Netty源碼解讀（一）概述

Netty和Mina是Java世界非常知名的通訊框架。它們都出自同一個作者，Mina誕生略早，屬於Apache基金會，而Netty開始在Jboss名下，後來出來自立門戶Netty.io。關於Mina已有@FrankHui的Mina系列文章，我正好最近也要做一些網絡方面的開發，就研究一下Netty的源碼，順便分享出來了。 Netty目前有兩個分支：4.x和3.x。4.0分支重寫了很多東西，並對項目進行了分包，規模比較龐大，入手會困難一些，而3.x版本則已經被廣泛使用。本系列文章針對Netty 3.7.0 final。3.x和4.0的區別可以參考這篇文章：http://www.oschina.net/translate/netty-4-0-new-and-noteworthy?print。

起：Netty是什麼

大概用Netty的，無論新手還是老手，都知道它是一個“網絡通訊框架”。所謂框架，基本上都是一個作用：基於底層API，提供更便捷的編程模型。那麼”通訊框架”到底做了什麼事情呢？回答這個問題並不太容易，我們不妨反過來看看，不使用netty，直接基於NIO編寫網絡程序，你需要做什麼(以Server端TCP連接爲例，這裏我們使用Reactor模型)：

1. 監聽端口，建立Socket連接
2. 建立線程，處理內容
   1. 讀取Socket內容，並對協議進行解析
   2. 進行邏輯處理
   3. 回寫響應內容
   4. 如果是多次交互的應用(SMTP、FTP)，則需要保持連接多進行幾次交互
3. 關閉連接

建立線程是一個比較耗時的操作，同時維護線程本身也有一些開銷，所以我們會需要多線程機制，幸好JDK已經有很方便的多線程框架了，這裏我們不需要花很多心思。 此外，因爲TCP連接的特性，我們還要使用連接池來進行管理：

1. 建立TCP連接是比較耗時的操作，對於頻繁的通訊，保持連接效果更好
2. 對於併發請求，可能需要建立多個連接
3. 維護多個連接後，每次通訊，需要選擇某一可用連接
4. 連接超時和關閉機制

想想就覺得很複雜了！實際上，基於NIO直接實現這部分東西，即使是老手也容易出現錯誤，而使用Netty之後，你只需要關注邏輯處理部分就可以了。

承：體驗Netty

這裏我們引用Netty的example包裏的一個例子，一個簡單的EchoServer，它接受客戶端輸入，並將輸入原樣返回。其主要代碼如下：

01	public void run() {

02	// Configure the server.

03	ServerBootstrap bootstrap = new ServerBootstrap(

04	new NioServerSocketChannelFactory(

05	Executors.newCachedThreadPool(),

06	Executors.newCachedThreadPool()));

07

08	// Set up the pipeline factory.

09	bootstrap.setPipelineFactory(new ChannelPipelineFactory() {

10	public ChannelPipeline getPipeline() throws Exception {

11	return Channels.pipeline(new EchoServerHandler());

12

}

13

});

14

15	// Bind and start to accept incoming connections.

16	bootstrap.bind(new InetSocketAddress(port));

17

}

這裏EchoServerHandler是其業務邏輯的實現者，大致代碼如下：

1	public class EchoServerHandler extends SimpleChannelUpstreamHandler {

2

3

@Override

4	public void messageReceived(

5	ChannelHandlerContext ctx, MessageEvent e) {

6	// Send back the received message to the remote peer.

7	e.getChannel().write(e.getMessage());

8

}

9

}

還是挺簡單的，不是嗎？

轉：Netty背後的事件驅動機制

完成了以上一段代碼，我們算是與Netty進行了第一次親密接觸。如果想深入學習呢？

首先推薦Netty的官方User Guide：http://netty.io/3.7/guide/。其次，閱讀源碼是瞭解一個開源工具非常好的手段，但是Java世界的框架大多追求大而全，功能完備，如果逐個閱讀，難免迷失方向，Netty也並不例外。相反，抓住幾個重點對象，理解其領域概念及設計思想，從而理清其脈絡，相當於打通了任督二脈，以後的閱讀就不再困難了。

理解Netty的關鍵點在哪呢？我覺得，除了NIO的相關知識，另一個就是事件驅動的設計思想。什麼叫事件驅動？我們回頭看看EchoServerHandler的代碼，其中的參數：public void messageReceived(ChannelHandlerContext ctx, MessageEvent e)，MessageEvent就是一個事件。這個事件攜帶了一些信息，例如這裏e.getMessage()就是消息的內容，而EchoServerHandler則描述了處理這種事件的方式。一旦某個事件觸發，相應的Handler則會被調用，並進行處理。這種事件機制在UI編程裏廣泛應用，而Netty則將其應用到了網絡編程領域。

在Netty裏，所有事件都來自ChannelEvent接口，這些事件涵蓋監聽端口、建立連接、讀寫數據等網絡通訊的各個階段。而事件的處理者就是ChannelHandler，這樣，不但是業務邏輯，連網絡通訊流程中底層的處理，都可以通過實現ChannelHandler來完成了。事實上，Netty內部的連接處理、協議編解碼、超時等機制，都是通過handler完成的。當博主弄明白其中的奧妙時，不得不佩服這種設計！ 下圖描述了Netty進行事件處理的流程。Channel是連接的通道，是ChannelEvent的產生者，而ChannelPipeline可以理解爲ChannelHandler的集合。

合：開啓Netty源碼之門

理解了Netty的事件驅動機制，我們現在可以來研究Netty的各個模塊了。Netty的包結構如下：

01

org

02

└── jboss

03

└── netty

04	├── bootstrap 配置並啓動服務的類

05	├── buffer 緩衝相關類，對NIO Buffer做了一些封裝

06	├── channel 核心部分，處理連接

07	├── container 連接其他容器的代碼

08	├── example 使用示例

09	├── handler 基於handler的擴展部分，實現協議編解碼等附加功能

10	├── logging 日誌

11	└── util 工具類

在這裏面，channel和handler兩部分比較複雜。我們不妨與Netty官方的結構圖對照一下，來了解其功能。

具體的解釋可以看這裏：http://netty.io/3.7/guide/#architecture。圖中可以看到，除了之前說到的事件驅動機制之外，Netty的核心功能還包括兩部分：

• Zero-Copy-Capable Rich Byte Buffer 零拷貝的Buffer。爲什麼叫零拷貝？因爲在數據傳輸時，最終處理的數據會需要對單個傳輸層的報文，進行組合或者拆分。NIO原生的ByteBuffer要做到這件事，需要對ByteBuffer內容進行拷貝，產生新的ByteBuffer，而Netty通過提供Composite(組合)和Slice(切分)兩種Buffer來實現零拷貝。這部分代碼在org.jboss.netty.buffer包中。
• Universal Communication API 統一的通訊API。因爲Java的Old I/O和New I/O，使用了互不兼容的API，而Netty則提供了統一的API(org.jboss.netty.channel.Channel)來封裝這兩種I/O模型。這部分代碼在org.jboss.netty.channel包中。

此外，Protocol Support功能通過handler機制實現。 接下來的文章，我們會根據模塊，詳細的對Netty源碼進行分析。