {next.invokeConnect(remoteAddress, localAddress, promise);}}, promise, (Object)null);}return promise;}}

        上面有一行非常关键的代码，

final AbstractChannelHandlerContext next = this.findContextOutbound();

        这里调用findContextOutbound方法，从DefaultChannelPipeline内的双向链表的Tail开始，不断向前找到第一个Outbound为true的AbstractChannelHandlerContext，然后调用它的invokeConnect方法，代码如下：

private void invokeConnect(SocketAddress remoteAddress, SocketAddress localAddress, ChannelPromise promise) {if (this.invokeHandler()) {try {((ChannelOutboundHandler)this.handler()).connect(this, remoteAddress, localAddress, promise);} catch (Throwable var5) {notifyOutboundHandlerException(var5, promise);}} else {this.connect(remoteAddress, localAddress, promise);}}

        前面提到，在DefaultChannelPipeline的构造器中，实例化两个对象：Head和Tail，并形成了双向链表的头和尾。Head是HeadContext的实例，它实现了ChannelOunboundHandler接口，并挨它的Ounbound设置为true。因此在findContextOutbound方法中，找到的AbstractChannelHandlerContext对象其实就是Head，进而在invokeConnect方法中，向上转换为ChannelOuntboundHandler就问题了。而又因为HeadContext重写了connect方法，所以实际上调用的是HeadContext的connect方法。接着跟踪HeadContext的connect方法。

public void connect(ChannelHandlerContext ctx, SocketAddress remoteAddress, SocketAddress localAddress, ChannelPromise promise) throws Exception {this.unsafe.connect(remoteAddress, localAddress, promise);}

        这个方法connect很简单，只是调用了Unsafe的connect方法。回顾一下HeadContext的构造器，就会发现这个Unsafe方法其实就是pipeline.channel().unsafe返回的Channel的Unsafe属性。到这里为止，已经知道，其实是AbstractNioByteChannel.NioByteUnsafe内部类转了一大圈。最后，找到创建Socket连接的关键代码继续跟踪，其实调用的就是AbstractNioUnsafe的connect方法。

public final void connect(final SocketAddress remoteAddress, SocketAddress localAddress, ChannelPromise promise) {if (promise.setUncancellable() && this.ensureOpen(promise)) {try {if (AbstractNioChannel.this.connectPromise != null) {throw new ConnectionPendingException();}boolean wasActive = AbstractNioChannel.this.isActive();if (AbstractNioChannel.this.doConnect(remoteAddress, localAddress)) {this.fulfillConnectPromise(promise, wasActive);} else {AbstractNioChannel.this.connectPromise = promise;AbstractNioChannel.this.requestedRemoteAddress = remoteAddress;int connectTimeoutMillis = AbstractNioChannel.this.config().getConnectTimeoutMillis();if (connectTimeoutMillis > 0) {AbstractNioChannel.this.connectTimeoutFuture = AbstractNioChannel.this.eventLoop().schedule(new Runnable() {public void run() {ChannelPromise connectPromise = AbstractNioChannel.this.connectPromise;ConnectTimeoutException cause = new ConnectTimeoutException("connection timed out: " + remoteAddress);if (connectPromise != null && connectPromise.tryFailure(cause)) {AbstractNioUnsafe.this.close(AbstractNioUnsafe.this.voidPromise());}}}, (long)connectTimeoutMillis, TimeUnit.MILLISECONDS);}promise.addListener(new ChannelFutureListener() {public void operationComplete(ChannelFuture future) throws Exception {if (future.isCancelled()) {if (AbstractNioChannel.this.connectTimeoutFuture != null) {AbstractNioChannel.this.connectTimeoutFuture.cancel(false);}AbstractNioChannel.this.connectPromise = null;AbstractNioUnsafe.this.close(AbstractNioUnsafe.this.voidPromise());}}});}} catch (Throwable var6) {promise.tryFailure(this.annotateConnectException(var6, remoteAddress));this.closeIfClosed();}}}

        在这个connect方法中，又调用了doConnect方法，注意，这个方法并不是AbstractNioUnsafe的方法，而是AbstractNioChannel的抽象方法。doConnect方法是在NioSocketChannel中实现的，因此，进入NioSocketChannel的doConnect方法，代码如下：

 protected boolean doConnect(SocketAddress remoteAddress, SocketAddress localAddress) throws Exception {if (localAddress != null) {this.doBind0(localAddress);}boolean success = false;boolean var5;try {boolean connected = this.javaChannel().connect(remoteAddress);if (!connected) {this.selectionKey().interestOps(8);}success = true;var5 = connected;} finally {if (!success) {this.doClose();}}return var5;}

        上面代码的功能是，首先获取Java NIO的SocketChannel，然后获取NioSocketChannel 的newSocket方法返回的SocketChannel对象；在调用SocketChannel的connect方法完成Java NIO底层的Socket连接。总结一下，客户端Bootstrap发起连接请求的流程可以用如下时序图直观展示：

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