【Netty】(8）ChannelPipeline

ChannelPipeline

ChannelPipeline不是单独存在,它肯定会和Channel、ChannelHandler、ChannelHandlerContext关联在一起,所以有关概念这里一起讲。

一、ChannelHandler

1、概念

先看图

ChannelHandler下主要是两个子接口

ChannelInboundHandler(入站): 处理输入数据和Channel状态类型改变。

适配器: ChannelInboundHandlerAdapter（适配器设计模式）

常用的: SimpleChannelInboundHandler

ChannelOutboundHandler(出站): 处理输出数据

适配器: ChannelOutboundHandlerAdapter

每一个Handler都一定会处理出站或者入站(可能两者都处理数据),例如对于入站的Handler可能会继承SimpleChannelInboundHandler或者ChannelInboundHandlerAdapter,

而SimpleChannelInboundHandler又是继承于ChannelInboundHandlerAdapter，最大的区别在于SimpleChannelInboundHandler会对没有外界引用的资源进行一定的清理,

并且入站的消息可以通过泛型来规定。

这里为什么有设配器模式呢？

我们在写自定义Handel时候,很少会直接实现上面两个接口,因为接口中有很多默认方法需要实现,所以这里就采用了设配器模式,ChannelInboundHandlerAdapter和

ChannelInboundHandlerAdapter就是设配器模式的产物,让它去实现上面接口,实现它所有方法。那么你自己写自定义Handel时,只要继承它,就无须重写上面接口的所有方法了。

2、Channel 生命周期(执行顺序也是从上倒下)

（1）channelRegistered: channel注册到一个EventLoop。

（2）channelActive: 变为活跃状态（连接到了远程主机），可以接受和发送数据

（3）channelInactive: channel处于非活跃状态，没有连接到远程主机

（4）channelUnregistered: channel已经创建，但是未注册到一个EventLoop里面，也就是没有和Selector绑定

3、ChannelHandler 生命周期

handlerAdded：当 ChannelHandler 添加到 ChannelPipeline 调用

handlerRemoved：当 ChannelHandler 从 ChannelPipeline 移除时调用

exceptionCaught：当 ChannelPipeline 执行抛出异常时调用

二、ChannelPipeline

1、概念

先看图

ChannelPipeline类是ChannelHandler实例对象的链表，用于处理或截获通道的接收和发送数据。它提供了一种高级的截取过滤模式（类似serverlet中的filter功能），让用

户可以在ChannelPipeline中完全控制一个事件以及如何处理ChannelHandler与ChannelPipeline的交互。

对于每个新的通道Channel，都会创建一个新的ChannelPipeline，并将器pipeline附加到channel中。

下图描述ChannelHandler与pipeline中的关系，一个io操作可以由一个ChannelInboundHandler或ChannelOutboundHandle进行处理，并通过调用ChannelInboundHandler

处理入站io或通过ChannelOutboundHandler处理出站IO。

2、常用方法

      addFirst(...)   //添加ChannelHandler在ChannelPipeline的第一个位置
     addBefore(...)   //在ChannelPipeline中指定的ChannelHandler名称之前添加ChannelHandler
      addAfter(...)   //在ChannelPipeline中指定的ChannelHandler名称之后添加ChannelHandler
       addLast(...)   //在ChannelPipeline的末尾添加ChannelHandler
        remove(...)   //删除ChannelPipeline中指定的ChannelHandler
       replace(...)   //替换ChannelPipeline中指定的ChannelHandler

ChannelPipeline可以动态添加、删除、替换其中的ChannelHandler，这样的机制可以提高灵活性。示例:

1.    ChannelPipeline pipeline = ch.pipeline(); 
2.    FirstHandler firstHandler = new FirstHandler(); 
3.    pipeline.addLast("handler1", firstHandler); 
4.    pipeline.addFirst("handler2", new SecondHandler()); 
5.    pipeline.addLast("handler3", new ThirdHandler()); 
6.    pipeline.remove("“handler3“"); 
7.    pipeline.remove(firstHandler); 
8.    pipeline.replace("handler2", "handler4", new FourthHandler());

3、入站出站Handler执行顺序

一般的项目中，inboundHandler和outboundHandler有多个，在Pipeline中的执行顺序？

重点记住: InboundHandler顺序执行，OutboundHandler逆序执行。

问题: 下面的handel的执行顺序？

          ch.pipeline().addLast(new InboundHandler1());
          ch.pipeline().addLast(new OutboundHandler1());
          ch.pipeline().addLast(new OutboundHandler2());
          ch.pipeline().addLast(new InboundHandler2());
  或者：
          ch.pipeline().addLast(new OutboundHandler1());
          ch.pipeline().addLast(new OutboundHandler2());
          ch.pipeline().addLast(new InboundHandler1());
          ch.pipeline().addLast(new InboundHandler2());

其实上面的执行顺序都是一样的:

 InboundHandler1--> InboundHandler2 -->OutboundHandler2 -->OutboundHandler1

结论

1）InboundHandler顺序执行，OutboundHandler逆序执行

2）InboundHandler之间传递数据，通过ctx.fireChannelRead(msg)

3）InboundHandler通过ctx.write(msg)，则会传递到outboundHandler

4) 使用ctx.write(msg)传递消息，Inbound需要放在结尾，在Outbound之后，不然outboundhandler会不执行；

但是使用channel.write(msg)、pipline.write(msg)情况会不一致，都会执行,那是因为channel和pipline会贯穿整个流。

5) outBound和Inbound谁先执行，针对客户端和服务端而言，客户端是发起请求再接受数据，先outbound再inbound，服务端则相反。

三、ChannelHandlerContext

ChannelPipeline并不是直接管理ChannelHandler，而是通过ChannelHandlerContext来间接管理，这一点通过ChannelPipeline的默认实现DefaultChannelPipeline可以看出来。

DefaultChannelHandlerContext和DefaultChannelPipeline是ChannelHandlerContext和ChannelPipeline的默认实现在DefaultPipeline内部

DefaultChannelHandlerContext组成了一个双向链表。我们看下DefaultChannelPipeline的构造函数:

/**
  * 可以看到,DefaultChinnelPipeline 内部使用了两个特殊的Hander 来表示Handel链的头和尾。
  */
 public DefaultChannelPipeline(AbstractChannel channel) {
        if (channel == null) {
            throw new NullPointerException("channel");
        }
        this.channel = channel;
 
        TailHandler tailHandler = new TailHandler();
        tail = new DefaultChannelHandlerContext(this, null, generateName(tailHandler), tailHandler);
 
        HeadHandler headHandler = new HeadHandler(channel.unsafe());
        head = new DefaultChannelHandlerContext(this, null, generateName(headHandler), headHandler);
 
        head.next = tail;
        tail.prev = head;
    }

所以对于DefaultChinnelPipeline它的Handel头部和尾部的Handel是固定的,我们所添加的Handel是添加在这个头和尾之前的Handel。（下面这个图更加清晰）

四、几者关系

先大致说下什么是Channel

通常来说, 所有的 NIO 的 I/O 操作都是从 Channel 开始的. 一个 channel 类似于一个 stream。在Netty中,Channel是客户端和服务端建立的一个连接通道。

虽然java Stream 和 NIO Channel都是负责I/O操作,但他们还是有许多区别的:

1）我们可以在同一个 Channel 中执行读和写操作, 然而同一个 Stream 仅仅支持读或写。

2）Channel 可以异步地读写, 而 Stream 是阻塞的同步读写。

3）Channel 总是从 Buffer 中读取数据, 或将数据写入到 Buffer 中。

几者的关系图如下:

总结:

一个Channel包含一个ChannelPipeline，创建Channel时会自动创建一个ChannelPipeline，每个Channel都有一个管理它的pipeline，这关联是永久性的。

这点从源码中就可以看出,我之前写的博客里有说到:【Netty】5 源码 Bootstrap。每一个ChannelPipeline中可以包含多个ChannelHandler。所有ChannelHandler

都会顺序加入到ChannelPipeline中,ChannelHandler实例与ChannelPipeline之间的桥梁是ChannelHandlerContext实例。

五、整个传播流程

现在将上面的整个传播流程,通过源码大致走一遍。

为了搞清楚事件如何在Pipeline里传播，让我们从Channel的抽象子类AbstractChannel开始，下面是AbstractChannel#write()方法的实现：

public abstract class AbstractChannel extends DefaultAttributeMap implements Channel {
    // ...
    @Override
    public Channel write(Object msg) {
        return pipeline.write(msg);
    }
    // ...
}

AbstractChannel直接调用了Pipeline的write()方法：

再看DefaultChannelPipeline的write()方法实现：

final class DefaultChannelPipeline implements ChannelPipeline {
    // ...
    @Override
    public ChannelFuture write(Object msg) {
        return tail.write(msg);
    }
    // ...
}

因为write是个outbound事件，所以DefaultChannelPipeline直接找到tail部分的context，调用其write()方法：

接着看DefaultChannelHandlerContext的write()方法

final class DefaultChannelHandlerContext extends DefaultAttributeMap implements ChannelHandlerContext {
    // ...
    @Override
    public ChannelFuture write(Object msg) {
        return write(msg, newPromise());
    }
 
    @Override
    public ChannelFuture write(final Object msg, final ChannelPromise promise) {
        if (msg == null) {
            throw new NullPointerException("msg");
        }
 
        validatePromise(promise, true);
 
        write(msg, false, promise);
 
        return promise;
    }
 
    private void write(Object msg, boolean flush, ChannelPromise promise) {
        DefaultChannelHandlerContext next = findContextOutbound();
        next.invokeWrite(msg, promise);
        if (flush) {
            next.invokeFlush();
        }
    }
 
    private DefaultChannelHandlerContext findContextOutbound() {
        DefaultChannelHandlerContext ctx = this;
        do {
            ctx = ctx.prev;
        } while (!ctx.outbound);
        return ctx;
    }
 
    private void invokeWrite(Object msg, ChannelPromise promise) {
        try {
            ((ChannelOutboundHandler) handler).write(this, msg, promise);
        } catch (Throwable t) {
            notifyOutboundHandlerException(t, promise);
        }
    }
 
    // ...
}

context的write()方法沿着context链往前找，直至找到一个outbound类型的context为止，然后调用其invokeWrite()方法

invokeWrite()接着调用handler的write()方法

最后看看ChannelOutboundHandlerAdapter的write()方法实现：

public class ChannelOutboundHandlerAdapter extends ChannelHandlerAdapter implements ChannelOutboundHandler {
    // ...
    @Override
    public void write(ChannelHandlerContext ctx, Object msg, ChannelPromise promise) throws Exception {
        ctx.write(msg, promise);
    }
    // ...
}