Netty源码分析之服务端启动

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Netty在服务端启动过程中是如何绑定端口、启动服务的呢？

在启动服务的过程中，我们可以顺势了解到Netty各大核心组件。

本文暂时不会详细描述这些组件，先简单介绍一下各大组件是如何协同工作、一起构建Netty核心的。

01

服务端启动示例

我们写了一个比较完整的服务端启动例子，绑定在8888端口，使用NIO模式。

public final class SimpleServer {
    public static void main(String[] args) {        EventLoopGroup bossGroup = new NioEventLoopGroup();        EventLoopGroup workerGroup = new NioEventLoopGroup();
        try {            ServerBootstrap b = new ServerBootstrap();            b.group(bossGroup, workerGroup)                    .channel(NioServerSocketChannel.class)                    .handler(new SimpleServerHandler())                    .childHandler(new ChannelInitializer<SocketChannel>() {                        @Override                        public void initChannel(SocketChannel ch) {                        }                    });
            ChannelFuture f = b.bind(8888).sync();
            f.channel().closeFuture().sync();        } finally {            bossGroup.shutdownGracefully();            workerGroup.shutdownGracefully();        }    }
    private static class SimpleServerHandler extends ChannelInboundHandlerAdapter {        @Override        public void channelActive(ChannelHandlerContext ctx) {            System.out.println("channelActive");        }
        @Override        public void channelRegistered(ChannelHandlerContext ctx) {            System.out.println("channelRegistered");        }

        @Override        public void handlerAdded(ChannelHandlerContext ctx) {            System.out.println("handlerAdded");        }    }}

 下面来回顾一下每个方法的作用。

1. EventLoopGroup：服务端的线程模型外观类。从字面意思可以了解到，Netty的线程模型是事件驱动型的，也就是说，这个线程要做的事情就是不停地检测IO事件、处理IO事件、执行任务，不断重复这三个步骤。

2. ServerBootstrap：服务端的一个启动辅助类。通过给它设置一系列参数来绑定端口启动服务。

3. .group(bossGroup, workerGroup)：设置服务端的线程模型。读者可以先想象一下：在一个工厂里，我们需要两种类型的人干活，一种是老板，一种是工人。老板负责从外面接活，把接到的活分配给工人。放到这里，bossGroup的作用就是不断地接收新的连接，将新连接交给workerGroup来处理。

4. .channel(NioServerSocketChannel.class)：设置服务员的IO类型为NIO。Netty通过指定Channel的类型来指定IO类型。Channel在Netty里是一大核心概念，可以理解为，一个Channel就是一个连接或者一个服务端bind动作，后面会细讲。

5. .handler(new SimpleServerHandler()：表示在服务端启动过程中，需要经过哪些流程。这里SimpleServerHandler最终的顶层接口为ChannelHandler，是Netty的一大核心概念，表示数据流经过的处理器，可以理解为流水线上的每一道关卡。

6. .childHandler(new ChannelInitializer<SocketChannel>)...：使用过Netty的读者应该知道，这里的方法体主要用于设置一系列Handler来处理每个连接的数据，也就是上面所说的，老板接到一个活之后，告诉每个工人这个活的固定步骤。

7. ChannelFuture f = b.bind(8888).sync()：绑定端口同步等待。这里就是真正的启动过程了，绑定端口8888，等服务端启动完毕，才会进入下一行代码。

8. f.channel().closeFuture().sync()：等待服务端关闭端口绑定，这里的作用其实是让程序不会退出。

9. bossGroup.shutdownGracefully()和workerGroup.shutdownGracefully()：关闭两组事件循环，关闭之后，main方法就结束了。

上述代码可以很轻松地在本地运行，最终控制台的输出如下。

handlerAddedchannelRegisteredchannelActive

为什么控制台会按顺序输出这些字符，接下来我们就深入细节一探究竟。

02

服务端启动的核心步骤

我们通过以上示例代码来理一理服务端启动的基本流程。

在上面的示例代码中，我们是通过ServerBootstrap这个辅助类来实现服务端启动的，给这个启动类设置一些参数，然后通过它的外观接口来实现启动。重点落在下面这行代码上。

b.bind(8888).sync();

【提示】我们刚开始看源码时，在对细节没那么清楚的情况下可以借助IDE的Debug功能，单步执行，以确定程序运行的入口。

我们跟进到bind()方法。

ServerBootstrap.java
public ChannelFuture bind(int inetPort) {    return bind(new InetSocketAddress(inetPort));}

通过端口号创建一个InetSocketAddress对象，然后继续调用重载方法bind()。

ServerBootstrap.java
public ChannelFuture bind(SocketAddress localAddress) {    validate();    if (localAddress == null) {        throw new NullPointerException("localAddress");    }    return doBind(localAddress);}

validate()验证服务启动需要的必要参数，然后调用doBind()。

ServerBootstrap.java
private ChannelFuture doBind(final SocketAddress localAddress) {    //...    final ChannelFuture regFuture = initAndRegister();    //...    final Channel channel = regFuture.channel();    //...    doBind0(regFuture, channel, localAddress, promise);    //...    return promise;}

在这里，笔者减掉了细枝末节，专注于核心方法，分别为initAndRegister()和doBind0()。

从方法名我们已经可以略窥一二，init代表初始化，register代表注册，bind代表绑定端口。联系NIO开发的基本流程，可能是把某个东西初始化之后注册到Selector上，最后bind像是在本地绑定端口号。

带着这些猜测，我们深入分析下去。

我们先来看一下initAndRegister()方法。

AbstractBootstrap.java
final ChannelFuture initAndRegister() {    Channel channel = null;    //...     // 1. 创建服务端 Channel    channel = channelFactory.newChannel();    //...    // 2. 初始化服务端 Channel    init(channel);    //...    // 3. 注册服务端 Channel    ChannelFuture regFuture = config().group().register(channel);    //...    return regFuture;}

同样地，笔者略去了其他细节，专注于骨干代码。initAndRegister()中的3个主要方法与doBind0()方法一起组合成了服务端启动的4个过程。

1. 创建服务端Channel。

2. 初始化服务端Channel。

3. 注册服务端Channel。

4. 绑定服务端端口。

这4个过程的详细分析写在《跟闪电侠学 Netty：Netty 即时聊天实战与底层原理》一书中，大家可以阅读这本书继续学习哦~~

本书上篇通过一个即时聊天的例子，让读者能够系统地使用一遍Netty，全面掌握Netty的知识点；下篇通过对源码的层层剖析，让读者能够掌握Netty底层原理，知其然并知其所以然，从而编写出高性能网络应用程序。

上篇　入门实战

在入门实战篇中，读者跟随笔者实践完这个即时聊天系统后，能够学会如何使用Netty完成最基本的网络通信程序，可以掌握以下知识点：

1. 如何启动服务端？

2. 如何启动客户端？

3. 如何设计长连自定义协议？

4. 拆包/粘包原理与实践。

5. 如何实现自定义编解码。

6. 如何使用Pipeline与ChannelHandler？

7. 心跳与空闲检测的方法。

8. 如何性能调优？

本篇通俗易懂，可一口气读完，让你一周内进入实战！

下篇　源码分析

在源码分析篇中，笔者从用户视角出发，环环相扣，带领读者逐个攻破Netty底层原理，掌握以下知识点：

1. 服务端启动流程：ServerBootstrap外观，创建NioServerSocketChannel，初始化，注册Selector，绑定端口，接收新连接。

2. 高并发线程模型：Netty无锁化串行设计，精心设计的Reactor线程模型榨干CPU、打满网卡、让应用程序性能爆表的底层原理。

3. 新连接接入流程：Boss Reactor线程，监测新连接，创建NioSocketChannel，IO线程分配，Selector注册事件。

4. 解码原理：解码顶层抽象，定长解码器，行解码器，分隔符解码器，基于长度域解码器全面分析。

5. 事件传播机制脉络：大动脉Pipeline，处理器ChannelHandler，Inbound和Outbound事件传播与异常传播的原理，编码原理。

6. writeAndFlush流程：深入了解使用最频繁的writeAndFlush的底层原理，避免踩坑。

适读人群

本书适合以下三类人群：

1. 如果你听说过或简单使用过Netty，想全面系统地学习Netty，并掌握一些性能调优方法，本书的入门实战篇可以帮助你达成这个目标。

2. 如果你深度使用过Netty，想深入了解Netty的底层设计，编写出更灵活高效的网络通信程序，本书的源码分析篇可以帮助你达成这个目标。

3. 如果你从未读过开源框架源码，本书将是你的第一本源码指导书，阅读优秀的开源软件源码可以助你写出更优美的程序。读源码并不难，难的是迈出这一小步，之后就能通往更广阔的空间。

本书推荐使用方式

01. 按章节顺序把入门实战篇的代码一章章敲出来，在没有掌握前一章节的知识点之前，建议不要跳跃学习。

02. 入门实战篇学完之后，合上书本，把本书即时聊天系统的代码再整体敲若干遍，敲的过程中可能会发现自己有遗忘知识点，这个时候可能需要不断翻阅书本，没有关系，翻阅就好了。

03. 确保最后一次实现本书的即时聊天系统的例子是没有翻阅书本的，是完全自行实现的，之后进入源码分析篇的学习。

04. 针对源码分析篇，建议读者按章节顺序来学习，不要跳跃，不要图快，每一步都要扎实。

05. 在源码学习的过程中，先跟随书本，对照源码，把对应章节的流程过一遍，每个章节学完之后，建议花较多的时间进行调试和阅读，确保掌握了前一章节的内容之后再进行下一章的学习。

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发布：刘恩惠

审核：陈歆懿

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