【自己读源码】Netty4.X系列(三) Channel Register

摘要：我想这很好的解释了中，仅仅一个都这么复杂，在单线程或者说串行的程序中，编程往往是很简单的，说白了就是调用，调用，调用然后返回。

这次停更很久了，原因是中途迷茫了一段时间，不过最近调整过来了。不过有点要说下，前几天和业内某个大佬聊天，收获很多，所以这篇博文和之前也会不太一样，我们会先从如果是我自己去实现这个功能需要怎么做开始，然后去看netty源码，与自己的实现做对比。

Netty有基于很多IO的实现(BIO/OIO/NIO...)，而我们最常用的也就是NIO了，我们这次分析源码，也是基于NIO的实现，前提条件要先弄清楚NIO的流程，再分析Netty是怎么基于他开发出这个高性能网络框架的，这里我们先来简单的复习下，已经熟悉的同学可以跳过不看了。

抛开数据的读写，我们把NIO服务端监听分成四个步骤

channel初始化

注册 selector到 channel上

channel绑定端口

循环select 等待事件

其中第二步又分为几个小步骤

创建selector

调用channel的register

然后第四步也分为几个步骤

selector.select(或者几个带参的重写方法)

处理所有的selectedKey

然后再继续分解：[处理所有的selectedKey]

获取selectedKey的channel

根据selectedKey的状态处理channel

其中需要注意的是：如果key的状态(或者说是readyops)是accept的话，需要把channel转成ServerSocktChannel然后通过accept获取新的channel，再把这个selector注册到这个channel中去。如果是其他的读写状态的话，获取的channel要转为SocketChannel，然后进行操作。

通过NIO的复习，我们可以看到一个完整的NIO的创建流程。在之前的两篇博文中，我们实现了第一步初始化以及第三步绑定端口的流程，现在我们先来实现channel的register。

这里多提一句，网上很多人都是在bind端口之后，再channel register的，但是其实这个前后顺序并没有关系，Netty中则是在bind之前进行的。

先看下之前的代码，我们在doBind方法中，先实例化了一个channel，然后调用channel的bind方法。

 private  void doBind(Integer port){
        Channel channel = channelFactory.newChannel();
        channel.bind(new InetSocketAddress(port));
}

这样看，我们现在需要做的就是在这两行代码中插入一段channel register的代码就可以了，那是不是可以这样，Channel中新增一个register接口，然后在实现类中去实现他，最后在这里中间写一句channel.register，貌似看起来没问题啊，不管怎么样，先动手实现下。

/* in Channel Interface */
void register(Selector selector);

/* in AbstractNioChannel */
@Override
public void register(Selector selector)  throws ClosedChannelException {
    ch().register(selector,0,null);
}
/*in AbstractBootstrap*/
try {
    channel.register(Selector.open());
} catch (IOException e) {
    e.printStackTrace();
}

我们最后的doBind看起来就会是这样

 private  void doBind(Integer port){
        Channel channel = channelFactory.newChannel();
        try {
            channel.register(Selector.open());
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        channel.bind(new InetSocketAddress(port));
    }

功能貌似是实现了。。。但是，看起来是不是有些问题？

没错，首先看起来很丑，try/catch一大块的很难看，但其次抛去美观问题不谈，这么写不符合设计思想，我这个类是一个抽象的启动类，但是这个register只是NIO的写法，那BIO，AIO...其他IO实现怎么办?

那我们先来做下最简单的改造，软件不就是在一次次的重构中，慢慢成长起来的嘛。我简单的分了下步骤。

Channel接口更改，取消入参和异常抛出

    void register();

抽象实现类中增加新的带参方法，供接口方法调用

@Override
public void register(){
    try {
            register(Selector.open());
    } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
    }
}

private void register(Selector selector) throws ClosedChannelException {
    ch().register(selector,0,null);
}

doBind内register调用

private  void doBind(Integer port){
    Channel channel = channelFactory.newChannel();
    channel.register();
    channel.bind(new InetSocketAddress(port));
}

这样看，代码是不是美观很多？最关键的是，此时的我们的抽象启动类里，真正做到了抽象，不管什么IO实现，都会去调用自身Channel实现的register方法。

目前来看还挺不错的，接下来看下Netty是怎么实现的吧，自己写的思路对的，但是肯定有很多地方没考虑到的。

Netty中，doBind方法里是包装了一个initAndRegister方法去完成初始化和注册地功能，这里我们直接看下initAndRegister这个方法体,看下Netty怎么做的

是不是和我们写的差不多呢，先实例化一个channel，然后再进行register的，不过有两点不同的地方，其是register之前先要调用一个init方法，玩过Netty的应该都清楚，主要是处理我们自定义的一些配置的，这里我们先不提，等后面再说。先来说下第二个不同，也就是register方法。

我们的代码里，是直接通过扩展channel的接口，直接调用channel的register的方法的，但是Netty这里则是通过group(包含了Netty很重要的一个角色EventLoop，我们后面会详细说他)，传入channel对象，然后再去调用channel的register方法，不信，我们看下他的调用链。

撇去Netty复杂的继承关系，我们最终定位到方法的最终调用的地方，SingleThreadEventLoop里

我们可以看到，register方法里，先是包装了一个promise对象(实现promise接口的对象，这里维护了channel对象和这个eventloop对象，题外话：promise接口其实是future接口的一个超集)，然后调用了promise里的channel的unsafe对象的register(ps:好绕口的感觉)，这个unsafe就是channel的一个内部类，感觉越来越接近了，我们就到unsafe里面看下register方法吧。

这下应该很清晰了吧，unsafe的register里又调用了doRegister，然后就和我们的方法差不多了，这里的javaChannel其实就是JAVA NIO的channel对象，唯一不同的就是这里的selector不是open出来的，而是早在eventloop初始化的时候就存下来了，可能有人会问：这里eventloop是怎么来的呢？答案就在上面，在调用unsafe的register的时候，我们传入了两个对象，第一个this就是指向的eventloop(别忘了我们是在eventloop里调用的register)。然后就是把this(AbstractNioChannel)作为register的第三个参数(后面可以通过selectedKey.attachment获取到)

Netty中怎么做的我们也看过了，相信你和我一样，有很多疑问(大神们请自动无视)。这里我举出我觉得比较重要的两个。

为什么一个注册这么复杂？明明用原生NIO只需要一行就搞定的，又是promise又是unsafe，在channel.register之间抽象出来两层。

为什么最后的doRegister里，要用一个无限循环包起来呢？

答案还是要从源码里获得,先看下eventloop的register的接口注释

简单来说，就是把eventloop对象注册到channel里，并且要能知道注册的结果，并且返回。这句话，可能有些同学不太明白，这是Java中的异步调用，我们传统开发的Java web程序，我们所处理的基本都是单线程的模式，首先这符合人的大脑的习惯嘛(人的大脑本质是串行处理事情的)，其次是多线程的部分，框架和容器已经帮我做好了，所以可能会不太理解异步这个概念。

然后再看下unsafe这个register接口的注释

看到了吧，执行promise的channel的注册并在完成的时候通知返回，这是靠一个叫观察者模式来完成的，具体的内容在下一章会详细讲解。

我想这很好的解释了Netty中，仅仅一个register都这么复杂，在单线程或者说串行的程序中，编程往往是很简单的，说白了就是调用，调用，调用然后返回。但Netty是个充满并行和异步的程序，所以光从设计上就会比较复杂，这让我想起了沈神说的一句话：简单的容易理解的模型性能都差，性能好的都很复杂。虽然他指的是数据库的设计，但是我觉得道理是相通的。

还有一点就是这些设计也是为了同时兼容服务端和客户端，软件开发的思想里，很重要的一点就是复用。这也是为什么会有第二个疑问，我们还是要看下注释。

jdk的register的注释说明，如果这个channel已经被注册过了，并且再次注册的过程中连接断了，则会抛出这个CanceledKeyException异常，那么这里捕获了异常并且调用select.selectNow，理论上会从selector中移除这个无效的channel，但是事实上并没有，所以下面也写到了，可能是个jdk bug，所以要显示的往外继续抛出异常。

仔细想想，如果仅仅是服务端的channel register，怎么可能发生上述的情况呢，所以这里的doRegister同时也是客户端channel复用的注册方法。

这一章差不多就结束了，我们做了哪些事情呢？

复习Java NIO 流程

动手实现channel register

读Netty源码，理解Netty是如何实现register以及为什么这样实现的

软件开发的思想

然后画个简单的图来总结下把。

接下来在实现循环select监听和处理事件之前，我们先实现一下Netty中一个很重要的EventLoop，并且了解下运用到的异步框架(Future and Promise)，希望我的拖延症得到解决，应该在下周会写出来。。。

希望同学们看到后会有收获，如果我有理解不对的地方，欢迎来指正。