netty系列之:netty中的Channel詳解

flydean發表於2021-08-06
Netty

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簡介

Channel是連線ByteBuf和Event的橋樑，netty中的Channel提供了統一的API，通過這種統一的API，netty可以輕鬆的對接多種傳輸型別，如OIO，NIO等。今天本文將會介紹Channel的使用和Channel相關的一些概念。

Channel詳解

Channel是什麼？ Channel是一個連線網路輸入和IO處理的橋樑。你可以通過Channel來判斷當前的狀態，是open還是connected，還可以判斷當前Channel支援的IO操作，還可以使用ChannelPipeline對Channel中的訊息進行處理。

先看下Channel的定義：

public interface Channel extends AttributeMap, ChannelOutboundInvoker, Comparable<Channel> {

可以看到Channel是一個介面，它繼承了AttributeMap, ChannelOutboundInvoker, Comparable三個類。Comparable表示這個類可以用來做比較。AttributeMap用來儲存Channel的各種屬性。ChannelOutboundInvoker主要負責Channel和外部 SocketAddress 進行連線和對寫。

再看下channel中定義的方法：

可以看出channel中定義的方法是多種多樣的，這些方法都有些什麼特點呢？接下來一一為您講解。

非同步IO和ChannelFuture

netty中所有的IO都是非同步IO，也就是說所有的IO都是立即返回的，返回的時候，IO可能還沒有結束，所以需要返回一個ChannelFuture，當IO有結果之後，會去通知ChannelFuture，這樣就可以取出結果了。

ChannelFuture是java.util.concurrent.Future的子類，它除了可以拿到執行緒的執行結果之外，還對其進行了擴充套件，加入了當前任務狀態判斷、等待任務執行和新增listener的功能。

其他的功能都很好理解，它的突破在於可以對ChannelFuture新增listener，我們列出一個新增listener的方法：

Future<V> addListeners(GenericFutureListener<? extends Future<? super V>>... listeners);

新增的Listener會在future執行結束之後，被通知。不需要自己再去呼叫get等待future結束。這裡實際上就是非同步IO概念的實現，不需要主動去呼叫，當你完成之後來通知我就行。非常的美好！

ChannelFuture 有兩個狀態：uncompleted或者completed，分別代表任務的執行狀態。

當一個IO剛開始的時候，返回一個ChannelFuture物件，這個物件的初始狀態是uncompleted。注意，這個狀態下的IO是還未開始工作的狀態。當IO完成之後，不管是succeeded, failed 或者 cancelled狀態，ChannelFuture的狀態都會轉換成為completed。

下圖展示的是ChannelFuture狀態和IO狀態的對應圖：

                                    +---------------------------+
                                    | Completed successfully    |
                                    +---------------------------+
                               +---->      isDone() = true      |

+--------------------------+ | | isSuccess() = true |
| Uncompleted | | +=+
+--------------------------+ | | Completed with failure |
| isDone() = false | | +---------------------------+
| isSuccess() = false |----+----> isDone() = true |
| isCancelled() = false | | | cause() = non-null |
| cause() = null | | +=+
+--------------------------+ | | Completed by cancellation |
| +---------------------------+
+----> isDone() = true |
| isCancelled() = true |
+---------------------------+

如果要監控IO的狀態，可以使用上面我們提到的 addListener 方法，為ChannelFuture新增一個ChannelFutureListener。

如果要等待IO執行完畢，還有一個await()方法，但是這個方法會去等待IO執行完畢，是一個同步的方法，所以並不推薦。

相比而言，addListener(GenericFutureListener)是一個非阻塞的非同步方法，將會把一個ChannelFutureListener新增到ChannelFuture中，當IO結束之後會自動通知ChannelFutureListener，非常好用。

對於處理IO操作的ChannelHandler來說，為了避免IO的阻塞，一定不要在ChannelHandler的IO方法中呼叫await()，這樣有可能會導致ChannelHandler因為IO阻塞導致效能下降。

下面舉兩個例子，一個是錯誤的操作，一個是正確的操作：

   // 錯誤操作
    @Override
   public void channelRead(ChannelHandlerContext ctx, Object msg) {
       ChannelFuture future = ctx.channel().close();
       future.awaitUninterruptibly();
       // 呼叫其他邏輯
   }
  
   // 正確操作
    @Override
   public void channelRead(ChannelHandlerContext ctx, Object msg) {
       ChannelFuture future = ctx.channel().close();
       future.addListener(new ChannelFutureListener() {
           public void operationComplete(ChannelFuture future) {
               // 呼叫其他邏輯
           }
       });
   }

大家可以對比下上面兩種寫法的區別。

另外要注意的是ChannelFuture中的這些await方法比如：await(long), await(long, TimeUnit), awaitUninterruptibly(long), 或者 awaitUninterruptibly(long, TimeUnit)可以帶一個過期時間，大家要注意的是這個過期時間是等待IO執行的時間，並不是IO的timeout時間，也就是說當await超時之後，IO還有可能沒有執行完成，這就導致了下面的程式碼有可能報錯：

   Bootstrap b = ...;
   ChannelFuture f = b.connect(...);
   f.awaitUninterruptibly(10, TimeUnit.SECONDS);
   if (f.isCancelled()) {
       // 使用者取消了Channel
   } else if (!f.isSuccess()) {
       // 這裡可能會報異常，因為底層的IO可能還沒有執行完成
       f.cause().printStackTrace();
   } else {
       // 成功建立連線
   }

上面的程式碼可以改成下面的例子：

  Bootstrap b = ...;
   // 配置連線timeout的時間
   b.option(ChannelOption.CONNECT_TIMEOUT_MILLIS, 10000);
   ChannelFuture f = b.connect(...);
   f.awaitUninterruptibly();
  
   // 等待直到底層IO執行完畢
   assert f.isDone();
  
   if (f.isCancelled()) {
       // 使用者手動取消Channel
   } else if (!f.isSuccess()) {
       f.cause().printStackTrace();
   } else {
       // 成功建立連線
   }

Channel的層級結構

netty中的Channel是有層級結構的，通過parent屬性可獲取這種層級結構。parent獲取的物件和Channel的建立方式有關。比如如果是一個被ServerSocketChannel accepted的SocketChannel，那麼它的parent就是ServerSocketChannel。

釋放資源

和所有的IO一樣，Channel在用完之後也需要被釋放，需要呼叫close()或者close(ChannelPromise) 方法。

事件處理

channel負責建立連線，建立好的連線就可以用來處理事件ChannelEvent了，實際上ChannelEvent是由定義的一個個Channelhandler來處理的。而ChannelPipeline就是連線channel和channelhandler的橋樑。

我們將會下下一章詳細講解ChannelEvent、Channelhandler和ChannelPipeline的關聯關係,敬請期待。

總結

Channel在netty中是做為一個關鍵的通道而存在的，後面的Event和Handler是以channel為基礎執行的，所以說Channel就是netty的基礎，好了，今天的介紹到這裡就結束了，敬請期待後續的文章。

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