回顧這幅圖，目前為止，我們明白了兩個Reactor、acceptor以及異步結(jié)果的原理。在這一章中，我們將分析圖中的箭頭部分，將各部件連接起來。進行連接的關(guān)鍵部件正是本章的主角Channel，Channel是網(wǎng)絡Socket進行聯(lián)系的紐帶，可以完成諸如讀、寫、連接、綁定等I/O操作。
6.1 總述
6.1.1 Channel
JDK中的Channel是通訊的載體，而Netty中的Channel在此基礎上進行封裝從而賦予了Channel更多的能力，用戶可以使用Channel進行以下操作：
- 查詢Channel的狀態(tài)。
- 配置Channel的參數(shù)。
- 進行Channel支持的I/O操作（read，write，connect，bind）。
- 獲取對應的ChannelPipeline，從而可以自定義處理I/O事件或者其他請求。
為了保證在使用Channel或者處理I/O操作時不出現(xiàn)錯誤，以下幾點需要特別注意：
-
所有的I/O操作都是異步的
由于采用事件驅(qū)動的機制，所以Netty中的所有IO操作都是異步的。這意味著當我們調(diào)用一個IO操作時，方法會立即返回并不保證操作已經(jīng)完成。由上一章Future的講解中，我們知道，這些IO操作會返回一個ChannelFuture對象，我們需要通過添加監(jiān)聽者的方式執(zhí)行操作完成后需執(zhí)行的代碼。 -
Channel是有等級的
如果一個Channel由另一個Channel創(chuàng)建，那么他們之間形成父子關(guān)系。比如說，當ServerSocketChannel通過accept()方法接受一個SocketChannel時，那么SocketChannel的父親是ServerSocketChannel，調(diào)用SocketChannel的parent()方法返回該ServerSocketChannel對象。 -
可以使用向下轉(zhuǎn)型獲取子類的特定操作
某些子類Channel會提供一些所需的特定操作，可以向下轉(zhuǎn)型到這樣的子類，從而獲得特定操作。比如說，對于UDP的數(shù)據(jù)報的傳輸，有特定的join()和leave()操作，我們可以向下轉(zhuǎn)型到DatagramChannel從而使用這些操作。 -
釋放資源
當一個Channel不再使用時，須調(diào)用close()或者close(ChannelPromise)方法釋放資源。
6.1.2 Channel配置參數(shù)
(1).通用參數(shù)
CONNECT_TIMEOUT_MILLIS
????????Netty參數(shù)，連接超時毫秒數(shù)，默認值30000毫秒即30秒。
MAX_MESSAGES_PER_READ
????????Netty參數(shù)，一次Loop讀取的最大消息數(shù)，對于ServerChannel或者NioByteChannel，默認值為16，其他Channel默認值為1。默認值這樣設置，是因為：ServerChannel需要接受足夠多的連接，保證大吞吐量，NioByteChannel可以減少不必要的系統(tǒng)調(diào)用select。
WRITE_SPIN_COUNT
????????Netty參數(shù)，一個Loop寫操作執(zhí)行的最大次數(shù)，默認值為16。也就是說，對于大數(shù)據(jù)量的寫操作至多進行16次，如果16次仍沒有全部寫完數(shù)據(jù)，此時會提交一個新的寫任務給EventLoop，任務將在下次調(diào)度繼續(xù)執(zhí)行。這樣，其他的寫請求才能被響應不會因為單個大數(shù)據(jù)量寫請求而耽誤。
ALLOCATOR
????????Netty參數(shù)，ByteBuf的分配器，默認值為ByteBufAllocator.DEFAULT，4.0版本為UnpooledByteBufAllocator，4.1版本為PooledByteBufAllocator。該值也可以使用系統(tǒng)參數(shù)io.netty.allocator.type配置，使用字符串值："unpooled"，"pooled"。
RCVBUF_ALLOCATOR
????????Netty參數(shù)，用于Channel分配接受Buffer的分配器，默認值為AdaptiveRecvByteBufAllocator.DEFAULT，是一個自適應的接受緩沖區(qū)分配器，能根據(jù)接受到的數(shù)據(jù)自動調(diào)節(jié)大小。可選值為FixedRecvByteBufAllocator，固定大小的接受緩沖區(qū)分配器。
AUTO_READ
????????Netty參數(shù)，自動讀取，默認值為True。Netty只在必要的時候才設置關(guān)心相應的I/O事件。對于讀操作，需要調(diào)用channel.read()設置關(guān)心的I/O事件為OP_READ，這樣若有數(shù)據(jù)到達才能讀取以供用戶處理。該值為True時，每次讀操作完畢后會自動調(diào)用channel.read()，從而有數(shù)據(jù)到達便能讀取；否則，需要用戶手動調(diào)用channel.read()。需要注意的是：當調(diào)用config.setAutoRead(boolean)方法時，如果狀態(tài)由false變?yōu)閠rue，將會調(diào)用channel.read()方法讀取數(shù)據(jù)；由true變?yōu)閒alse，將調(diào)用config.autoReadCleared()方法終止數(shù)據(jù)讀取。
WRITE_BUFFER_HIGH_WATER_MARK
????????Netty參數(shù)，寫高水位標記，默認值64KB。如果Netty的寫緩沖區(qū)中的字節(jié)超過該值，Channel的isWritable()返回False。
WRITE_BUFFER_LOW_WATER_MARK
????????Netty參數(shù)，寫低水位標記，默認值32KB。當Netty的寫緩沖區(qū)中的字節(jié)超過高水位之后若下降到低水位，則Channel的isWritable()返回True。寫高低水位標記使用戶可以控制寫入數(shù)據(jù)速度，從而實現(xiàn)流量控制。推薦做法是：每次調(diào)用channl.write(msg)方法首先調(diào)用channel.isWritable()判斷是否可寫。
MESSAGE_SIZE_ESTIMATOR
????????Netty參數(shù)，消息大小估算器，默認為DefaultMessageSizeEstimator.DEFAULT。估算ByteBuf、ByteBufHolder和FileRegion的大小，其中ByteBuf和ByteBufHolder為實際大小，F(xiàn)ileRegion估算值為0。該值估算的字節(jié)數(shù)在計算水位時使用，F(xiàn)ileRegion為0可知FileRegion不影響高低水位。
SINGLE_EVENTEXECUTOR_PER_GROUP
????????Netty參數(shù)，單線程執(zhí)行ChannelPipeline中的事件，默認值為True。該值控制執(zhí)行ChannelPipeline中執(zhí)行ChannelHandler的線程。如果為Trye，整個pipeline由一個線程執(zhí)行，這樣不需要進行線程切換以及線程同步，是Netty4的推薦做法；如果為False，ChannelHandler中的處理過程會由Group中的不同線程執(zhí)行。
(2).SocketChannel參數(shù)
SO_RCVBUF
????????Socket參數(shù)，TCP數(shù)據(jù)接收緩沖區(qū)大小。該緩沖區(qū)即TCP接收滑動窗口，linux操作系統(tǒng)可使用命令：cat /proc/sys/net/ipv4/tcp_rmem查詢其大小。一般情況下，該值可由用戶在任意時刻設置，但當設置值超過64KB時，需要在連接到遠端之前設置。
SO_SNDBUF
????????Socket參數(shù)，TCP數(shù)據(jù)發(fā)送緩沖區(qū)大小。該緩沖區(qū)即TCP發(fā)送滑動窗口，linux操作系統(tǒng)可使用命令：cat /proc/sys/net/ipv4/tcp_smem查詢其大小。
TCP_NODELAY
????????TCP參數(shù)，立即發(fā)送數(shù)據(jù)，默認值為Ture（Netty默認為True而操作系統(tǒng)默認為False）。該值設置Nagle算法的啟用，改算法將小的碎片數(shù)據(jù)連接成更大的報文來最小化所發(fā)送的報文的數(shù)量，如果需要發(fā)送一些較小的報文，則需要禁用該算法。Netty默認禁用該算法，從而最小化報文傳輸延時。
SO_KEEPALIVE
????????Socket參數(shù)，連接保活，默認值為False。啟用該功能時，TCP會主動探測空閑連接的有效性。可以將此功能視為TCP的心跳機制，需要注意的是：默認的心跳間隔是7200s即2小時。Netty默認關(guān)閉該功能。
SO_REUSEADDR
????????Socket參數(shù)，地址復用，默認值False。有四種情況可以使用：(1).當有一個有相同本地地址和端口的socket1處于TIME_WAIT狀態(tài)時，而你希望啟動的程序的socket2要占用該地址和端口，比如重啟服務且保持先前端口。(2).有多塊網(wǎng)卡或用IP Alias技術(shù)的機器在同一端口啟動多個進程，但每個進程綁定的本地IP地址不能相同。(3).單個進程綁定相同的端口到多個socket上，但每個socket綁定的ip地址不同。(4).完全相同的地址和端口的重復綁定。但這只用于UDP的多播，不用于TCP。
SO_LINGER
???????? Netty對底層Socket參數(shù)的簡單封裝，關(guān)閉Socket的延遲時間，默認值為-1，表示禁用該功能。-1以及所有<0的數(shù)表示socket.close()方法立即返回，但OS底層會將發(fā)送緩沖區(qū)全部發(fā)送到對端。0表示socket.close()方法立即返回，OS放棄發(fā)送緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)直接向?qū)Χ税l(fā)送RST包，對端收到復位錯誤。非0整數(shù)值表示調(diào)用socket.close()方法的線程被阻塞直到延遲時間到或發(fā)送緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)發(fā)送完畢，若超時，則對端會收到復位錯誤。
IP_TOS
????????IP參數(shù)，設置IP頭部的Type-of-Service字段，用于描述IP包的優(yōu)先級和QoS選項。
ALLOW_HALF_CLOSURE
????????Netty參數(shù)，一個連接的遠端關(guān)閉時本地端是否關(guān)閉，默認值為False。值為False時，連接自動關(guān)閉；為True時，觸發(fā)ChannelInboundHandler的userEventTriggered()方法，事件為ChannelInputShutdownEvent。
(3).ServerSocketChannel參數(shù)
SO_RCVBUF
????????已說明，需要注意的是：當設置值超過64KB時，需要在綁定到本地端口前設置。該值設置的是由ServerSocketChannel使用accept接受的SocketChannel的接收緩沖區(qū)。
SO_REUSEADDR
????????已說明
SO_BACKLOG
????????Socket參數(shù)，服務端接受連接的隊列長度，如果隊列已滿，客戶端連接將被拒絕。默認值，Windows為200，其他為128。
(4).DatagramChannel參數(shù)
SO_BROADCAST
????????Socket參數(shù)，設置廣播模式。
SO_RCVBUF
????????已說明
SO_SNDBUF
????????已說明
SO_REUSEADDR
????????已說明
IP_MULTICAST_LOOP_DISABLED
????????對應IP參數(shù)IP_MULTICAST_LOOP，設置本地回環(huán)接口的多播功能。由于IP_MULTICAST_LOOP返回True表示關(guān)閉，所以Netty加上后綴_DISABLED防止歧義。
IP_MULTICAST_ADDR
????????對應IP參數(shù)IP_MULTICAST_IF，設置對應地址的網(wǎng)卡為多播模式。
IP_MULTICAST_IF
????????對應IP參數(shù)IP_MULTICAST_IF2，同上但支持IPV6。
IP_MULTICAST_TTL
????????IP參數(shù)，多播數(shù)據(jù)報的time-to-live即存活跳數(shù)。
IP_TOS
????????已說明
DATAGRAM_CHANNEL_ACTIVE_ON_REGISTRATION
????????Netty參數(shù)，DatagramChannel注冊的EventLoop即表示已激活。
6.1.3 Channel接口
Channel接口中含有大量的方法，我們先對這些方法分類：
- 狀態(tài)查詢
boolean isOpen(); // 是否開放
boolean isRegistered(); // 是否注冊到一個EventLoop
boolean isActive(); // 是否激活
boolean isWritable(); // 是否可寫
open表示Channel的開放狀態(tài)，True表示Channel可用，F(xiàn)alse表示Channel已關(guān)閉不再可用。registered表示Channel的注冊狀態(tài)，True表示已注冊到一個EventLoop，F(xiàn)alse表示沒有注冊到EventLoop。active表示Channel的激活狀態(tài)，對于ServerSocketChannel，True表示Channel已綁定到端口；對于SocketChannel，表示Channel可用（open）且已連接到對端。Writable表示Channel的可寫狀態(tài)，當Channel的寫緩沖區(qū)outboundBuffer非null且可寫時返回True。
一個正常結(jié)束的Channel狀態(tài)轉(zhuǎn)移有以下兩種情況：
REGISTERED->CONNECT/BIND->ACTIVE->CLOSE->INACTIVE->UNREGISTERED
REGISTERED->ACTIVE->CLOSE->INACTIVE->UNREGISTERED
其中第一種是服務端用于綁定的Channel或者客戶端用于發(fā)起連接的Channel，第二種是服務端接受的SocketChannel。一個異常關(guān)閉的Channel則不會服從這樣的狀態(tài)轉(zhuǎn)移。
- getter方法
EventLoop eventLoop(); // 注冊到的EventLoop
Channel parent(); // 父類Channel
ChannelConfig config(); // 配置參數(shù)
ChannelMetadata metadata(); // 元數(shù)據(jù)
SocketAddress localAddress(); // 本地地址
SocketAddress remoteAddress(); // 遠端地址
Unsafe unsafe(); // Unsafe對象
ChannelPipeline pipeline(); // 事件管道，用于處理IO事件
ByteBufAllocator alloc(); // 字節(jié)緩存分配器
ChannelFuture closeFuture(); // Channel關(guān)閉時的異步結(jié)果
ChannelPromise voidPromise();
- 異步結(jié)果生成
ChannelPromise newPromise();
ChannelFuture newSucceededFuture();
ChannelFuture newFailedFuture(Throwable cause);
- I/O事件處理
ChannelFuture bind(SocketAddress localAddress);
ChannelFuture connect(SocketAddress remoteAddress);
ChannelFuture disconnect();
ChannelFuture close();
ChannelFuture deregister();
Channel read();
ChannelFuture write(Object msg);
Channel flush();
ChannelFuture writeAndFlush(Object msg);
這里的I/O事件都是outbound出站事件，表示由用戶發(fā)起，即用戶可以調(diào)用這些方法產(chǎn)生響應的事件。對應地，有inbound入站事件，將在ChnanelPipeline一節(jié)中詳述。
6.1.4 Unsafe
Unsafe？直譯中文為不安全，這曾給我?guī)順O大的困擾。如果你是第一次遇到這種接口，一定會和我感同身受。一個Unsafe對象是不安全的？這里說的不安全，是相對于用戶程序員而言的，也就是說，用戶程序員使用Netty進行編程時不會接觸到這個接口和相關(guān)類。為什么不會接觸到呢？因為類似的接口和類是Netty的大量內(nèi)部實現(xiàn)細節(jié)，不會暴露給用戶程序員。然而我們的目標是自頂向下深入分析Netty，所以有必要深入Unsafe雷區(qū)。我們先看Unsafe接口中的方法：
SocketAddress localAddress(); // 本地地址
SocketAddress remoteAddress(); // 遠端地址
ChannelPromise voidPromise(); // 不關(guān)心結(jié)果的異步Promise？
ChannelOutboundBuffer outboundBuffer(); // 寫緩沖區(qū)
void register(EventLoop eventLoop, ChannelPromise promise);
void bind(SocketAddress localAddress, ChannelPromise promise);
void connect(SocketAddress remoteAddress, SocketAddress localAddress,
ChannelPromise promise);
void disconnect(ChannelPromise promise);
void close(ChannelPromise promise);
void closeForcibly();
void deregister(ChannelPromise promise);
void beginRead();
void write(Object msg, ChannelPromise promise);
void flush();
也許你已經(jīng)發(fā)現(xiàn)Unsafe接口和Channel接口中都有register、bind等I/O事件相關(guān)的方法，它們有什么區(qū)別呢？回憶一下EventLoop線程實現(xiàn)，當一個selectedKey就緒時，對I/O事件的處理委托給unsafe對象實現(xiàn)，代碼類似如下：
if ((readyOps & SelectionKey.OP_CONNECT) != 0) {
k.interestOps(k.interestOps() & ~SelectionKey.OP_CONNECT);
unsafe.finishConnect();
}
if ((readyOps & (SelectionKey.OP_READ | SelectionKey.OP_ACCEPT)) != 0
|| readyOps == 0) {
unsafe.read();
}
if ((readyOps & SelectionKey.OP_WRITE) != 0) {
ch.unsafe().forceFlush();
}
也就是說，Unsafe的子類作為Channel的內(nèi)部類，負責處理底層NIO相關(guān)的I/O事件。Channel則使用責任鏈的方式通過ChannelPipeline將事件提供給用戶自定義處理。
