netty源码分析之pipeline(二)

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前言

netty源码分析之pipeline(一)中,我们已经了解了pipeline在netty中所处的角色,像是一条流水线,控制着字节流的读写,本文,我们在这个基础上继续深挖pipeline在事件传播,异常传播等方面的细节

主要内容

接下来,本文分以下几个部分进行

  1. netty中的Unsafe到底是干什么的
  2. pipeline中的head
  3. pipeline中的inBound事件传播
  4. pipeline中的tail
  5. pipeline中的outBound事件传播
  6. pipeline 中异常的传播

Unsafe到底是干什么的

之所以Unsafe放到pipeline中讲,是因为unsafe和pipeline密切相关,pipeline中的有关io的操作最终都是落地到unsafe,所以,有必要先讲讲unsafe

初识Unsafe

顾名思义,unsafe是不安全的意思,就是告诉你不要在应用程序里面直接使用Unsafe以及他的衍生类对象。

netty官方的解释如下

Unsafe operations that should never be called from user-code. These methods are only provided to implement the actual transport, and must be invoked from an I/O thread

Unsafe 在Channel定义,属于Channel的内部类,表明Unsafe和Channel密切相关

下面是unsafe接口的所有方法

interface Unsafe {
   RecvByteBufAllocator.Handle recvBufAllocHandle();
   
   SocketAddress localAddress();
   SocketAddress remoteAddress();

   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 beginRead();
   void write(Object msg, ChannelPromise promise);
   void flush();
   
   ChannelPromise voidPromise();
   ChannelOutboundBuffer outboundBuffer();
}

按功能可以分为分配内存,Socket四元组信息,注册事件循环,绑定网卡端口,Socket的连接和关闭,Socket的读写,看的出来,这些操作都是和jdk底层相关

Unsafe 继承结构

Unsafe 继承结构

NioUnsafeUnsafe基础上增加了以下几个接口

public interface NioUnsafe extends Unsafe {
    SelectableChannel ch();
    void finishConnect();
    void read();
    void forceFlush();
}

从增加的接口以及类名上来看,NioUnsafe 增加了可以访问底层jdk的SelectableChannel的功能,定义了从SelectableChannel读取数据的read方法

AbstractUnsafe 实现了大部分Unsafe的功能

AbstractNioUnsafe 主要是通过代理到其外部类AbstractNioChannel拿到了与jdk nio相关的一些信息,比如SelectableChannelSelectionKey等等

NioSocketChannelUnsafeNioByteUnsafe放到一起讲,其实现了IO的基本操作,读,和写,这些操作都与jdk底层相关

NioMessageUnsafeNioByteUnsafe 是处在同一层次的抽象,netty将一个新连接的建立也当作一个io操作来处理,这里的Message的含义我们可以当作是一个SelectableChannel,读的意思就是accept一个SelectableChannel,写的意思是针对一些无连接的协议,比如UDP来操作的,我们先不用关注

Unsafe的分类

从以上继承结构来看,我们可以总结出两种类型的Unsafe分类,一个是与连接的字节数据读写相关的NioByteUnsafe,一个是与新连接建立操作相关的NioMessageUnsafe

NioByteUnsafe中的读:委托到外部类NioSocketChannel

protected int doReadBytes(ByteBuf byteBuf) throws Exception {
    final RecvByteBufAllocator.Handle allocHandle = unsafe().recvBufAllocHandle();
    allocHandle.attemptedBytesRead(byteBuf.writableBytes());
    return byteBuf.writeBytes(javaChannel(), allocHandle.attemptedBytesRead());
}

最后一行已经与jdk底层以及netty中的ByteBuf相关,将jdk的 SelectableChannel的字节数据读取到netty的ByteBuf

NioMessageUnsafe中的读:委托到外部类NioSocketChannel

protected int doReadMessages(List<Object> buf) throws Exception {
    SocketChannel ch = javaChannel().accept();

    if (ch != null) {
        buf.add(new NioSocketChannel(this, ch));
        return 1;
    }
    return 0;
}

NioMessageUnsafe 的读操作很简单,就是调用jdk的accept()方法,新建立一条连接

NioByteUnsafe中的写:委托到外部类NioSocketChannel

@Override
protected int doWriteBytes(ByteBuf buf) throws Exception {
    final int expectedWrittenBytes = buf.readableBytes();
    return buf.readBytes(javaChannel(), expectedWrittenBytes);
}

最后一行已经与jdk底层以及netty中的ByteBuf相关,将netty的ByteBuf中的字节数据写到jdk的 SelectableChannel

NioMessageUnsafe 的写,在tcp协议层面我们基本不会涉及,暂时忽略,udp协议的读者可以自己去研究一番~

关于Unsafe我们就先了解这么多

pipeline中的head

netty源码分析之pipeline(一)中,我们了解到head节点在pipeline中第一个处理IO事件,新连接接入和读事件在reactor线程的第二个步骤被检测到

NioEventLoop

private void processSelectedKey(SelectionKey k, AbstractNioChannel ch) {
     final AbstractNioChannel.NioUnsafe unsafe = ch.unsafe();
     //新连接的已准备接入或者已存在的连接有数据可读
     if ((readyOps & (SelectionKey.OP_READ | SelectionKey.OP_ACCEPT)) != 0 || readyOps == 0) {
         unsafe.read();
     }
}

读操作直接依赖到unsafe来进行,新连接的接入在netty源码分析之新连接接入全解析中已详细阐述,这里不再描述,下面将重点放到连接字节数据流的读写

NioByteUnsafe

@Override
public final void read() {
    final ChannelConfig config = config();
    final ChannelPipeline pipeline = pipeline();
    // 创建ByteBuf分配器
    final ByteBufAllocator allocator = config.getAllocator();
    final RecvByteBufAllocator.Handle allocHandle = recvBufAllocHandle();
    allocHandle.reset(config);

    ByteBuf byteBuf = null;
    do {
        // 分配一个ByteBuf
        byteBuf = allocHandle.allocate(allocator);
        // 将数据读取到分配的ByteBuf中去
        allocHandle.lastBytesRead(doReadBytes(byteBuf));
        if (allocHandle.lastBytesRead() <= 0) {
            byteBuf.release();
            byteBuf = null;
            close = allocHandle.lastBytesRead() < 0;
            break;
        }

        // 触发事件,将会引发pipeline的读事件传播
        pipeline.fireChannelRead(byteBuf);
        byteBuf = null;
    } while (allocHandle.continueReading());
    pipeline.fireChannelReadComplete();
}

同样,我抽出了核心代码,细枝末节先剪去,NioByteUnsafe 要做的事情可以简单地分为以下几个步骤

  1. 拿到Channel的config之后拿到ByteBuf分配器,用分配器来分配一个ByteBuf,ByteBuf是netty里面的字节数据载体,后面读取的数据都读到这个对象里面
  2. 将Channel中的数据读取到ByteBuf
  3. 数据读完之后,调用 pipeline.fireChannelRead(byteBuf); 从head节点开始传播至整个pipeline

这里,我们的重点其实就是 pipeline.fireChannelRead(byteBuf);

DefaultChannelPipeline

final AbstractChannelHandlerContext head;
//...
head = new HeadContext(this);

public final ChannelPipeline fireChannelRead(Object msg) {
    AbstractChannelHandlerContext.invokeChannelRead(head, msg);
    return this;
}

结合这幅图

pipeline

可以看到,数据从head节点开始流入,在进行下一步之前,我们先把head节点的功能过一遍

HeadContext

final class HeadContext extends AbstractChannelHandlerContext
        implements ChannelOutboundHandler, ChannelInboundHandler {

    private final Unsafe unsafe;

    HeadContext(DefaultChannelPipeline pipeline) {
        super(pipeline, null, HEAD_NAME, false, true);
        unsafe = pipeline.channel().unsafe();
        setAddComplete();
    }

    @Override
    public ChannelHandler handler() {
        return this;
    }

    @Override
    public void handlerAdded(ChannelHandlerContext ctx) throws Exception {
        // NOOP
    }

    @Override
    public void handlerRemoved(ChannelHandlerContext ctx) throws Exception {
        // NOOP
    }

    @Override
    public void bind(
            ChannelHandlerContext ctx, SocketAddress localAddress, ChannelPromise promise)
            throws Exception {
        unsafe.bind(localAddress, promise);
    }

    @Override
    public void connect(
            ChannelHandlerContext ctx,
            SocketAddress remoteAddress, SocketAddress localAddress,
            ChannelPromise promise) throws Exception {
        unsafe.connect(remoteAddress, localAddress, promise);
    }

    @Override
    public void disconnect(ChannelHandlerContext ctx, ChannelPromise promise) throws Exception {
        unsafe.disconnect(promise);
    }

    @Override
    public void close(ChannelHandlerContext ctx, ChannelPromise promise) throws Exception {
        unsafe.close(promise);
    }

    @Override
    public void deregister(ChannelHandlerContext ctx, ChannelPromise promise) throws Exception {
        unsafe.deregister(promise);
    }

    @Override
    public void read(ChannelHandlerContext ctx) {
        unsafe.beginRead();
    }

    @Override
    public void write(ChannelHandlerContext ctx, Object msg, ChannelPromise promise) throws Exception {
        unsafe.write(msg, promise);
    }

    @Override
    public void flush(ChannelHandlerContext ctx) throws Exception {
        unsafe.flush();
    }

    @Override
    public void exceptionCaught(ChannelHandlerContext ctx, Throwable cause) throws Exception {
        ctx.fireExceptionCaught(cause);
    }

    @Override
    public void channelRegistered(ChannelHandlerContext ctx) throws Exception {
        invokeHandlerAddedIfNeeded();
        ctx.fireChannelRegistered();
    }

    @Override
    public void channelUnregistered(ChannelHandlerContext ctx) throws Exception {
        ctx.fireChannelUnregistered();

        // Remove all handlers sequentially if channel is closed and unregistered.
        if (!channel.isOpen()) {
            destroy();
        }
    }

    @Override
    public void channelActive(ChannelHandlerContext ctx) throws Exception {
        ctx.fireChannelActive();

        readIfIsAutoRead();
    }

    @Override
    public void channelInactive(ChannelHandlerContext ctx) throws Exception {
        ctx.fireChannelInactive();
    }

    @Override
    public void channelRead(ChannelHandlerContext ctx, Object msg) throws Exception {
        ctx.fireChannelRead(msg);
    }

    @Override
    public void channelReadComplete(ChannelHandlerContext ctx) throws Exception {
        ctx.fireChannelReadComplete();

        readIfIsAutoRead();
    }

    private void readIfIsAutoRead() {
        if (channel.config().isAutoRead()) {
            channel.read();
        }
    }

    @Override
    public void userEventTriggered(ChannelHandlerContext ctx, Object evt) throws Exception {
        ctx.fireUserEventTriggered(evt);
    }

    @Override
    public void channelWritabilityChanged(ChannelHandlerContext ctx) throws Exception {
        ctx.fireChannelWritabilityChanged();
    }
}

从head节点继承的两个接口看,TA既是一个ChannelHandlerContext,同时又属于inBound(最新代码已经加上这一接口)和outBound Handler

在传播读写事件的时候,head的功能只是简单地将事件传播下去,如ctx.fireChannelRead(msg);

在真正执行读写操作的时候,例如在调用writeAndFlush()等方法的时候,最终都会委托到unsafe执行,而当一次数据读完,channelReadComplete方法首先被调用,TA要做的事情除了将事件继续传播下去之外,还得继续向reactor线程注册读事件,即调用readIfIsAutoRead(), 我们简单跟一下

HeadContext

private void readIfIsAutoRead() {
    if (channel.config().isAutoRead()) {
        channel.read();
    }
}

AbstractChannel

@Override
public Channel read() {
    pipeline.read();
    return this;
}

默认情况下,Channel都是默认开启自动读取模式的,即只要Channel是active的,读完一波数据之后就继续向selector注册读事件,这样就可以连续不断得读取数据,最终,通过pipeline,还是传递到head节点

HeadContext

@Override
public void read(ChannelHandlerContext ctx) {
    unsafe.beginRead();
}

委托到了 NioByteUnsafe

NioByteUnsafe

@Override
public final void beginRead() {
    doBeginRead();
} 

AbstractNioChannel

@Override
protected void doBeginRead() throws Exception {
    // Channel.read() or ChannelHandlerContext.read() was called
    final SelectionKey selectionKey = this.selectionKey;
    if (!selectionKey.isValid()) {
        return;
    }

    readPending = true;

    final int interestOps = selectionKey.interestOps();
    if ((interestOps & readInterestOp) == 0) {
        selectionKey.interestOps(interestOps | readInterestOp);
    }
}

doBeginRead() 做的事情很简单,拿到处理过的selectionKey,然后如果发现该selectionKey若在某个地方被移除了readInterestOp操作,这里给他加上,事实上,标准的netty程序是不会走到这一行的,只有在三次握手成功之后,如下方法被调用

public void channelActive(ChannelHandlerContext ctx) throws Exception {
    ctx.fireChannelActive();

    readIfIsAutoRead();
}

才会将readInterestOp注册到SelectionKey上,可结合 netty源码分析之新连接接入全解析 来看

总结一点,head节点的作用就是作为pipeline的头节点开始传递读写事件,调用unsafe进行实际的读写操作,下面,进入pipeline中非常重要的一环,inbound事件的传播

pipeline中的inBound事件传播

netty源码分析之新连接接入全解析 一文中,我们没有详细描述为啥pipeline.fireChannelActive();最终会调用到AbstractNioChannel.doBeginRead(),了解pipeline中的事件传播机制,你会发现相当简单

DefaultChannelPipeline

public final ChannelPipeline fireChannelActive() {
    AbstractChannelHandlerContext.invokeChannelActive(head);
    return this;
}

三次握手成功之后,pipeline.fireChannelActive();被调用,然后以head节点为参数,直接一个静态调用

AbstractChannelHandlerContext

static void invokeChannelActive(final AbstractChannelHandlerContext next) {
    EventExecutor executor = next.executor();
    if (executor.inEventLoop()) {
        next.invokeChannelActive();
    } else {
        executor.execute(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                next.invokeChannelActive();
            }
        });
    }
}

首先,netty为了确保线程的安全性,将确保该操作在reactor线程中被执行,这里直接调用 HeadContext.fireChannelActive()方法

HeadContext

public void channelActive(ChannelHandlerContext ctx) throws Exception {
    ctx.fireChannelActive();

    readIfIsAutoRead();
}

我们先看 ctx.fireChannelActive();,跟进去之前我们先看下当前pipeline的情况
[2.png]

AbstractChannelHandlerContext

public ChannelHandlerContext fireChannelActive() {
    final AbstractChannelHandlerContext next = findContextInbound();
    invokeChannelActive(next);
    return this;
}

首先,调用 findContextInbound() 找到下一个inbound节点,由于当前pipeline的双向链表结构中既有inbound节点,又有outbound节点,让我们看看netty是怎么找到下一个inBound节点的

AbstractChannelHandlerContext

private AbstractChannelHandlerContext findContextInbound() {
    AbstractChannelHandlerContext ctx = this;
    do {
        ctx = ctx.next;
    } while (!ctx.inbound);
    return ctx;
}

这段代码很清楚地表明,netty寻找下一个inBound节点的过程是一个线性搜索的过程,他会遍历双向链表的下一个节点,直到下一个节点为inBound(关于inBound和outBound,netty源码分析之pipeline(一)已有说明,这里不再详细分析)

找到下一个节点之后,执行 invokeChannelActive(next);,一个递归调用,直到最后一个inBound节点——tail节点

TailContext

@Override
public void channelActive(ChannelHandlerContext ctx) throws Exception { }

Tail节点的该方法为空,结束调用,同理,可以分析所有的inBound事件的传播,正常情况下,即用户如果不覆盖每个节点的事件传播操作,几乎所有的事件最后都落到tail节点,所以,我们有必要研究一下tail节点所具有的功能

pipeline中的tail

final class TailContext extends AbstractChannelHandlerContext implements ChannelInboundHandler {

    TailContext(DefaultChannelPipeline pipeline) {
        super(pipeline, null, TAIL_NAME, true, false);
        setAddComplete();
    }

    @Override
    public ChannelHandler handler() {
        return this;
    }

    @Override
    public void channelRegistered(ChannelHandlerContext ctx) throws Exception { }

    @Override
    public void channelUnregistered(ChannelHandlerContext ctx) throws Exception { }

    @Override
    public void channelActive(ChannelHandlerContext ctx) throws Exception { }

    @Override
    public void channelInactive(ChannelHandlerContext ctx) throws Exception { }

    @Override
    public void channelWritabilityChanged(ChannelHandlerContext ctx) throws Exception { }

    @Override
    public void handlerAdded(ChannelHandlerContext ctx) throws Exception { }

    @Override
    public void handlerRemoved(ChannelHandlerContext ctx) throws Exception { }

    @Override
    public void userEventTriggered(ChannelHandlerContext ctx, Object evt) throws Exception {
        // This may not be a configuration error and so don't log anything.
        // The event may be superfluous for the current pipeline configuration.
        ReferenceCountUtil.release(evt);
    }

    @Override
    public void exceptionCaught(ChannelHandlerContext ctx, Throwable cause) throws Exception {
        onUnhandledInboundException(cause);
    }

    @Override
    public void channelRead(ChannelHandlerContext ctx, Object msg) throws Exception {
        onUnhandledInboundMessage(msg);
    }

    @Override
    public void channelReadComplete(ChannelHandlerContext ctx) throws Exception { }
}

正如我们前面所提到的,tail节点的大部分作用即终止事件的传播(方法体为空),除此之外,有两个重要的方法我们必须提一下,exceptionCaught()channelRead()

exceptionCaught

protected void onUnhandledInboundException(Throwable cause) {
    try {
        logger.warn(
                "An exceptionCaught() event was fired, and it reached at the tail of the pipeline. " +
                        "It usually means the last handler in the pipeline did not handle the exception.",
                cause);
    } finally {
        ReferenceCountUtil.release(cause);
    }
}

异常传播的机制和inBound事件传播的机制一样,最终如果用户自定义节点没有处理的话,会落到tail节点,tail节点可不会简单地吞下这个异常,而是向你发出警告,相信使用netty的同学对这段警告不陌生吧?

channelRead

protected void onUnhandledInboundMessage(Object msg) {
    try {
        logger.debug(
                "Discarded inbound message {} that reached at the tail of the pipeline. " +
                        "Please check your pipeline configuration.", msg);
    } finally {
        ReferenceCountUtil.release(msg);
    }
}

另外,tail节点在发现字节数据(ByteBuf)或者decoder之后的业务对象在pipeline流转过程中没有被消费,落到tail节点,tail节点就会给你发出一个警告,告诉你,我已经将你未处理的数据给丢掉了

总结一下,tail节点的作用就是结束事件传播,并且对一些重要的事件做一些善意提醒

pipeline中的outBound事件传播

上一节中,我们在阐述tail节点的功能时,忽略了其父类AbstractChannelHandlerContext所具有的功能,这一节中,我们以最常见的writeAndFlush操作来看下pipeline中的outBound事件是如何向外传播的

典型的消息推送系统中,会有类似下面的一段代码

Channel channel = getChannel(userInfo);
channel.writeAndFlush(pushInfo);

这段代码的含义就是根据用户信息拿到对应的Channel,然后给用户推送消息,跟进 channel.writeAndFlush

NioSocketChannel

public ChannelFuture writeAndFlush(Object msg) {
    return pipeline.writeAndFlush(msg);
}

从pipeline开始往外传播

public final ChannelFuture writeAndFlush(Object msg) {
    return tail.writeAndFlush(msg);
}

Channel 中大部分outBound事件都是从tail开始往外传播, writeAndFlush()方法是tail继承而来的方法,我们跟进去

AbstractChannelHandlerContext

public ChannelFuture writeAndFlush(Object msg) {
    return writeAndFlush(msg, newPromise());
}

public ChannelFuture writeAndFlush(Object msg, ChannelPromise promise) {
    write(msg, true, promise);

    return promise;
}

这里提前说一点,netty中很多io操作都是异步操作,返回一个ChannelFuture给调用方,调用方拿到这个future可以在适当的时机拿到操作的结果,或者注册回调,后面的源码系列会深挖,这里就带过了,我们继续

AbstractChannelHandlerContext

private void write(Object msg, boolean flush, ChannelPromise promise) {
    AbstractChannelHandlerContext next = findContextOutbound();
    final Object m = pipeline.touch(msg, next);
    EventExecutor executor = next.executor();
    if (executor.inEventLoop()) {
        if (flush) {
            next.invokeWriteAndFlush(m, promise);
        } else {
            next.invokeWrite(m, promise);
        }
    } else {
        AbstractWriteTask task;
        if (flush) {
            task = WriteAndFlushTask.newInstance(next, m, promise);
        }  else {
            task = WriteTask.newInstance(next, m, promise);
        }
        safeExecute(executor, task, promise, m);
    }
}

netty为了保证程序的高效执行,所有的核心的操作都在reactor线程中处理,如果业务线程调用Channel的读写方法,netty会将该操作封装成一个task,随后在reactor线程中执行,参考 netty源码分析之揭开reactor线程的面纱(三),异步task的执行

这里我们为了不跑偏,假设是在reactor线程中(上面的这段例子其实是在业务线程中),先调用findContextOutbound()方法找到下一个outBound()节点

AbstractChannelHandlerContext

private AbstractChannelHandlerContext findContextOutbound() {
    AbstractChannelHandlerContext ctx = this;
    do {
        ctx = ctx.prev;
    } while (!ctx.outbound);
    return ctx;
}

找outBound节点的过程和找inBound节点类似,反方向遍历pipeline中的双向链表,直到第一个outBound节点next,然后调用next.invokeWriteAndFlush(m, promise)

AbstractChannelHandlerContext

private void invokeWriteAndFlush(Object msg, ChannelPromise promise) {
    if (invokeHandler()) {
        invokeWrite0(msg, promise);
        invokeFlush0();
    } else {
        writeAndFlush(msg, promise);
    }
}

调用该节点的ChannelHandler的write方法,flush方法我们暂且忽略,后面会专门讲writeAndFlush的完整流程

AbstractChannelHandlerContext

private void invokeWrite0(Object msg, ChannelPromise promise) {
    try {
        ((ChannelOutboundHandler) handler()).write(this, msg, promise);
    } catch (Throwable t) {
        notifyOutboundHandlerException(t, promise);
    }
}

我们在使用outBound类型的ChannelHandler中,一般会继承 ChannelOutboundHandlerAdapter,所以,我们需要看看他的 write方法是怎么处理outBound事件传播的

ChannelOutboundHandlerAdapter

public void write(ChannelHandlerContext ctx, Object msg, ChannelPromise promise) throws Exception {
    ctx.write(msg, promise);
}

很简单,他除了递归调用 ctx.write(msg, promise);之外,啥事也没干,在netty源码分析之pipeline(一)我们已经知道,pipeline的双向链表结构中,最后一个outBound节点是head节点,因此数据最终会落地到TA的write方法

HeadContext

public void write(ChannelHandlerContext ctx, Object msg, ChannelPromise promise) throws Exception {
    unsafe.write(msg, promise);
}

这里,加深了我们对head节点的理解,即所有的数据写出都会经过head节点,我们在下一节会深挖,这里暂且到此为止

实际情况下,outBound类的节点中会有一种特殊类型的节点叫encoder,它的作用是根据自定义编码规则将业务对象转换成ByteBuf,而这类encoder 一般继承自 MessageToByteEncoder

下面是一段

public abstract class DataPacketEncoder extends MessageToByteEncoder<DatePacket> {

    @Override
    protected void encode(ChannelHandlerContext ctx, DatePacket msg, ByteBuf out) throws Exception {
        // 这里拿到业务对象msg的数据,然后调用 out.writeXXX()系列方法编码
    }
}

为什么业务代码只需要覆盖这里的encod方法,就可以将业务对象转换成字节流写出去呢?通过前面的调用链条,我们需要查看一下其父类MessageToByteEncoder的write方法是怎么处理业务对象的

MessageToByteEncoder

public void write(ChannelHandlerContext ctx, Object msg, ChannelPromise promise) throws Exception {
    ByteBuf buf = null;
    try {
        // 需要判断当前编码器能否处理这类对象
        if (acceptOutboundMessage(msg)) {
            I cast = (I) msg;
            // 分配内存
            buf = allocateBuffer(ctx, cast, preferDirect);
            try {
                encode(ctx, cast, buf);
            } finally {
                ReferenceCountUtil.release(cast);
            }
            // buf到这里已经装载着数据,于是把该buf往前丢,知道head节点
            if (buf.isReadable()) {
                ctx.write(buf, promise);
            } else {
                buf.release();
                ctx.write(Unpooled.EMPTY_BUFFER, promise);
            }
            buf = null;
        } else {
            // 如果不能处理,就将outBound事件继续往前面传播
            ctx.write(msg, promise);
        }
    } catch (EncoderException e) {
        throw e;
    } catch (Throwable e) {
        throw new EncoderException(e);
    } finally {
        if (buf != null) {
            buf.release();
        }
    }

先调用 acceptOutboundMessage 方法判断,该encoder是否可以处理msg对应的类的对象(暂不展开),通过之后,就强制转换,这里的泛型I对应的是DataPacket,转换之后,先开辟一段内存,调用encode(),即回到DataPacketEncoder中,将buf装满数据,最后,如果buf中被写了数据(buf.isReadable()),就将该buf往前丢,一直传递到head节点,被head节点的unsafe消费掉

当然,如果当前encoder不能处理当前业务对象,就简单地将该业务对象向前传播,直到head节点,最后,都处理完之后,释放buf,避免堆外内存泄漏

pipeline 中异常的传播

我们通常在业务代码中,会加入一个异常处理器,统一处理pipeline过程中的所有的异常,并且,一般该异常处理器需要加载自定义节点的最末尾,即

pipeline中异常的传播

此类ExceptionHandler一般继承自 ChannelDuplexHandler,标识该节点既是一个inBound节点又是一个outBound节点,我们分别分析一下inBound事件和outBound事件过程中,ExceptionHandler是如何才处理这些异常的

inBound异常的处理

我们以数据的读取为例,看下netty是如何传播在这个过程中发生的异常

我们前面已经知道,对于每一个节点的数据读取都会调用AbstractChannelHandlerContext.invokeChannelRead()方法

AbstractChannelHandlerContext

private void invokeChannelRead(Object msg) {
    try {
        ((ChannelInboundHandler) handler()).channelRead(this, msg);
    } catch (Throwable t) {
        notifyHandlerException(t);
    }
}

可以看到该节点最终委托到其内部的ChannelHandler处理channelRead,而在最外层catch整个Throwable,因此,我们在如下用户代码中的异常会被捕获

public class BusinessHandler extends ChannelInboundHandlerAdapter {
    @Override
    protected void channelRead(ChannelHandlerContext ctx, Object data) throws Exception {
       //...
          throw new BusinessException(...); 
       //...
    }

}

上面这段业务代码中的 BusinessException 会被 BusinessHandler所在的节点捕获,进入到 notifyHandlerException(t);往下传播,我们看下它是如何传播的

AbstractChannelHandlerContext

private void notifyHandlerException(Throwable cause) {
    // 略去了非关键代码,读者可自行分析
    invokeExceptionCaught(cause);
}
private void invokeExceptionCaught(final Throwable cause) {
    handler().exceptionCaught(this, cause);
}

可以看到,此Hander中异常优先由此Handelr中的exceptionCaught方法来处理,默认情况下,如果不覆写此Handler中的exceptionCaught方法,调用

ChannelInboundHandlerAdapter

public void exceptionCaught(ChannelHandlerContext ctx, Throwable cause)
        throws Exception {
    ctx.fireExceptionCaught(cause);
}

AbstractChannelHandlerContext

public ChannelHandlerContext fireExceptionCaught(final Throwable cause) {
    invokeExceptionCaught(next, cause);
    return this;
}

到了这里,已经很清楚了,如果我们在自定义Handler中没有处理异常,那么默认情况下该异常将一直传递下去,遍历每一个节点,直到最后一个自定义异常处理器ExceptionHandler来终结,收编异常

Exceptionhandler

public Exceptionhandler extends ChannelDuplexHandler {
    @Override
    public void exceptionCaught(ChannelHandlerContext ctx, Throwable cause)
            throws Exception {
        // 处理该异常,并终止异常的传播
    }
}

到了这里,你应该知道为什么异常处理器要加在pipeline的最后了吧?

outBound异常的处理

然而对于outBound事件传播过程中所发生的异常,该Exceptionhandler照样能完美处理,为什么?

我们以前面提到的writeAndFlush方法为例,来看看outBound事件传播过程中的异常最后是如何落到Exceptionhandler中去的

前面我们知道,channel.writeAndFlush()方法最终也会调用到节点的 invokeFlush0()方法(write机制比较复杂,我们留到后面的文章中将)

AbstractChannelHandlerContext

private void invokeWriteAndFlush(Object msg, ChannelPromise promise) {
    if (invokeHandler()) {
        invokeWrite0(msg, promise);
        invokeFlush0();
    } else {
        writeAndFlush(msg, promise);
    }
}


private void invokeFlush0() {
    try {
        ((ChannelOutboundHandler) handler()).flush(this);
    } catch (Throwable t) {
        notifyHandlerException(t);
    }
}

invokeFlush0()会委托其内部的ChannelHandler的flush方法,我们一般实现的即是ChannelHandler的flush方法

private void invokeFlush0() {
    try {
        ((ChannelOutboundHandler) handler()).flush(this);
    } catch (Throwable t) {
        notifyHandlerException(t);
    }
}

好,假设在当前节点在flush的过程中发生了异常,都会被 notifyHandlerException(t);捕获,该方法会和inBound事件传播过程中的异常传播方法一样,也是轮流找下一个异常处理器,而如果异常处理器在pipeline最后面的话,一定会被执行到,这就是为什么该异常处理器也能处理outBound异常的原因

关于为啥 ExceptionHandler 既能处理inBound,又能处理outBound类型的异常的原因,总结一点就是,在任何节点中发生的异常都会往下一个节点传递,最后终究会传递到异常处理器

总结

最后,老样子,我们做下总结

1.一个Channel对应一个Unsafe,Unsafe处理底层操作,NioServerSocketChannel对应NioMessageUnsafe, NioSocketChannel对应NioByteUnsafe
2.inBound事件从head节点传播到tail节点,outBound事件从tail节点传播到head节点
3.异常传播只会往后传播,而且不分inbound还是outbound节点,不像outBound事件一样会往前传播

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