netty系列之:netty中各不同種類的channel詳解

flydean發表於2022-03-16
Netty

簡介

channel是連線客戶端和伺服器端的橋樑，在netty中我們最常用的就是NIO，一般和NioEventLoopGroup配套使用的就是NioServerSocketChannel和NioSocketChannel，如果是UDP協議，那麼配套使用的就是NioDatagramChannel，如果是別的協議還有其他不同的Channel型別。

這些不同channel型別有什麼區別呢？一個直觀的感覺就是不同的channel和channel連線使用的協議有關係，不同的channel可能適配了不同的連線協議。

事實到底是不是如此呢？在netty的內部實現中到底有多少種channel呢？今天一起來探討一下。

ServerChannel和它的型別

雖然ServerChannel繼承自Channel，但是ServerChannel本身並沒有新增任何新的方法：

public interface ServerChannel extends Channel {

}

所以對ServerChannel和Channel來說都可以看做是Channel，他們只是語義上有區別。

但是因為ServerChannel繼承自Channel，所以相對的ServerChannel的分類和實現要比Channel要少。所以我們先以ServerChannel為例進行講解。

ServerChannel的實現也有很多，我們以Abstract*開頭的實現為例，下面是他們的繼承關係：

<img src="https://img-blog.csdnimg.cn/9613bc4cb9314dc2903a938f80340b47.png" style="zoom:67%;" />

從上圖我們可以看出，ServerChannel有六個抽象類實現，分別是AbstractEpollServerChannel,AbstractKQueueServerChannel,AbstractServerChannel,ServerSocketChannel,SctpServerChannel和ServerDomainSocketChannel。

其中前面三個抽象類同時繼承自AbstractChannel。

Epoll和Kqueue

Epoll和Kqueue是兩個獨特的依賴於特定平臺的NIO協議，其中epoll只在linux平臺才支援,而kQueue則在FreeBSD、NetBSD、OpenBSD、macOS 等作業系統支援。

我們來看下AbstractEpollServerChannel的建構函式：

    protected AbstractEpollServerChannel(int fd) {
        this(new LinuxSocket(fd), false);
    }

    AbstractEpollServerChannel(LinuxSocket fd) {
        this(fd, isSoErrorZero(fd));
    }

    AbstractEpollServerChannel(LinuxSocket fd, boolean active) {
        super(null, fd, active);
    }

所有的建構函式都需要一個LinuxSocket的引數，LinuxSocket是一個socket用來提供對於linux native方法的訪問支援。

同樣的，我們再看一下AbstractKQueueServerChannel的建構函式：

    AbstractKQueueServerChannel(BsdSocket fd) {
        this(fd, isSoErrorZero(fd));
    }

    AbstractKQueueServerChannel(BsdSocket fd, boolean active) {
        super(null, fd, active);
    }

AbstractKQueueServerChannel的建構函式需要傳入一個BsdSocket引數，BsdSocket是一個類用來提供對BSD系統的本地方法的訪問。

AbstractServerChannel

AbstractServerChannel我們在之前的channel一章中已經講過了，它的唯一實現就是LocalServerChannel，用於本地的transport。

ServerSocketChannel

ServerSocketChannel是一個以Socket連線為基礎的ServerChannel，既然是Socket連線，那麼ServerSocketChannel中提供了一個InetSocketAddress型別的localAddress和一個remoteAddress, 另外還有一個ServerSocketChannelConfig屬性，用來儲存ServerSocketChannel相關的配置資訊：

public interface ServerSocketChannel extends ServerChannel {
    @Override
    ServerSocketChannelConfig config();
    @Override
    InetSocketAddress localAddress();
    @Override
    InetSocketAddress remoteAddress();
}

ServerDomainSocketChannel

ServerDomainSocketChannel是使用DomainSocket來進行通訊的ServerChannel。什麼是DomainSocket呢？

DomainSocket的全稱是unix domain socket，它又可以叫做IPC socket,也就是inter-process communication socket，是在unix平臺上的同一伺服器上的程式通訊方式。

我們知道，協議是比較複雜的，對於傳統的socket通訊來說,需要定製特定的協議，然後進行封包和解包等操作，但是使用DomainSocket，可以直接將程式的資料直接拷貝，從而節約了時間，並提高了程式的效率。

DomainSocket的地址是一個檔案的路徑，實際上是下面的一個結構體：

struct sockaddr_un {
    sa_family_t     sun_family;     /* AF_UNIX ，2位元組*/
    char    sun_path[UNIX_PATH_MAX];        /* 路徑名 */
};

在ServerDomainSocketChannel中的remoteAddress和localAddress的型別都是DomainSocketAddress,DomainSocketAddress有一個socketPath屬性，用來儲存DomainSocket檔案的路徑。

SctpServerChannel

最後一個要講解的ServerChannel是SctpServerChannel，Sctp的全稱是Stream Control Transmission Protocol，他是一種類似於TCP/IP的協議。和SocketServerChannel一樣，SctpServerChannel中也有一個config叫做SctpServerChannelConfig，還提供了多個bindAddress方法用來繫結InetAddress.

有關Sctp協議的具體內容，本章不深入討論，感興趣的朋友可以關注後續的章節。

Channel和它的型別

Channel作為ServerChannel的父類，又有哪些實現呢？

先來看下常用channel的實現類：

<img src="https://img-blog.csdnimg.cn/69d7d0d53df847e2b5eb7791da956ef1.png" style="zoom:67%;" />

看起來channel的實現類非常多，基本上都是按照channel中使用傳輸協議的型別來的。

我們具體來看一下相應的實現類。

UnixChannel

UnixChannel表示的unix平臺上的操作，它有一個fd方法，返回一個FileDescriptor:

FileDescriptor fd();

這也是unix和windows平臺的區別之一，unix平臺所有的一切都可以用檔案來表示。

SctpChannel

在上面我講SctpServerChannel的時候我們提過了，Sctp是一個類似於tcp/ip的協議，SctpChannel中定義了協議中需要使用到的localAddress和remoteAddress:

InetSocketAddress localAddress();

InetSocketAddress remoteAddress();

同時還定義了一些繫結方法：

    ChannelFuture bindAddress(InetAddress var1);

    ChannelFuture bindAddress(InetAddress var1, ChannelPromise var2);

    ChannelFuture unbindAddress(InetAddress var1);

    ChannelFuture unbindAddress(InetAddress var1, ChannelPromise var2);

DatagramChannel

DatagramChannel用來處理UDP協議的連線，因為UDP有廣播的功能，所以DatagramChannel中提供了joinGroup的方法，來join一個multicast group:

ChannelFuture joinGroup(InetAddress multicastAddress);

當然，可以join就可以leave，還有一些leaveGroup的方法：

ChannelFuture leaveGroup(InetAddress multicastAddress);

還可以block某些地址在給定的networkInterface上的廣播：

ChannelFuture block(
            InetAddress multicastAddress, NetworkInterface networkInterface,
            InetAddress sourceToBlock);

這些方法都和UDP的特性是息息相關的。

DomainDatagramChannel

DomainDatagramChannel和之前提到的ServerDomainSocketChannel一樣，都是使用的IPC內部程式通訊技術，直接進行程式的拷貝，免去了協議解析等步驟，提升了處理速度。

DuplexChannel

DuplexChannel從名字看就是一個雙向的channel，duplex Channel有一個特點，就是channel的兩邊可以獨立的關閉，所以有下面的方法：

boolean isInputShutdown();

ChannelFuture shutdownInput();

boolean isOutputShutdown();

ChannelFuture shutdownOutput();

DuplexChannel的是實現有很多種，比如常見的NIOSocketChannel，KQueueSocketChannel,EpollSocketChannel等。

AbstractChannel

另外一個channel的非常重要的子類就是AbstractChannel，AbstractChannel有三個非常重要的實現，分別是AbstractNioChannel,AbstractKQueueChannel和AbstractEpollChannel。

這三個類使用的都是NIO技術，不同的是第一個使用的是select，後面兩個使用的是平臺獨有的KQueue和Epoll技術。

其中NIO又可以分為NioByteChannel和NioMessageChannel,KQueue和Epoll又可以分為StreamChannel和DatagramChannel。

總結

以上就是channel在netty中的基本實現和分類。後面我們會詳解講解具體的channel到底是如何實現的。

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