Netty 学习（四）：ChannelHandler 的事件传播和生命周期

Netty 学习（四）：ChannelHandler 的事件传播和生命周期

作者： Grey

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ChannelHandler 的事件传播

在通信客户端和服务端，处理的流程大致有如下步骤

输入---> 解码 ---> 根据不同的消息指令解析数据包 ---> 编码 ---> 输出

在『根据不同的消息指令解析数据包』这个步骤中，经常需要用if-else来判断不同的指令类型并进行解析。逻辑一旦复杂，就会让代码变的极为臃肿，难以维护。

Netty 中的 Pipeline 和 ChannelHandler 就是用来解决这个问题，它通过责任链设计模式来组织代码逻辑，并且能够支持逻辑的动态添加和删除。

在 Netty 框架中，一个连接对应一个 Channel，这个 Channel 的所有处理逻辑都在 ChannelPipeline 的对象里，ChannelPipeline 是双向链表结构，它和 Channel 之间是一对一的关系。这个双向链表每个节点都是一个 ChannelHandlerContext 对象，这个对象可以获得和 Channel 相关的所有上下文信息。

示例图如下

ChannelHandler 包括两个子接口：ChannelInboundHandler 和 ChannelOutboundHandler，分别用于处理读数据和写数据的逻辑。

我们可以写一个示例来说明 ChannelHandler 的事件传播顺序（包含 ChannelInboundHandler 和 ChannelOutboundHandler）

在服务端配置如下

      ch.pipeline().addLast(new InHandlerA());
      ch.pipeline().addLast(new InHandlerB());
      ch.pipeline().addLast(new InHandlerC());
      ch.pipeline().addLast(new OutHandlerA());
      ch.pipeline().addLast(new OutHandlerB());
      ch.pipeline().addLast(new OutHandlerC());

其中 InHandlerA 代码如下(InHandlerB 和 InHandlerC 类似)

package snippet.chat.server.inbound;

import io.netty.channel.ChannelHandlerContext;
import io.netty.channel.ChannelInboundHandlerAdapter;

/**
 * @author <a href="mailto:410486047@qq.com">Grey</a>
 * @date 2022/9/19
 * @since
 */
public class InHandlerA extends ChannelInboundHandlerAdapter {
    @Override
    public void channelRead(ChannelHandlerContext ctx, Object msg) throws Exception {
        System.out.println("in-A:" + msg);
        super.channelRead(ctx, msg);
    }
}

OutHandlerA 代码如下（OutHandlerB 和 OutHandlerC 类似）

package snippet.chat.server.outbound;

import io.netty.channel.ChannelHandlerContext;
import io.netty.channel.ChannelOutboundHandlerAdapter;
import io.netty.channel.ChannelPromise;

/**
 * @author <a href="mailto:410486047@qq.com">Grey</a>
 * @date 2022/9/19
 * @since
 */
public class OutHandlerA extends ChannelOutboundHandlerAdapter {
    @Override
    public void write(ChannelHandlerContext ctx, Object msg, ChannelPromise promise) throws Exception {
        System.out.println("out-A:" + msg);
        super.write(ctx, msg, promise);
    }
}

运行服务端和客户端，使用客户端向服务端发送一些数据，可以看到如下日志

in-A:PooledUnsafeDirectByteBuf(ridx: 0, widx: 108, cap: 2048)
in-B:PooledUnsafeDirectByteBuf(ridx: 0, widx: 108, cap: 2048)
in-C:PooledUnsafeDirectByteBuf(ridx: 0, widx: 108, cap: 2048)
......
out-C:PooledUnsafeDirectByteBuf(ridx: 0, widx: 39, cap: 256)
out-B:PooledUnsafeDirectByteBuf(ridx: 0, widx: 39, cap: 256)
out-A:PooledUnsafeDirectByteBuf(ridx: 0, widx: 39, cap: 256)

由此可以知：inboundHandler 的添加顺序和执行顺序一致，而 outboundHandler 的添加顺序和执行顺序相反。 如下图示例

ChannelHandler 的生命周期

可以用代码来说明 ChannelHandler 的生命周期，我们基于 ChannelInboundHandlerAdapter，定义了一个 LifeCycleTestHandler，完整代码如下

package snippet.chat.client;

import io.netty.channel.ChannelHandlerContext;
import io.netty.channel.ChannelInboundHandlerAdapter;

/**
 * @author <a href="mailto:410486047@qq.com">Grey</a>
 * @date 2022/9/19
 * @since
 */
public class LifeCycleTestHandler extends ChannelInboundHandlerAdapter {
    // 这个回调方法表示当前Channel的所有逻辑处理已经和某个NIO线程建立了绑定关系，接收新的连接，然后创建一个线程来处理这个连接的读写，只不过在Netty里使用了线程池的方式，
    // 只需要从线程池里去抓一个线程绑定在这个Channel上即可。这里的NIO线程通常指NioEventLoop
    @Override
    public void channelRegistered(ChannelHandlerContext ctx) throws Exception {
        System.out.println("channel 绑定到线程（NioEventLoop）：channelRegistered()");
        super.channelRegistered(ctx);
    }

    // 这个回调表明与这个连接对应的NIO线程移除了对这个连接的处理。
    @Override
    public void channelUnregistered(ChannelHandlerContext ctx) throws Exception {
        System.out.println("channel 取消线程（NioEventLoop）的绑定：channelUnregistered()");
        super.channelUnregistered(ctx);
    }

    // 当Channel的所有业务逻辑链准备完毕（即Channel的Pipeline中已经添加完所有的Handler），
// 以及绑定好一个NIO线程之后，这个连接才真正被激活，接下来就会回调到此方法。
    @Override
    public void channelActive(ChannelHandlerContext ctx) throws Exception {
        System.out.println("channel 准备就绪：channelActive()");
        super.channelActive(ctx);
    }

    // 这个连接在TCP层面已经不再是ESTABLISH状态了。
    @Override
    public void channelInactive(ChannelHandlerContext ctx) throws Exception {
        System.out.println("channel 被关闭：channelInactive()");
        super.channelInactive(ctx);
    }

    // 客户端向服务端发送数据，每次都会回调此方法，表示有数据可读。
    @Override
    public void channelRead(ChannelHandlerContext ctx, Object msg) throws Exception {
        System.out.println("channel 有数据可读:channelRead()");
        super.channelRead(ctx, msg);
    }

    // 服务端每读完一次完整的数据，都回调该方法，表示数据读取完毕。
    @Override
    public void channelReadComplete(ChannelHandlerContext ctx) throws Exception {
        System.out.println("channel 某次数据读完：channelReadComplete()");
        super.channelReadComplete(ctx);
    }

    // 表示在当前Channel中，已经成功添加了一个Handler处理器。
    @Override
    public void handlerAdded(ChannelHandlerContext ctx) throws Exception {
        System.out.println("逻辑处理器被添加：handlerAdded()");
        super.handlerAdded(ctx);
    }

    // 我们给这个连接添加的所有业务逻辑处理器都被移除。
    @Override
    public void handlerRemoved(ChannelHandlerContext ctx) throws Exception {
        System.out.println("逻辑处理器被移除：handlerRemoved()");
        super.handlerRemoved(ctx);
    }
}

我们在服务端添加这个 Handler，然后启动服务端和客户端，可以看到服务台首先输出如下日志

逻辑处理器被添加：handlerAdded()
channel 绑定到线程（NioEventLoop）：channelRegistered()
channel 准备就绪：channelActive()
channel 有数据可读:channelRead()
Mon Sep 19 22:49:49 CST 2022: 收到客户端登录请求……
Mon Sep 19 22:49:49 CST 2022: 登录成功!
channel 某次数据读完：channelReadComplete()

由日志可以看到，ChannelHandler 执行顺序为:

handlerAdded()->channelRegistered()->channelActive()->channelRead()->channelReadComplete()

关闭客户端，保持服务端不关闭，在服务端此时触发了 Channel 的关闭，打印日志如下

channel 被关闭：channelInactive()
channel 取消线程（NioEventLoop）的绑定：channelUnregistered()
逻辑处理器被移除：handlerRemoved()

如上述日志可知，ChannelHandler 的执行顺序是

channelInactive()->channelUnregistered()->handlerRemoved()

整个 ChannelHandler 的生命周期如下图所示

图例

本文所有图例见：processon: Netty学习笔记

代码

hello-netty

更多内容见：Netty专栏

参考资料

跟闪电侠学 Netty：Netty 即时聊天实战与底层原理

深度解析Netty源码