- 简介
- channel和ServerChannel
- netty中channel的实现
- AbstractChannel和AbstractServerChannel
- LocalChannel和LocalServerChannel
- 总结
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ServerChannelChannel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.
}
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：
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AbstractServerChannelAbstractChannel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LocalServerChannelLocalChannel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。
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