netty系列之:channel|netty系列之:channel,ServerChannel和netty中的实现 netty系列之:channel|ServerChannel和

简介
channel和ServerChannel
netty中channel的实现
- AbstractChannel和AbstractServerChannel
- LocalChannel和LocalServerChannel
总结

简介我们知道channel是netty中用于沟通ByteBuf和Event的桥梁，在netty服务的创建过程中，不管是客户端的Bootstrap还是服务器端的ServerBootstrap，都需要调用channel方法来指定对应的channel类型。
那么netty中channel到底有哪些类型呢？他们具体是如何工作的呢？一起来看看。
channel和ServerChannel Channel在netty中是一个interface，在Channel中定义了很多非常有用的方法。通常来说如果是客户端的话，对应的channel就是普通的channel。如果是服务器端的话，对应的channel就应该是ServerChannel。
那么客户端channel和服务器端channel有什么区别呢？我们先来看下ServerChannel的定义：

public interface ServerChannel extends Channel { // This is a tag interface. }

【netty系列之:channel|netty系列之:channel,ServerChannel和netty中的实现】可以看到ServerChannel继承自Channel，表示服务端的Channel也是Channel的一种。
但是很奇怪的是，你可以看到ServerChannel中并没有新增任何新的方法。也就是说ServerChannel和Channel在定义上本质是一样的。你可以把ServerChannel看做是一个tag interface而已。
那么channel和ServerChannel有什么联系呢？
我们知道在Channel中定义了一个parent方法：

Channel parent();

这个parent方法返回的是该channel的父channel。我们以最简单的LocalChannel和LocalServerChannel为例，来查看一下他们的父子关系到底是怎么创建的。
首先parent的值是通过LocalChannel和LocalServerChannel的公共父类AbstractChannel来实现的：

protected AbstractChannel(Channel parent) { this.parent = parent; id = newId(); unsafe = newUnsafe(); pipeline = newChannelPipeline(); }

对于LocalChannel来说，可以通过它的构造函数来设置parent channel：

protected LocalChannel(LocalServerChannel parent, LocalChannel peer) { super(parent); config().setAllocator(new PreferHeapByteBufAllocator(config.getAllocator())); this.peer = peer; localAddress = parent.localAddress(); remoteAddress = peer.localAddress(); }

我们知道当client端想要连接到server端的时候，需要调用client channel的connect方法，对于LocalChannel来说，它的connect方法实际上调用的是pipeline的connect方法：

public ChannelFuture connect(SocketAddress remoteAddress) { return pipeline.connect(remoteAddress); }

最终会调用LocalChannel中的LocalUnsafe.connect方法。
而在LocalUnsafe.connect方法中又会调用serverChannel.serve方法。
serverChannel的newLocalChannel方法会创建新的LocalChannel并返回：

protected LocalChannel newLocalChannel(LocalChannel peer) { return new LocalChannel(this, peer); }

这里使用newLocalChannel方法创建的LocalChannel就是serverChannel的子channel。
最后返回的LocalChannel会作为client端LocalChannel的peer channel而存在。
netty中channel的实现在netty中channel和Serverchannel有很多个实现类，用来完成不同的业务功能。
为了循序渐进一步步了解netty中channel的秘密，这里我们先来探讨一下netty中channel的基本实现LocalChannel和LocalServerChannel的工作原理。
下图是LocalChannel和LocalServerChannel的主要继承和依赖关系：

netty系列之:channel|netty系列之:channel,ServerChannel和netty中的实现

文章图片
从图中可以看到，LocalChannel继承自AbstractChannel而LocalServerChannel则继承自AbstractServerChannel。
因为ServerChannel继承自Channel,所以很自然的AbstractServerChannel又继承自AbstractChannel。
接下来，我们通过对比分析AbstractChannel和AbstractServerChannel，LocalChannel和LocalServerChannel来一探netty中channel实现的底层原理。
AbstractChannel和AbstractServerChannel AbstractChannel是对Channel的最基本的实现。先来看下AbstractChannel中都有那些功能。
首先AbstractChannel中定义了Channel接口中要返回的一些和channel相关的基本属性,包括父channel，channel id,pipline,localAddress,remoteAddress,eventLoop等,如下所示：

private final Channel parent; private final ChannelId id; private final DefaultChannelPipeline pipeline; private volatile SocketAddress localAddress; private volatile SocketAddress remoteAddress; private volatile EventLoop eventLoop; private final Unsafe unsafe;

要注意的是AbstractChannel中还有一个非常中要的Unsafe属性。
Unsafe本身就是Channel接口中定义的一个内部接口,它的作用就是为各个不同类型的transport提供特定的实现。
从名字可以看出Unsafe是一个不安全的实现，它只是在netty的源代码中使用，它是不能出现在用户代码中的。或者你可以将Unsafe看做是底层的实现，而包裹他的AbstractChannel或者其他的Channel是对底层实现的封装，对于普通用户来说，他们只需要使用Channel就可以了，并不需要深入到更底层的内容。
另外，对于Unsafe来说，除了下面几个方法之外，剩余的方法必须从 I/O thread中调用：

localAddress() remoteAddress() closeForcibly() register(EventLoop, ChannelPromise) deregister(ChannelPromise) voidPromise()

和一些基本的状态相关的数据：

private volatile boolean registered; private boolean closeInitiated;

除了基本的属性设置和读取之外，我们channel中最终要的方法主要有下面几个：

用于建立服务器端服务的bind方法：

public ChannelFuture bind(SocketAddress localAddress) { return pipeline.bind(localAddress); }

用于客户端建立和服务器端连接的connect方法：

public ChannelFuture connect(SocketAddress remoteAddress) { return pipeline.connect(remoteAddress); }

断开连接的disconnect方法：

public ChannelFuture disconnect() { return pipeline.disconnect(); }

关闭channel的close方法：

public ChannelFuture close() { return pipeline.close(); }

取消注册的deregister方法：

public ChannelFuture deregister() { return pipeline.deregister(); }

刷新数据的flush方法：

public Channel flush() { pipeline.flush(); return this; }

读取数据的read方法：

public Channel read() { pipeline.read(); return this; }

写入数据的方法：

public ChannelFuture write(Object msg) { return pipeline.write(msg); }

可以看到这些channel中的读写和绑定工作都是由和channel相关的pipeline来执行的。
其实也很好理解，channel只是一个通道，和数据相关的操作，还是需要在管道中执行。
我们以bind方法为例子，看一下AbstractChannel中的pipline是怎么实现的。
在AbstractChannel中，默认的pipeline是DefaultChannelPipeline,它的bind方法如下：

public void bind( ChannelHandlerContext ctx, SocketAddress localAddress, ChannelPromise promise) { unsafe.bind(localAddress, promise); }

这里的unsafe实际上就是AbstractChannel中的unsafe，unsafe中的bind方法最终会调用AbstractChannel中的dobind方法：

protected abstract void doBind(SocketAddress localAddress) throws Exception;

所以归根到底，如果是基于AbstractChannel的各种实现，那么只需要实现它的这些do*方法即可。
好了，AbstractChannel的介绍完毕了。我们再来看一下AbstractServerChannel。AbstractServerChannel继承自AbstractChannel并且实现了ServerChannel接口。

public abstract class AbstractServerChannel extends AbstractChannel implements ServerChannel

我们知道ServerChannel和Channel实际上是相同的，所以AbstractServerChannel只是在AbstractChannel的实现上进行了一些调整。
在AbstractServerChannel中，我们一起来观察一下AbstractServerChannel和AbstractChannel到底有什么不同。
首先是AbstractServerChannel的构造函数：

protected AbstractServerChannel() { super(null); }

构造函数中，super的parent channel是null，表示ServerChannel本身并不存在父channel，这是ServerChannel和client channel
的第一个不同之处。因为server channel可以通过worker event loop来接受client channel，所以server channel是client channel的父channel。
另外，我们还观察几个方法的实现:

public SocketAddress remoteAddress() { return null; }

对于ServerChannel来说不需要主动连接到远程的Server，所以并没有remoteAddress。
另外，因为断开连接是由client端主动调用的，所以server channel的doDisconnect会抛出不支持该操作的异常：

protected void doDisconnect() throws Exception { throw new UnsupportedOperationException(); }

同时ServerChannel只是用来负责accept和client channel建立关联关系，所以server channel本身并不支持向channel内进行的write操作,所以这个doWrite方法也是不支持的：

protected void doWrite(ChannelOutboundBuffer in) throws Exception { throw new UnsupportedOperationException(); }

最后ServerChannel只支持bind操作，所以DefaultServerUnsafe中的connect方法也会抛出UnsupportedOperationException.
LocalChannel和LocalServerChannel LocalChannel和LocalServerChannel是AbstractChannel和AbstractServerChannel的最基本的实现。从名字就可以看出来，这两个Channel是本地channel，我们来看一下这两个Channel的具体实现。
首先我们来看一下LocalChannel，LocalChannel有几点对AbstractChannel的扩展。
第一个扩展点是LocalChannel中添加了channel的几个状态：

private enum State { OPEN, BOUND, CONNECTED, CLOSED }

通过不同的状态，可以对channel进行更加细粒度的控制。
另外LocalChannel中添加了一个非常重要的属性：

private volatile LocalChannel peer;

因为LocalChannel表示的是客户端channel，所以这个peer表示的是client channel对等的server channel。接下来我们看一下具体的实现。
首先是LocalChannel的构造函数:

protected LocalChannel(LocalServerChannel parent, LocalChannel peer) { super(parent); config().setAllocator(new PreferHeapByteBufAllocator(config.getAllocator())); this.peer = peer; localAddress = parent.localAddress(); remoteAddress = peer.localAddress(); }

LocalChannel可以接受一个LocalServerChannel作为它的parent，还有一个LocalChannel作为它的对等channel。
那么这个peer是怎么创建的呢？
我们来看一下LocalUnsafe中connect的逻辑。

if (state != State.BOUND) { // Not bound yet and no localAddress specified - get one. if (localAddress == null) { localAddress = new LocalAddress(LocalChannel.this); } }if (localAddress != null) { try { doBind(localAddress); } catch (Throwable t) { safeSetFailure(promise, t); close(voidPromise()); return; } }

首先判断当前channel的状态，如果是非绑定状态，那么需要进行绑定操作。首先根据传入的LocalChannel创建对应的LocalAddress。
这个LocalAddress只是LocalChannel的一种表现形式，并没有什么特别的功能。
我们来看一下这个doBind方法：

protected void doBind(SocketAddress localAddress) throws Exception { this.localAddress = LocalChannelRegistry.register(this, this.localAddress, localAddress); state = State.BOUND; }

LocalChannelRegistry中维护了一个static的map，这个map中存放的就是注册过的Channel.
这里注册是为了在后面方便的拿到对应的channel。
注册好localChannel之后，接下来就是根据注册好的remoteAddress来获取对应的LocalServerChannel,最后调用LocalServerChannel的serve方法创建一个新的peer channel：

Channel boundChannel = LocalChannelRegistry.get(remoteAddress); if (!(boundChannel instanceof LocalServerChannel)) { Exception cause = new ConnectException("connection refused: " + remoteAddress); safeSetFailure(promise, cause); close(voidPromise()); return; }LocalServerChannel serverChannel = (LocalServerChannel) boundChannel; peer = serverChannel.serve(LocalChannel.this);

serve方法首先会创建一个新的LocalChannel：

protected LocalChannel newLocalChannel(LocalChannel peer) { return new LocalChannel(this, peer); }

如果我们把之前的Localchannel称为channelA，这里创建的新的LocalChannel称为channelB。那么最后的结果就是channelA的peer是channelB，而channelB的parent是LocalServerChannel，channelB的peer是channelA。
这样就构成了一个对等channel之间的关系。
接下来我们看下localChannel的read和write到底是怎么工作的。
首先看一下LocalChannel的doWrite方法：

Object msg = in.current(); ... peer.inboundBuffer.add(ReferenceCountUtil.retain(msg)); in.remove(); ... finishPeerRead(peer);

首先从ChannelOutboundBuffer拿到要写入的msg，将其加入peer的inboundBuffer中，最后调用finishPeerRead方法。
从方法名字可以看出finishPeerRead就是调用peer的read方法。
事实上该方法会调用peer的readInbound方法，从刚刚写入的inboundBuffer中读取消息：

private void readInbound() { RecvByteBufAllocator.Handle handle = unsafe().recvBufAllocHandle(); handle.reset(config()); ChannelPipeline pipeline = pipeline(); do { Object received = inboundBuffer.poll(); if (received == null) { break; } pipeline.fireChannelRead(received); } while (handle.continueReading()); pipeline.fireChannelReadComplete(); }

所以，对于localChannel来说，它的写实际上写入到peer的inboundBuffer中。然后再调用peer的读方法，从inboundBuffer中读取数据。
相较于localChannel来说，localServerChannel多了一个serve方法，用来创建peer channel,并调用readInbound开始从inboundBuffer中读取数据。
总结本章详细介绍了channel和serverChannel的区别，和他们的最简单的本地实现。希望大家对channel和serverChannel的工作原理有了最基本的了解。