引言

说起Netty，可能很多开发者并没有使用经验，但是我敢说，在你使用的框架中，一定有他的身影，比如(RocketMQ,redisson,dubbo,motan,Elasticsearch......想了解更多使用Netty的项目? –> 戳这里 ), 在本文中，我们将以通俗易懂的方式，讲清楚每一个组件的职责和作用。

因为Netty是基于Java中NIO的封装，其本质还是使用到了Java中的NIO,所以我们先来了解下NIO的几个组件Channel ,Selector 和 ByteBuffer

1、Java NIO 三剑客 `Channel` ,`Selector` 和 `ByteBuffer`

1.1、 Java NIO 的 Channel

可以简单理解为一条连接(短连接 or 长连接)，或者有人叫它通道，也没问题。

1.2、Selector选择器

每一个连接在创建后将会注册（必须是实现了SelectableChannel的连接才可以注册到selector中）到某一个选择器（selector）上，然后轮询选择器上IO已经就绪的channel，将某批IO就绪的channel对应的selectKey (在注册时候就将某个channel与某个SelectedKey绑定的) 添加进selectedKeys这个set集合中去，后续轮询则是对该selectedKeys轮询，取出对应的selectedKey上的channel,然后读取channel的数据到byteBuffer中，接着我们可以从byteBuffer缓冲区读取数据，并进行业务处理。

1.3、ByteBuffer缓冲区

本质上是一个内存块，既可以写入数据，也可以从中读取数据，其提供了三个重要的成员属性：capacity（容量）、position（读写位置）、limit（读写的限制）对于byteBuffer，我们点到为止，知道他是干什么的就行了，对其怎么使用以及api，我们暂时不做过多展开，因为这个类的使用还是有点复杂的，一两句话也很难解释清。

1.4、(补充说明) selector可以监听的事件类型

需要说明的是，在channel注册到selector时候，会传入一个参数即ops,代表这个选择器对哪些事件感兴趣，直白些就是：指定选择器要监控的IO事件类型包括：

（1）可读：SelectionKey.OP_READ
（2）可写：SelectionKey.OP_WRITE
（3）连接：SelectionKey.OP_CONNECT
（4）接收：SelectionKey.OP_ACCEPT

什么是IO事件呢？这个概念容易混淆，这里特别说明一下。这里的IO事件不是对通道的IO操作，而是通道的某个IO操作的一种就绪状态，表示通道具备完成某个IO操作的条件。比方说，某个SocketChannel通道，完成了和对端的握手连接，则处于“连接就绪”（OP_CONNECT）状态。再比方说，某个ServerSocketChannel服务器通道，监听到一个新连接的到来，则处于“接收就绪”（OP_ACCEPT）状态。还比方说，一个有数据可读的SocketChannel通道，处于“读就绪”（OP_READ）状态；一个等待写入数据的，处于“写就绪”（OP_WRITE）状态

在讲解各个组件之前，我们需要先了解Netty是怎么工作的，以及每个环节都干了什么。这样我们从整体上有了自己的认识后，再去了解其每一个节点上的组件，我想这样会更好一些。

2、Netty线程模型（让我们知道Netty是如何工作的）

对于在上篇文章中【Netty系列_1】Netty简介与I/O&线程模型介绍的三种Reactor线程模型，Netty可以说是都支持。下面我们主要看基于Reactor主从多线程模型下的Netty线程模型（在实际开发中，也是这种模型更多一些）

2.2、基于Reactor主从多线程模型下的Netty工作示意图

2.3、父子通道说明和对上图的解释

2.3.1、父子通道说明

在解释前，有必要说一下常用的两种Channel，即 ServerSocketChannel和SocketChannel

ServerSocketChannel对应的socket描述符是连接监听类型。连接监听类型的socket描述符，一般放在服务器端，它负责接收客户端的套接字连接，在服务器端，一个“连接监听类型”的socket描述符可以接受（Accept）成千上万的传输类的socket描述符，而SocketChannel对应的socket描述符是传输数据类型。传输类的socket描述符负责传输数据。同一条TCP的Socket传输链路(即连接)，在服务器和客户端，都分别会有一个与之相对应的数据传输类型的socket描述符这也是为什么ServerSocketChannel只在启动时创建一次，而SocketChannel则是新来个连接，就需要新建一个SocketChannel（在做Netty调优时候，我们有一招就是扩大系统（例如Linux）的文件描述符数量,其实这里的文件描述符，就是传输类型的文件描述符）

在Netty中，将有接收关系的ServerSocketChannel和SocketChannel，叫作父子通道。其中，NioServerSocketChannel负责服务器连接监听和接收，也叫父通道（Parent Channel）。而NioSocketChannel传输类通道，叫做子通道（Child Channel）

2.3.2、对上图的解释（重要）

boss group 用于监听客户端连接，如果轮询到父通道（ServerSocketChannel）中有接收就绪 即accept类的IO 事件，那么将会添加该父通道所绑定的selectKey到selectedKeys中，并通过while循环对selectedKeys进行轮询，只要selectedKeys有元素，那么就调用processSelectedKeys方法，之后将其添加到taskQueue队列，然后执行runAllTasks 并创建子通道（SocketChannel）并且将创建好的SocketChannel传递并注册到worker group的某个NioEventLoop的selector中，用于后续的read / write等操作
worker group用于处理每一个连接发生的读写IO事件,worker group中的 NioEventLoop 会通过while循环轮询绑定到自身的SocketChannel(实际上就是轮询selectedKeys），获取已经注册并且有I/O事件就绪的（例如:read/write/心跳……）SocketChannel ，然后在NioEventLoop的 I/O事件处理(processSelectedKeys) 阶段分发给(通过runAllTasks)对应的ChannelPipeline进行处理,而ChannelPipeLine则是在我们程序中自己定义的通过ServerBootstrap的childHandler方法，将某SocketChannel与ChannelPipeLine建立绑定关系，在ChannelPipeLine中，我们可以设置各种各样的ChannelHandler，例如(HttpServerCodec,LoggingHandler,HttpObjectAggregator,IdleStateHandler,WebSocketServerCompressionHandler,ChunkedWriteHandler) 或者我们自定义的处理业务逻辑的ChannelHandler，到此时，我们开始在自定义的ChannelHandler中处理业务逻辑了。

3、Channel（注意是Netty包下的，不是Java NIO包下的）

Netty中的channel的作用，本质和JavaNIO中的channel的作用是一样的。
我们可以简单认为他就是一条网络连接，或者说一个通道。而连接（通道）是TCP通信必不可少的，由它负责同对端进行网络通信，可以写入数据到对端，也可以从对端读取数据，由此可见Channel是网络通信重点中的重点

3.1、 Channel的构造方法

parent 父通道 SocketChannel的父通道为ServerSocketChannel,而ServerSocketChannel的父通道是null 因为它本身就是父通道,
每个通道都有唯一的ID
unsafe 完成底层的实际I/O操作
每个通道都有对应的ChannelPipeline用于处理该通道对应的I/O事件

protected AbstractChannel(Channel parent) {
    //父通道 SocketChannel的父通道为ServerSocketChannel(连接), ServerSocketChannel的父通道为null
    this.parent = parent;
    //每个通道都有唯一的ID
    this.id = this.newId();
    //完成底层的IO操作
    this.unsafe = this.newUnsafe();
    //每个通道都有对应的ChannelPipeline用于处理该通道对应的IO事件
    this.pipeline = this.newChannelPipeline();
}
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3.2、 Channel的常用方法

ChannelFuture connect(SocketAddress address) ：连接远程服务器。方法的参数为远程服务器的地址，调用后会立即返回，返回值为负责连接操作的异步任务ChannelFuture。此方法在客户端的传输通道使用。
ChannelFuture bind(SocketAddress address) ：绑定监听地址，开始监听新的客户端连接。此方法在服务器的新连接监听和接收通道使用。
ChannelFuture close() ：关闭通道连接，返回连接关闭的ChannelFuture异步任务。如果需要在连接正式关闭后执行其他操作，则需要为异步任务设置回调方法；或者调用ChannelFuture异步任务的sync() 方法来阻塞当前线程，一直等到通道关闭的异步任务执行完毕。
Channel read() 此方法的作用为：读取通道数据，并且启动入站处理。具体来说，从内部的Java NIO Channel通道读取数据，然后启动内部的Pipeline流水线，开启数据读取的入站处理。此方法返回通道自身, 用于链式调用。
ChannelFuture write(Object o) 此方法的作用为：启程出站流水处理，把处理后的最终数据写到底层Java NIO通道。此方法的返回值为出站处理的异步处理任务。
Channel flush() 此方法的作用为：将缓冲区中的数据立即写出到对端。并不是每一次write操作都是将数据直接写出到对端，write操作的作用在大部分情况下仅仅是写入到操作系统的缓冲区，操作系统会将根据缓冲区的情况，决定什么时候把数据写到对端。而执行flush()方法立即将缓冲区的数据写到对端。

上述6种方法，都是比较常见的方法。在Channel接口中以及各种通道的实现类中，还定义了大量的通道操作方法，具体还有哪些感兴趣可以看看Netty的源码。

4、ChannelPipeline

4.1、 ChannelPipeline 概念解释

每条通道内部都有一条流水线（Pipeline）将ChannelHandler装配起来。Netty的业务处理器流水线ChannelPipeline是基于责任链设计模式来设计的，内部是一个双向链表结构，能够支持动态地添加和删除ChannelHandler处理器。另外值的注意的是处理器还分为入站处理器和出站处理器，入站处理器实现ChannelInboundHandler,出站处理器实现ChannelOutboundHandler,入站处理器复制处理流入(如read)的数据，出站处理器负责流出（如write）的数据

4.2 给某个SocketChannel 设置 ChannelHandler链，即（ChannelPipeline）

我们可以往SocketChannel的channelPipeLine中添加各种各样的channelHandler包括编解码，拆包粘包处理以及我们处理业务的channelHandler都是在此处添加的如下图：
在设置好各种各样的channelHandler后，假如从某个socketChannel中读到数，那么将会根据设置的channelHandler的顺序，先后执行（注意，这里的先后执行是有条件的，即先执行入站，再执行出站类型的channelHandler
- 举个例子，如果你往某个socketChannel对应的channelPipeline中先后添channelHandlerA , channelHandlerB, channelHandlerC,channelHandlerD 而channelC是出站类型的处理器， A B D是入站类的处理器，那么数据的流经顺序是A->B>D然后如果有出站事件比如 write, 那么才会流经 channelHandlerC

4.3、截断ChannelPipeline

值的注意的是入站处理器是可以被截断的 (出站如果截断将会报错哦！)，这里我们以channelRead0方法为例，看看如何截断入站处理流程

4.3.1、可以看到截断入站处理器有两种方式如下：

不调用 super.channelRead(ctx,msg);
不调用 ctx.fireChannelRead(msg);

4.4、动态删除ChannelPipeline中的某个ChannelHandler (很实用的一个特性)

事实上，我们可以把channelHandler看成是一段相对聚合的业务逻辑 channelPipeline是把这些个较内聚的handler编排成一个流程链，比如我们可以把权限认证做成一个channelHandler,把数据的读取，处理做成一个channelHandler,假如我们第一次登录走了权限认证的channelHandler，那么下次该连接的数据再入站时，其实是没必要再次做权限认证的，我们只有判断其登录成功，就放行其进行后续的业务处理就好了，那么有没有什么方法，动态热插拔channelHandler呢（也就是说在登录后，如何移除权限的channelHandler呢）？
见下图：

另外如果你阅读过源码，那么可以得知 ChannelInitializer本质上也是一个ChannelInboundHandler,在ChannelInitializer类的initChannel方法中，就调用了remove把他自己给移除了，很明显，在第一次给某个连接设置好一些channelHandler后，下次就不需要再设置啦，所以他把自己给移除了。

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 {
          //移除自己
          this.remove(ctx);
      }

      return true;
  } else {
      return false;
  }
}
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5、ChannelHandler

ChannelHandler主要任务为：数据包解码 decode、(read)后的业务处理 、目标数据编码 encode、把数据包写到通道中即（write）
上边我们也说了，我们可以把channelHandler看成是一段相对聚合的业务逻辑。比如编码我们可以搞一个继承ChannelOutBoundHandler的handler,解码我们可以搞一个继承ChannelInboundHandler的handler

5.1、两种ChannelHandler

入站处理 触发的方向为：自底向上，即从网卡读取到数据后，再到Netty的内部（如通道）然后进入ChannelInboundHandler入站处理器。
出站处理 触发的方向为：自顶向下，从ChannelOutboundHandler出站处理器到Netty的内部（如通道）。按照这种方向来分，前面数据包解码、业务处理两个环节——属于入站处理器的工作；后面目标数据编码、把数据包写到通道中两个环节——属于出站处理器的工作

5.1.1、ChannelInboundHandler 入站处理器常用方法

public interface ChannelInboundHandler extends ChannelHandler {
    // 
    void channelRegistered(ChannelHandlerContext var1) throws Exception;

    void channelUnregistered(ChannelHandlerContext var1) throws Exception;

    void channelActive(ChannelHandlerContext var1) throws Exception;

    void channelInactive(ChannelHandlerContext var1) throws Exception;

    void channelRead(ChannelHandlerContext var1, Object var2) throws Exception;

    void channelReadComplete(ChannelHandlerContext var1) throws Exception;

    void userEventTriggered(ChannelHandlerContext var1, Object var2) throws Exception;

    void channelWritabilityChanged(ChannelHandlerContext var1) throws Exception;

    void exceptionCaught(ChannelHandlerContext var1, Throwable var2) throws Exception;
}
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channelRegistered
当通道注册完成后，Netty会调用fireChannelRegistered，触发通道注册事件。通道会启动该入站操作的流水线处理，在通道注册过的入站处理器Handler的channelRegistered方法，会被调用到
channelActive 当通道激活完成后，Netty会调用fireChannelActive，触发通道激活事件。通道会启动该入站操作的流水线处理，在通道注册过的入站处理器Handler的channelActive方法，会被调用到
channelRead 当通道缓冲区可读，Netty会调用fireChannelRead，触发通道可读事件。通道会启动该入站操作的流水线处理，在通道注册过的入站处理器Handler的channelRead方法，会被调用到。
channelReadComplete 当通道缓冲区读完，Netty会调用fireChannelReadComplete，触发通道读完事件。通道会启动该入站操作的流水线处理，在通道注册过的入站处理器Handler的channelReadComplete方法，会被调用到。
channelInactive 当连接被断开或者不可用，Netty会调用fireChannelInactive，触发连接不可用事件。通道会启动对应的流水线处理，在通道注册过的入站处理器Handler的channelInactive方法，会被调用到。
exceptionCaught 当通道处理过程发生异常时，Netty会调用fireExceptionCaught，触发异常捕获事件。通道会启动异常捕获的流水线处理，在通道注册过的处理器Handler的exceptionCaught方法，会被调用到。注意，这个方法是在通道处理器中ChannelHandler定义的方法，入站处理器、出站处理器接口都继承到

5.1.2、ChannelOutBoundHandler 出站处理器常用方法

public interface ChannelOutboundHandler extends ChannelHandler {
    void bind(ChannelHandlerContext var1, SocketAddress var2, ChannelPromise var3) throws Exception;

    void connect(ChannelHandlerContext var1, SocketAddress var2, SocketAddress var3, ChannelPromise var4) throws Exception;

    void disconnect(ChannelHandlerContext var1, ChannelPromise var2) throws Exception;

    void close(ChannelHandlerContext var1, ChannelPromise var2) throws Exception;

    void deregister(ChannelHandlerContext var1, ChannelPromise var2) throws Exception;

    void read(ChannelHandlerContext var1) throws Exception;

    void write(ChannelHandlerContext var1, Object var2, ChannelPromise var3) throws Exception;

    void flush(ChannelHandlerContext var1) throws Exception;
}
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bind 监听地址（IP+端口）绑定：完成底层Java IO通道的IP地址绑定。如果使用TCP传输协议，这个方法用于服务器端
connect 连接服务端：完成底层Java IO通道的服务器端的连接操作。如果使用TCP传输协议，这个方法用于客户端。
write 写数据到底层：完成Netty通道向底层Java IO通道的数据写入操作。此方法仅仅是是写到用户进程的缓存区中，并不是完成实际的数据写入操作。
flush 处理缓冲区中的数据，把这些数据写到对端：将底层缓存区的数据腾空，立即写出到对端。
read 从底层读数据：完成Netty通道从Java IO通道的数据读取。
disConnect 断开服务器连接：断开底层Java IO通道的服务器端连接。如果使用TCP传输协议，此方法主要用于客户端