Netty之旅三：Netty服务端启动源码分析，一梭子带走！

2020-09-17 17:23:14 浏览数 (1)

Netty服务端启动流程源码分析

前记

哈喽，自从上篇《Netty之旅二：口口相传的高性能Netty到底是什么？》后，迟迟两周才开启今天的Netty源码系列。源码分析的第一篇文章，下一篇我会分享客户端的启动过程源码分析。通过源码的阅读，我们将会知道，Netty 服务端启动的调用链是非常长的，同时肯定也会发现一些新的问题，随着我们源码阅读的不断深入，相信这些问题我们也会一一攻破。

废话不多说，直接上号！

一、从EchoServer示例入手

示例从哪里来？任何开源框架都会有自己的示例代码，Netty源码也不例外，如模块netty-example中就包括了最常见的EchoServer示例，下面通过这个示例进入服务端启动流程篇章。

代码语言：javascript复制
public final class EchoServer {

    static final boolean SSL = System.getProperty("ssl") != null;
    static final int PORT = Integer.parseInt(System.getProperty("port", "8007"));

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        // Configure SSL.
        final SslContext sslCtx;
        if (SSL) {
            SelfSignedCertificate ssc = new SelfSignedCertificate();
            sslCtx = SslContextBuilder.forServer(ssc.certificate(), ssc.privateKey()).build();
        } else {
            sslCtx = null;
        }

        // 1. 声明Main-Sub Reactor模式线程池:EventLoopGroup
        // Configure the server.
        EventLoopGroup bossGroup = new NioEventLoopGroup(1);
        EventLoopGroup workerGroup = new NioEventLoopGroup();
        // 创建 EchoServerHandler 对象
        final EchoServerHandler serverHandler = new EchoServerHandler();
        try {
            // 2. 声明服务端启动引导器,并设置相关属性
            ServerBootstrap b = new ServerBootstrap();
            b.group(bossGroup, workerGroup)
             .channel(NioServerSocketChannel.class)
             .option(ChannelOption.SO_BACKLOG, 100)
             .handler(new LoggingHandler(LogLevel.INFO))
             .childHandler(new ChannelInitializer<SocketChannel>() {
                 @Override
                 public void initChannel(SocketChannel ch) throws Exception {
                     ChannelPipeline p = ch.pipeline();
                     if (sslCtx != null) {
                         p.addLast(sslCtx.newHandler(ch.alloc()));
                     }
                     //p.addLast(new LoggingHandler(LogLevel.INFO));
                     p.addLast(serverHandler);
                 }
             });

            // 3. 绑定端口即启动服务端，并同步等待
            // Start the server.
            ChannelFuture f = b.bind(PORT).sync();

            // 4. 监听服务端关闭，并阻塞等待
            // Wait until the server socket is closed.
            f.channel().closeFuture().sync();
        } finally {
            // 5. 优雅地关闭两个EventLoopGroup线程池 
            // Shut down all event loops to terminate all threads.
            bossGroup.shutdownGracefully();
            workerGroup.shutdownGracefully();
        }
    }
}
  1. [代码行18、19]声明Main-Sub Reactor模式线程池:EventLoopGroup

创建两个 EventLoopGroup 对象。其中，bossGroup用于服务端接受客户端的连接，workerGroup用于进行客户端的 SocketChannel 的数据读写。

(关于EventLoopGroup不是本文重点所以在后续文章中进行分析)

  1. [代码行23-39]声明服务端启动引导器,并设置相关属性

AbstractBootstrap是一个帮助类，通过方法链（method chaining）的方式，提供了一个简单易用的方式来配置启动一个Channel。io.netty.bootstrap.ServerBootstrap ，实现 AbstractBootstrap 抽象类，用于 Server 的启动器实现类。io.netty.bootstrap.Bootstrap ，实现 AbstractBootstrap 抽象类，用于 Client 的启动器实现类。如下类图所示：

代码语言：javascript复制
![AbstractBootstrap类继承.png](//p3-juejin.byteimg.com/tos-cn-i-k3u1fbpfcp/d877706356d4427a9afd4b13d7177142~tplv-k3u1fbpfcp-zoom-1.image)

(在EchoServer示例代码中，我们看到 ServerBootstrap 的 group、channel、option、childHandler 等属性链式设置都放到关于AbstractBootstrap体系代码中详细介绍。)

  1. [代码行43]绑定端口即启动服务端，并同步等待

先调用 #bind(int port) 方法，绑定端口，后调用 ChannelFuture#sync() 方法，阻塞等待成功。对于bind操作就是本文要详细介绍的"服务端启动流程"。

  1. [代码行47]监听服务端关闭，并阻塞等待

先调用 #closeFuture() 方法，监听服务器关闭，后调用 ChannelFuture#sync() 方法，阻塞等待成功。 注意，此处不是关闭服务器，而是channel的监听关闭。

  1. [代码行51、52]优雅地关闭两个EventLoopGroup线程池

finally代码块中执行说明服务端将最终关闭，所以调用 EventLoopGroup#shutdownGracefully() 方法，分别关闭两个EventLoopGroup对象，终止所有线程。

二、服务启动过程

在服务启动过程的源码分析之前，这里回顾一下我们在通过JDK NIO编程在服务端启动初始的代码：

代码语言：javascript复制
 serverSocketChannel = ServerSocketChannel.open();
 serverSocketChannel.configureBlocking(false);
 serverSocketChannel.socket().bind(new InetSocketAddress(port), 1024);
 selector = Selector.open();
 serverSocketChannel.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT);

这5行代码标示一个最为熟悉的过程：

  • 打开serverSocketChannel
  • 配置非阻塞模式
  • 为channel的socket绑定监听端口
  • 创建Selector
  • 将serverSocketChannel注册到 selector

后面等分析完Netty的启动过程后，会对这些步骤有一个新的认识。在EchoServer示例中，进入 #bind(int port) 方法，AbstractBootstrap#bind()其实有多个方法，方便不同地址参数的传递，实际调用的方法是AbstractBootstrap#doBind(final SocketAddress localAddress) 方法，代码如下：

代码语言：javascript复制
private ChannelFuture doBind(final SocketAddress localAddress) {
        final ChannelFuture regFuture = initAndRegister();
        final Channel channel = regFuture.channel();
        if (regFuture.cause() != null) {
            return regFuture;
        }

        if (regFuture.isDone()) {
            // At this point we know that the registration was complete and successful.
            ChannelPromise promise = channel.newPromise();
            doBind0(regFuture, channel, localAddress, promise);
            return promise;
        } else {
            // Registration future is almost always fulfilled already, but just in case it's not.
            final PendingRegistrationPromise promise = new PendingRegistrationPromise(channel);
            regFuture.addListener(new ChannelFutureListener() {
                @Override
                public void operationComplete(ChannelFuture future) throws Exception {
                    Throwable cause = future.cause();
                    if (cause != null) {
                        // Registration on the EventLoop failed so fail the ChannelPromise directly to not cause an
                        // IllegalStateException once we try to access the EventLoop of the Channel.
                        promise.setFailure(cause);
                    } else {
                        // Registration was successful, so set the correct executor to use.
                        // See https://github.com/netty/netty/issues/2586
                        promise.registered();

                        doBind0(regFuture, channel, localAddress, promise);
                    }
                }
            });
            return promise;
        }
}
  • [代码行2] ：调用 #initAndRegister() 方法，初始化并注册一个 Channel 对象。因为注册是异步的过程，所以返回一个 ChannelFuture 对象。详细解析，见 「initAndRegister()」。
  • [代码行4-6]]：若发生异常，直接进行返回。
  • [代码行9-34]：因为注册是异步的过程，有可能已完成，有可能未完成。所以实现代码分成了【第 10 至 14 行】和【第 15 至 36 行】分别处理已完成和未完成的情况。
    • 核心在[第 11 、29行]，调用 #doBind0(final ChannelFuture regFuture, final Channel channel, final SocketAddress localAddress, final ChannelPromise promise) 方法，绑定 Channel 的端口，并注册 Channel 到 SelectionKey 中。
    • 如果异步注册对应的 ChanelFuture 未完成，则调用 ChannelFuture#addListener(ChannelFutureListener) 方法，添加监听器，在注册完成后，进行回调执行 #doBind0(...) 方法的逻辑。

通过doBind方法可以知道服务端启动流程大致如下几个步骤：

1. 创建Channel

从#doBind(final SocketAddress localAddress)进入到initAndRegister():

代码语言：javascript复制
 final ChannelFuture initAndRegister() {
     Channel channel = null;
     try {
         channel = channelFactory.newChannel();
         init(channel);
     } catch (Throwable t) {
         if (channel != null) {
             // channel can be null if newChannel crashed (eg SocketException("too many open files"))
             channel.unsafe().closeForcibly();
             // as the Channel is not registered yet we need to force the usage of the GlobalEventExecutor
             return new DefaultChannelPromise(channel, GlobalEventExecutor.INSTANCE).setFailure(t);
         }
         // as the Channel is not registered yet we need to force the usage of the GlobalEventExecutor
         return new DefaultChannelPromise(new FailedChannel(), GlobalEventExecutor.INSTANCE).setFailure(t);
     }

     ChannelFuture regFuture = config().group().register(channel);
     if (regFuture.cause() != null) {
         if (channel.isRegistered()) {
             channel.close();
         } else {
             channel.unsafe().closeForcibly();
         }
     }

     return regFuture;
}

[代码行4]调用 ChannelFactory#newChannel() 方法，创建Channel对象。 ChannelFactory类继承如下：

可以在ChannelFactory注释看到@deprecated Use {@link io.netty.channel.ChannelFactory} instead.，这里只是包名的调整，对于继承结构不变。netty默认使用ReflectiveChannelFactory，我们可以看到重载方法：

代码语言：javascript复制
@Override
public T newChannel() {
    try {
        return constructor.newInstance();
    } catch (Throwable t) {
        throw new ChannelException("Unable to create Channel from class "   constructor.getDeclaringClass(), t);
    }
}

很明显，正如其名是通过反射机制构造Channel对象实例的。constructor是在其构造方法初始化的：this.constructor = clazz.getConstructor();这个clazz按理说应该是我们要创建的Channel的Class对象。那Class对象是什么呢？我们接着看channelFactory是怎么初始化的。

首先在AbstractBootstrap找到如下代码：

代码语言：javascript复制
@Deprecated
public B channelFactory(ChannelFactory<? extends C> channelFactory) {
    ObjectUtil.checkNotNull(channelFactory, "channelFactory");
    if (this.channelFactory != null) {
        throw new IllegalStateException("channelFactory set already");
    }

    this.channelFactory = channelFactory;
    return self();
}

调用这个方法的递推向上看到：

代码语言：javascript复制
public B channel(Class<? extends C> channelClass) {
    return channelFactory(new ReflectiveChannelFactory<C>(
        ObjectUtil.checkNotNull(channelClass, "channelClass")
    ));
}

这个方法正是在EchoServer中ServerBootstrap链式设置时调用.channel(NioServerSocketChannel.class)的方法。我们看到，channelClass就是NioServerSocketChannel.class，channelFactory也是以ReflectiveChannelFactory作为具体实例，并且将NioServerSocketChannel.class作为构造参数传递初始化的，所以这回答了反射机制构造的是io.netty.channel.socket.nio.NioServerSocketChannel对象。

继续看NioServerSocketChannel构造方法逻辑做了什么事情，看之前先给出NioServerSocketChannel类继承关系：

NioServerSocketChannel与NioSocketChannel分别对应服务端和客户端，公共父类都是AbstractNioChannel和AbstractChannel，下面介绍创建过程可以参照这个Channel类继承图。进入NioServerSocketChannel构造方法：

代码语言：javascript复制
/**
  * Create a new instance
  */
public NioServerSocketChannel() {
    this(newSocket(DEFAULT_SELECTOR_PROVIDER));
}

点击newSocket进去：

代码语言：javascript复制
private static ServerSocketChannel newSocket(SelectorProvider provider) {
    try {
        /**
          *  Use the {@link SelectorProvider} to open {@link SocketChannel} and so remove condition in
          *  {@link SelectorProvider#provider()} which is called by each ServerSocketChannel.open() otherwise.
          *
          *  See <a href="https://github.com/netty/netty/issues/2308">#2308</a>.
          */
        return provider.openServerSocketChannel();
    } catch (IOException e) {
        throw new ChannelException(
            "Failed to open a server socket.", e);
    }
}

以上传进来的provider是DEFAULT_SELECTOR_PROVIDER即默认的java.nio.channels.spi.SelectorProvider，[代码行9]就是熟悉的jdk nio创建ServerSocketChannel。这样newSocket(DEFAULT_SELECTOR_PROVIDER)就返回了结果ServerSocketChannel，回到NioServerSocketChannel()#this()点进去：

代码语言：javascript复制
/**
  * Create a new instance using the given {@link ServerSocketChannel}.
  */
public NioServerSocketChannel(ServerSocketChannel channel) {
    super(null, channel, SelectionKey.OP_ACCEPT);
    config = new NioServerSocketChannelConfig(this, javaChannel().socket());
}

以上super代表父类AbstractNioMessageChannel构造方法，点进去看到：

代码语言：javascript复制
 /**
   * @see AbstractNioChannel#AbstractNioChannel(Channel, SelectableChannel, int)
   */
protected AbstractNioMessageChannel(Channel parent, SelectableChannel ch, int readInterestOp) {
    super(parent, ch, readInterestOp);
}

以上super代表父类AbstractNioChannel构造方法，点进去看到：

代码语言：javascript复制
 protected AbstractNioChannel(Channel parent, SelectableChannel ch, int readInterestOp) {
     super(parent);
     this.ch = ch;
     this.readInterestOp = readInterestOp;
     try {
         ch.configureBlocking(false);
     } catch (IOException e) {
         try {
             ch.close();
         } catch (IOException e2) {
             if (logger.isWarnEnabled()) {
                 logger.warn("Failed to close a partially initialized socket.", e2);
             }
         }

         throw new ChannelException("Failed to enter non-blocking mode.", e);
     }
}

以上[代码行3]将ServerSocketChannel保存到了AbstractNioChannel#ch成员变量，在上面提到的NioServerSocketChannel构造方法的[代码行6]javaChannel()拿到的就是ch保存的ServerSocketChannel变量。

以上[代码行6]就是熟悉的jdk nio编程设置ServerSocketChannel非阻塞方式。这里还有super父类构造方法，点击进去看到：

代码语言：javascript复制
 protected AbstractChannel(Channel parent) {
     this.parent = parent;
     id = newId();
     unsafe = newUnsafe();
     pipeline = newChannelPipeline();
}

以上构造方法中：

  • parent 属性，代表父 Channel 对象。对于NioServerSocketChannel的 parent 为null。
  • id 属性，Channel 编号对象。在构造方法中，通过调用 #newId() 方法进行创建。（这里不细展开Problem-1）
  • unsafe 属性，Unsafe 对象。因为Channel 真正的具体操作，是通过调用对应的 Unsafe 对象实施。所以需要在构造方法中，通过调用 #newUnsafe() 方法进行创建。这里的 Unsafe 并不是我们常说的 jdk自带的sun.misc.Unsafe ，而是 io.netty.channel.Channel#Unsafe。（这里不细展开Problem-2）
  • pipeline属性默认是DefaultChannelPipeline对象，赋值后在后面为channel绑定端口的时候会用到

通过以上创建channel源码过程分析，总结的流程时序图如下：

2. 初始化Channel

回到一开始创建Channel的initAndRegister()入口方法，在创建Channel后紧接着init(channel)进入初始化流程，因为是服务端初始化，所以是ServerBootstrap#init(Channel channel)，代码如下：

代码语言：javascript复制
@Override
void init(Channel channel) throws Exception {
    final Map<ChannelOption<?>, Object> options = options0();
    synchronized (options) {
        setChannelOptions(channel, options, logger);
    }

    final Map<AttributeKey<?>, Object> attrs = attrs0();
    synchronized (attrs) {
        for (Entry<AttributeKey<?>, Object> e: attrs.entrySet()) {
            @SuppressWarnings("unchecked")
            AttributeKey<Object> key = (AttributeKey<Object>) e.getKey();
            channel.attr(key).set(e.getValue());
        }
    }

    ChannelPipeline p = channel.pipeline();

    final EventLoopGroup currentChildGroup = childGroup;
    final ChannelHandler currentChildHandler = childHandler;
    final Entry<ChannelOption<?>, Object>[] currentChildOptions;
    final Entry<AttributeKey<?>, Object>[] currentChildAttrs;
    synchronized (childOptions) {
        currentChildOptions = childOptions.entrySet().toArray(newOptionArray(0));
    }
    synchronized (childAttrs) {
        currentChildAttrs = childAttrs.entrySet().toArray(newAttrArray(0));
    }

    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));
                }
            });
        }
    });
}
  • [代码 3 - 6 行]： options0()方法返回的options保存了用户在EchoServer中设置自定义的可选项集合，这样ServerBootstrap将配置的选项集合，设置到了 Channel 的可选项集合中。
  • [代码 8 - 15 行]： attrs0()方法返回的attrs保存了用户在EchoServer中设置自定义的属性集合，这样ServerBootstrap将配置的属性集合，设置到了 Channel 的属性集合中。
  • [代码21-28行]：通过局部变量currentChildOptions和currentChildAttrs保存了用户自定义的childOptions和childAttrs，用于[代码43行] ServerBootstrapAcceptor 构造方法。
  • [代码30-47]]：创建ChannelInitializer 对象，添加到 pipeline 中，用于后续初始化 ChannelHandler 到 pipeline 中,包括用户在EchoServer配置的LoggingHandler和创建的创建 ServerBootstrapAcceptor 对象。
    • [代码行34-37]：添加启动器配置的 LoggingHandler到pipeline 中。
    • [代码行39-45]：创建 ServerBootstrapAcceptor 对象，添加到 pipeline 中。从名字上就可以看出来，ServerBootstrapAcceptor 也是一个 ChannelHandler 实现类，专门用于接受客户端的新连接请求，把新的请求扔给某个事件循环器，我们先不做过多分析。我们发现是使用EventLoop.execute 执行添加的过程，这是为什么呢？同样记录问题(Problem-3)
    • 需要说明的是pipeline 在之前介绍Netty核心组件的时候提到是一个包含ChannelHandlerContext的双向链表，每一个context对于唯一一个ChannelHandler，这里初始化后，ChannelPipeline里就是如下一个结构：

3. 注册Channel

初始化Channel一些基本配置和属性完毕后，回到一开始创建Channel的initAndRegister()入口方法，在初始化Channel后紧接着[代码行17] ChannelFuture regFuture = config().group().register(channel);明显这里是通过EventLoopGroup进入注册流程(EventLoopGroup体系将在后续文章讲解)

在EchoServer中启动器同样通过ServerBootstrap#group()设置了NioEventLoopGroup，它继承自MultithreadEventLoopGroup，所以注册流程会进入MultithreadEventLoopGroup重载的register(Channel channel)方法，代码如下：

代码语言：javascript复制
@Override
public ChannelFuture register(Channel channel) {
    return next().register(channel);
}

这里会调用 next() 方法选择出来一个 EventLoop 来注册 Channel，里面实际上使用的是一个叫做 EventExecutorChooser 的东西来选择，它实际上又有两种实现方式 ——PowerOfTwoEventExecutorChooser 和 GenericEventExecutorChooser，本质上就是从 EventExecutor 数组中选择一个 EventExecutor，我们这里就是 NioEventLoop，那么，它们有什么区别呢？（Problem-4:在介绍EventLoopGroup体系的后续文章中将会详细讲解，这里简单地提一下，本质都是按数组长度取余数 ，不过，2 的 N 次方的形式更高效。）

接着，来到 NioEventLoop 的 register(channel) 方法，你会不会问找不到该方法？提示NioEventLoop 继承SingleThreadEventLoop，所以父类方法：

代码语言：javascript复制
@Override
public ChannelFuture register(Channel channel) {
    return register(new DefaultChannelPromise(channel, this));
}

@Override
public ChannelFuture register(final ChannelPromise promise) {
    ObjectUtil.checkNotNull(promise, "promise");
    promise.channel().unsafe().register(this, promise);
    return promise;
}

可以看到，先创建了一个叫做 ChannelPromise 的东西，它是 ChannelFuture 的子类。[代码行9]又调回了 Channel 的 Unsafe 的 register () 方法，这里第一个参数是 this，也就是 NioEventLoop，第二个参数是刚创建的 ChannelPromise。

点击 AbstractUnsafe#register(EventLoop eventLoop, final ChannelPromise promise) 方法进去，代码如下：

代码语言：javascript复制
 public final void register(EventLoop eventLoop, final ChannelPromise promise) {
     if (eventLoop == null) {
         throw new NullPointerException("eventLoop");
     }
     if (isRegistered()) {
         promise.setFailure(new IllegalStateException("registered to an event loop already"));
         return;
     }
     if (!isCompatible(eventLoop)) {
         promise.setFailure(
             new IllegalStateException("incompatible event loop type: "   eventLoop.getClass().getName()));
         return;
     }

     AbstractChannel.this.eventLoop = eventLoop;

     if (eventLoop.inEventLoop()) {
         register0(promise);
     } else {
         try {
             eventLoop.execute(new Runnable() {
                 @Override
                 public void run() {
                     register0(promise);
                 }
             });
         } catch (Throwable t) {
             logger.warn(
                 "Force-closing a channel whose registration task was not accepted by an event loop: {}",
                 AbstractChannel.this, t);
             closeForcibly();
             closeFuture.setClosed();
             safeSetFailure(promise, t);
         }
     }
}

[代码行15]这行代码是设置 Channel 的 eventLoop 属性。这行前面的代码主要是在校验传入的 eventLoop 参数非空，校验是否有注册过以及校验 Channel 和 eventLoop 类型是否匹配。

[代码18、24]接着，跟踪到 AbstractUnsafe#register0(ChannelPromise promise) 方法中：

代码语言：javascript复制
private void register0(ChannelPromise promise) {
    try {
        // check if the channel is still open as it could be closed in the mean time when the register
        // call was outside of the eventLoop
        if (!promise.setUncancellable() || !ensureOpen(promise)) {
            return;
        }
        boolean firstRegistration = neverRegistered;
        doRegister();
        neverRegistered = false;
        registered = true;

        // Ensure we call handlerAdded(...) before we actually notify the promise. This is needed as the
        // user may already fire events through the pipeline in the ChannelFutureListener.
        pipeline.invokeHandlerAddedIfNeeded();

        safeSetSuccess(promise);
        pipeline.fireChannelRegistered();
        // Only fire a channelActive if the channel has never been registered. This prevents firing
        // multiple channel actives if the channel is deregistered and re-registered.
        if (isActive()) {
            if (firstRegistration) {
                pipeline.fireChannelActive();
            } else if (config().isAutoRead()) {
                // This channel was registered before and autoRead() is set. This means we need to begin read
                // again so that we process inbound data.
                //
                // See https://github.com/netty/netty/issues/4805
                beginRead();
            }
        }
    } catch (Throwable t) {
        // Close the channel directly to avoid FD leak.
        closeForcibly();
        closeFuture.setClosed();
        safeSetFailure(promise, t);
    }
}

[代码行9]进入 AbstractNioChannel#doRegister() 方法：

代码语言：javascript复制
protected void doRegister() throws Exception {
    boolean selected = false;
    for (;;) {
        try {
            selectionKey = javaChannel().register(eventLoop().unwrappedSelector(), 0, this);
            return;
        } catch (CancelledKeyException e) {
            if (!selected) {
                // Force the Selector to select now as the "canceled" SelectionKey may still be
                // cached and not removed because no Select.select(..) operation was called yet.
                eventLoop().selectNow();
                selected = true;
            } else {
                // We forced a select operation on the selector before but the SelectionKey is still cached
                // for whatever reason. JDK bug ?
                throw e;
            }
        }
    }
}

[代码行5]关键一行代码，将 Java 原生NIO Selector与 Java 原生 NIO 的 Channel 对象(ServerSocketChannel) 绑定在一起，并将当前 Netty 的Channel通过 attachment 的形式绑定到 SelectionKey 上:

  • 调用 #unwrappedSelector() 方法，返回 Java 原生 NIO Selector 对象，而且每个NioEventLoop与Selector唯一一对应。
  • 调用 SelectableChannel#register(Selector sel, int ops, Object att) 方法，注册 Java 原生NIO 的 Channel 对象到 NIO Selector对象上。

通过以上注册channel源码分析，总结流程的时序图如下：

4. 绑定端口

注册完Channel最后回到AbstractBootstrap#doBind() 方法，分析 Channel 的端口绑定逻辑。进入doBind0代码如下：

代码语言：javascript复制
private static void doBind0(
    final ChannelFuture regFuture, final Channel channel,
    final SocketAddress localAddress, final ChannelPromise promise) {

    // This method is invoked before channelRegistered() is triggered.  Give user handlers a chance to set up
    // the pipeline in its channelRegistered() implementation.
    channel.eventLoop().execute(new Runnable() {
        @Override
        public void run() {
            if (regFuture.isSuccess()) {
                channel.bind(localAddress, promise).addListener(ChannelFutureListener.CLOSE_ON_FAILURE);
            } else {
                promise.setFailure(regFuture.cause());
            }
        }
    });
}
  • [代码行7]：在前面Channel 注册成功的条件下，调用 EventLoop执行 Channel 的端口绑定逻辑。但是，实际上当前线程已经是 EventLoop所在的线程了，为何还要这样操作呢？答案在【第 5 至 6 行】的英语注释，这里作为一个问题记着(Problem-5)。
  • [代码行11]：进入AbstractChannel#bind(SocketAddress localAddress, ChannelPromise promise)，同样立即异步返回并添加ChannelFutureListener.CLOSE_ON_FAILURE监听事件。
  • [代码行13]：如果绑定端口之前的操作并没有成功，自然也就不能进行端口绑定操作了，通过promise记录异常原因。

AbstractChannel#bind(SocketAddress localAddress, ChannelPromise promise)方法如下：

代码语言：javascript复制
 public ChannelFuture bind(SocketAddress localAddress, ChannelPromise promise) {
        return pipeline.bind(localAddress, promise);
 }

pipeline是之前创建channel的时候创建的DefaultChannelPipeline，进入该方法：

代码语言：javascript复制
 public final ChannelFuture bind(SocketAddress localAddress, ChannelPromise promise) {
        return tail.bind(localAddress, promise);
 }

[在分析初始化流程的时候最后画一个DefaultChannelPipeline内部的结构，能够便于分析后面进入DefaultChannelPipeline一系列bind方法。]

首先，tail代表TailContext，进入AbstractChannelHandlerContext# bind(final SocketAddress localAddress, final ChannelPromise promise)方法：

代码语言：javascript复制
 public ChannelFuture bind(final SocketAddress localAddress, final ChannelPromise promise) {
     //省略部分代码
     final AbstractChannelHandlerContext next = findContextOutbound(MASK_BIND);
     EventExecutor executor = next.executor();
     if (executor.inEventLoop()) {
         next.invokeBind(localAddress, promise);
     } else {
         safeExecute(executor, new Runnable() {
             @Override
             public void run() {
                 next.invokeBind(localAddress, promise);
             }
         }, promise, null);
     }
     return promise;
}

[代码行3]：findContextOutbound方法里主要是执行ctx = ctx.prev;那么得到的next就是绑定LoggingHandler的context

[代码行6]：进入invokeBind(localAddress, promise)方法并直接执行LoggingHandler#bind(this, localAddress, promise)，进入后的方法如下：

代码语言：javascript复制
 public void bind(ChannelHandlerContext ctx, SocketAddress localAddress, ChannelPromise promise) throws Exception {
     if (logger.isEnabled(internalLevel)) {
         logger.log(internalLevel, format(ctx, "BIND", localAddress));
     }
     ctx.bind(localAddress, promise);
 }

设置了LoggingHandler的日志基本级别为默认的INFO后，进行绑定操作的信息打印。接着，继续循环到AbstractChannelHandlerContext# bind(final SocketAddress localAddress, final ChannelPromise promise)方法执行ctx = ctx.prev取出HeadContext进入到bind方法：

代码语言：javascript复制
 public void bind(ChannelHandlerContext ctx, SocketAddress localAddress, ChannelPromise promise) {
     unsafe.bind(localAddress, promise);
 }

兜兜转转，最终跳出了pipeline轮回到AbstractUnsafe#bind(final SocketAddress localAddress, final ChannelPromise promise) 方法，Channel 的端口绑定逻辑。代码如下：

代码语言：javascript复制
public final void bind(final SocketAddress localAddress, final ChannelPromise promise) {
    //此处有省略...
    boolean wasActive = isActive();
    try {
        doBind(localAddress);
    } catch (Throwable t) {
        safeSetFailure(promise, t);
        closeIfClosed();
        return;
    }
    //此处有省略...
}

做实事方法doBind进入后如下：

代码语言：javascript复制
@Override
protected void doBind(SocketAddress localAddress) throws Exception {
    if (PlatformDependent.javaVersion() >= 7) {
        javaChannel().bind(localAddress, config.getBacklog());
    } else {
        javaChannel().socket().bind(localAddress, config.getBacklog());
    }
}

到了此处，服务端的 Java 原生 NIO ServerSocketChannel 终于绑定上了端口。

三、问题归纳

  • Problem-1: 创建Channel流程中AbstractChannel构造函数中为channel分配ID的算法如何实现？
  • Problem-2: AbstractChannel内部类AbstractUnsafe的作用？
  • Problem-3: 初始化channel流程中pipeline 添加ServerBootstrapAcceptor 是通过EventLoop.execute 执行添加的过程，这是为什么呢？
  • Problem-4：注册channel流程中PowerOfTwoEventExecutorChooser 和 GenericEventExecutorChooser的区别和优化原理？
  • Problem-5：绑定端口流程中调用 EventLoop执行 Channel 的端口绑定逻辑。但是，实际上当前线程已经是 EventLoop所在的线程了，为何还要这样操作呢？

小结

通过对Netty服务端启动流程源码分析，我们发现了在使用NIO的模式下，服务端启动流程其实就是封装了JDK NIO编程在服务端启动的流程。只不过对原生JDK NIO进行了增强和优化，同时从架构设计上简化了服务端流程的编写。

最重要的是感谢彤哥、艿艿和俞超-闪电侠这些大佬前期的分享，能够让更多人学习源码的旅途少走很多弯路，谢谢！

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