Netty快速入门（11）EventLoop源码解析

EventLoop的类层图

我们来简单讨论一下Netty线程模型的源码。学习一下EventLoopGroup的原理。首先看一下EventLoop的类层结构图： 

上面是一个简化的版本，完整的是非常复杂的。从整体上来看，netty针对EventLoop定义了两种类型的接口，一个是EventExecutor和EventExecutorGroup，另一个是EventLoop和EventLoopGroup。

通过这些接口，可以总结出两大功能，第一个就是它是一个事件执行器（EventExecutor），它能够执行各种事件，也能够向它提交事件，它能够执行。第二它是一个EventLoop，能够向它注册handler，进行循环处理。相当于nio中的selector加上循环操作。

对于每个NioEventLoop，它继承了SingleThreadEventLoop，同时SingleThreadEventLoop继承了SingleThreadEventExecutor。

对于每个NioEventLoopGroup，它继承了MultithreadEventLoopGroup，同时MultithreadEventLoopGroup继承了MultithreadEventExecutorGroup。





EventExecutor结构

EventExecutor是一个事件执行器，提供了很多执行任务的方法：

比如submit方法，这些接口都继承了ScheduleExecutorService接口，因此它们能够执行定时任务，能够提交任务，还包括schedule方法，其中最重要的方法是next，上面是EventExecutorLoop里面的一些方法。

下面的EventExecutor里面的方法也是一样，next返回自己的类型，表示下一个执行，parent()方法表示它是属于哪一个EventExecutorGroup，因为每个EventExecutor都属于一个EventExecutorGroup，parent()方法能判断它属于哪个组。inEventLoop判断当前方法是不是在当前线程里面执行，还有其他方法等等。

EventExecutor和EventExecutorGroup可以总结如下：

1.EventExecutorGroup里面有一个EventExecutor数组，保存了多个EventExecutor;

2.EventExecutorGroup是不干什么事情的，当收到一个请后，他就调用next()获得一个它里面的EventExecutor，再调用这个executor的方法；

3.EventExecutorChooser.next()定义选择下一个EventExecutor的策略；

我们来看一下选择下一个EventExecutor的策略的具体实现，

查看DefaultEventExecutorChooserFactory的源码，

算法很简单，它有两中选择方式，一种是PowerOfTwoEventExecutorChooser，另一种是GenericEventExecutorChooser。它们的算法很简单，其实就是轮询（round robin），如果是2的指数，就用位来做（PowerOfTwoEventExecutorChooser），如果不是2的指数就取模（GenericEventExecutorChooser），这两种效果是一模一样的。

再来看一下具体的内容，来看MultithreadEventExecutorGroup类方法：

其中有个children属性，就是一个EventExecutor[]数组，有个chooser属性，就是EventExecutorChooser选择器，所有的方法都是通过next派发给SingleThreadEventExecutor去处理：

就是在这里具体处理事情。它里面实现的一个重要的execute(Runnable )方法，就是做线程提交的，一定要关注这个方法。所有的方法都派发给SingleThreadEventExecutor后，它自己也不干，它交给它里面的Executor属性去做，具体的实现一般是ThreadPerTaskExecutor：

上面可以理解为都是中介，真正干活的就是ThreadPerTaskExecutor。





EventLoop结构

前面的EventExecutor就是执行，EventLoop主要是注册：

EventLoopGroup也是啥都不干，让下面的SingleThreadEventLoop来干。

EventLoop除了注册事件，还包括事件循环，因为netty有很多EventLoop和EventLoopGroup，比如nio对应的是nio的一套，bio对应的是bio的一套，其它非nio的也各自有一套，我们这里只讨论nio这一套。它的事件循环肯定是放到具体的run方法里面的：

NioEventLoop中的run方法实现的是SingleThreadEventExecutor中的run方法，每个EventLoopGroup都包括一系列的EventExecutor，看下图：

上图左侧表示一个EventLoopGroup，同样包含了一系列的EventExecutor，刚才在源码中看到，它是一个数组，通过EventExecutorChooser进行选择，每一个都指向一个具体的NioEventLoop。对于每个NioEventLoop，它内部有Selector，有很多通道注册，同时还有个事件循环去处理这些事情（上图右上侧部分）。对于每个通道，它都有一个ChannelPipeline（上图右下侧），里面有个handler链，它默认有两个，一个是头（HeaderContext），一个是尾（TailContext），这是netty自己加的，中间我们可以插入自己的处理器。

上面可以理解为我们平时用的workerGroup的结构，对于bossGroup，大致上和workderGroup差不多，只不过注册的时候，只有一个接收事件：

上面Selector对应的只有一个NioServerSocketChannel，里面也是一个事件循环，处理接收事件，它的ChannelPipeline也大致上一样，只不过最尾部的一个东西，肯定是ServerBootstrapAccept，专门负责accept事件。





NioEventLoop创建分析

上面了解了NioEventLoop的类结构，下面来了解一下它的创建过程。我们使用debug的形式查看创建过程，首先在 new 地方打一个断点：

然后debug启动项目，首先进入的是NioEventLoopGroup中的方法：

1、 io.netty.channel.nio.NioEventLoopGroup#NioEventLoopGroup(int)

我们在workerGroup处打断点发现，最终进入的也是这个方法，所以在两个地方打断点都可以。这个方法除了传入一个线程数量，还传入了一个Executor对象，前面讨论过，Executor就是最终干活的对象，最终实现是ThreadPerTaskExecutor，这里传的是null，说明我们是不需要传入的，由netty自己创建即可，我们继续往下走：

1、 io.netty.channel.nio.NioEventLoopGroup#NioEventLoopGroup(int)

2、 io.netty.channel.nio.NioEventLoopGroup#NioEventLoopGroup(int, java.util.concurrent.Executor)

这个方法中又多了一个参数，SelectorProvider定义了创建selector、ServerSocketChannel、SocketChannel等方法，采用Java的 Service Provider Interface (SPI) 方式实现，

从代码可以知道，创建过程为

如果provider已经创建，直接返回;

如果定义了java.nio.channels.spi.SelectorProvider属性，则采用该属性定义的类创建SelectorProvider并返回；如果失败，则继续；

采用SPI方法创建SelectorProvider并返回；如果实现，则通过DefaultSelectorProvider创建；

我们继续往下走，

1、 io.netty.channel.nio.NioEventLoopGroup#NioEventLoopGroup(int)

2、 io.netty.channel.nio.NioEventLoopGroup#NioEventLoopGroup(int, java.util.concurrent.Executor)

3、 io.netty.channel.nio.NioEventLoopGroup#NioEventLoopGroup(int, java.util.concurrent.Executor, java.nio.channels.spi.SelectorProvider)

这里多了一个参数，继续往下走：

1、 io.netty.channel.nio.NioEventLoopGroup#NioEventLoopGroup(int)

2、 io.netty.channel.nio.NioEventLoopGroup#NioEventLoopGroup(int, java.util.concurrent.Executor)

3、 io.netty.channel.nio.NioEventLoopGroup#NioEventLoopGroup(int, java.util.concurrent.Executor, java.nio.channels.spi.SelectorProvider)

4、 io.netty.channel.nio.NioEventLoopGroup#NioEventLoopGroup(int, java.util.concurrent.Executor, java.nio.channels.spi.SelectorProvider, io.netty.channel.SelectStrategyFactory)

这里多了一个拒绝处理参数，继续往下走：

1、 io.netty.channel.nio.NioEventLoopGroup#NioEventLoopGroup(int)

2、 io.netty.channel.nio.NioEventLoopGroup#NioEventLoopGroup(int, java.util.concurrent.Executor)

3、 io.netty.channel.nio.NioEventLoopGroup#NioEventLoopGroup(int, java.util.concurrent.Executor, java.nio.channels.spi.SelectorProvider)

4、 io.netty.channel.nio.NioEventLoopGroup#NioEventLoopGroup(int, java.util.concurrent.Executor, java.nio.channels.spi.SelectorProvider, io.netty.channel.SelectStrategyFactory)

5、 io.netty.channel.MultithreadEventLoopGroup#MultithreadEventLoopGroup(int, java.util.concurrent.Executor, java.lang.Object...)

从这里可以看到，线程数如果没有定义会使用默认的数值，默认的值就是系统cup*2：

继续往下走，

1、 io.netty.channel.nio.NioEventLoopGroup#NioEventLoopGroup(int)

2、 io.netty.channel.nio.NioEventLoopGroup#NioEventLoopGroup(int, java.util.concurrent.Executor)

3、 io.netty.channel.nio.NioEventLoopGroup#NioEventLoopGroup(int, java.util.concurrent.Executor, java.nio.channels.spi.SelectorProvider)

4、 io.netty.channel.nio.NioEventLoopGroup#NioEventLoopGroup(int, java.util.concurrent.Executor, java.nio.channels.spi.SelectorProvider, io.netty.channel.SelectStrategyFactory)

5、 io.netty.channel.MultithreadEventLoopGroup#MultithreadEventLoopGroup(int, java.util.concurrent.Executor, java.lang.Object...)

6、 io.netty.util.concurrent.MultithreadEventExecutorGroup#MultithreadEventExecutorGroup(int, java.util.concurrent.Executor, java.lang.Object...)

这里增加了一个我们上面讨论过的参数类型，DefaultEventExecutorChooserFactory，也就是EventExecutor的选择器，继续往下走：

1、 io.netty.channel.nio.NioEventLoopGroup#NioEventLoopGroup(int)

2、 io.netty.channel.nio.NioEventLoopGroup#NioEventLoopGroup(int, java.util.concurrent.Executor)

3、 io.netty.channel.nio.NioEventLoopGroup#NioEventLoopGroup(int, java.util.concurrent.Executor, java.nio.channels.spi.SelectorProvider)

4、 io.netty.channel.nio.NioEventLoopGroup#NioEventLoopGroup(int, java.util.concurrent.Executor, java.nio.channels.spi.SelectorProvider, io.netty.channel.SelectStrategyFactory)

5、 io.netty.channel.MultithreadEventLoopGroup#MultithreadEventLoopGroup(int, java.util.concurrent.Executor, java.lang.Object...)

6、 io.netty.util.concurrent.MultithreadEventExecutorGroup#MultithreadEventExecutorGroup(int, java.util.concurrent.Executor, java.lang.Object...)

7、 io.netty.util.concurrent.MultithreadEventExecutorGroup#MultithreadEventExecutorGroup(int, java.util.concurrent.Executor, io.netty.util.concurrent.EventExecutorChooserFactory, java.lang.Object...)

通过上面七步，我们组合齐了创建需要的所有参数，进入了这里，这里是真正创建开始的地方，从代码中看到，前面两个判断，一个是线程数量，另一个是对Executor的创建，使用的是ThreadPerTaskExecutor，

里面的execute方法很简单，每次执行的时候都会创建一个新的线程执行命令。

下面的children，就是我们前面提到的MultithreadEventExecutorGroup中的EventExecutor数组，我们指定了多少个线程数，就会创建多少个EventExecutor，来看一下每个EventExecutor的创建过程：

创建的时候调用的是new Child去创建，这个方法真正实现的地方是:

io.netty.channel.nio.NioEventLoopGroup#newChild

里面new 了一个NioEventLoop，具体的内容如下：

我们看到里面创建了一个selector，通过这样children数组就new 完了。

接下来就是创建chooser，作用是选择下一个EventExecutor，前面介绍过根据是否是2的指数的倍数进行选择，这里的断点打在了bossGroup上面，只创建了一个，因此是2的0次方，我们通过调试可以看到它选择的策略：

最下面的几行是对children的一些操作，这样整个new过程就结束了。我们再来回顾这张图：

创建的过程，EventExecutor数组创建好了，每个NioEventLoop的selector也创建了，但是没有看到事件循环线程启动，也没有看到事件注册等内容。所以在这个阶段，无论是boss还是worker都是一样的。从上面可以看出，创建流程是比较简单的。





NioEventLoop启动流程分析

netty是用ServerBootstrap进行启动，启动的代码是这一行：

1、 ChannelFuture f = server.bind(port).sync()

我们可以在这里打断点进行启动流程分析：

这里一种调用了两个方法，一个是bind方法，一个是sync方法，我们先从bind开始。

1、 ChannelFuture f = server.bind(port).sync()

2、 io.netty.bootstrap.AbstractBootstrap#bind(int)

继续往下：

1、 ChannelFuture f = server.bind(port).sync()

2、 io.netty.bootstrap.AbstractBootstrap#bind(int)

3、 io.netty.bootstrap.AbstractBootstrap#bind(java.net.SocketAddress)

validate()主要是验证是否为空的：

继续往下走：

1、 ChannelFuture f = server.bind(port).sync()

2、 io.netty.bootstrap.AbstractBootstrap#bind(int)

3、 io.netty.bootstrap.AbstractBootstrap#bind(java.net.SocketAddress)

4、 io.netty.bootstrap.AbstractBootstrap#doBind

这个方法内容比较多，来看第一行代码，执行了一个initAndRegister方法，回想我们自己写nio程序的时候，启动第一件事是把ServerSocketChannel初始化并注册到selector中，initAndRegister方法中也是做了同样的事情：

来看这个方法，首先通过 channel =channelFactory.newChannel(); 创建一个channel，我们配置ServerBootstrap的时候，channel传入的是 NioServerSocketChannel，这里通过一个工厂创建它的实例，当然这里用的是反射技术。具体实现代码如下：

io.netty.channel.ReflectiveChannelFactory#newChannel

反射执行的时候，最终会走到下面的方法：

io.netty.channel.AbstractChannel#AbstractChannel(io.netty.channel.Channel)

对于每个channel，都有这些属性，parent，id（自动生成的），unsafe，另外一个非常重要的就是pipeline属性，就是前面我们说的ChannelPipeline。刚开始创建的时候，啥都没有，就有默认的HeaderContext和TailContext：

io.netty.channel.DefaultChannelPipeline#DefaultChannelPipeline

接下来回到initAndRegister方法，创建完了，我们来看init方法，

io.netty.bootstrap.ServerBootstrap#init

前面是设置options，设置属性的一些内容，接下来， ChannelPipeline p = channel.pipeline(); 就是把pipeline拿出来，然后把childGroup和childHandler都拿出来，接下来是往pipeline里面加东西，

就是把我们在ServerBootstrap中配置的handler加进去。这里面先配置了ChannelPipeline，接下来就是ServerBootstrapAcceptor，这里面会把childGroup和childHandler都传进去，之所以会传这两个，是因为这里的ServerBootstrapAcceptor是要把接收到的NioSocketChannel的连接注册上去，所以这里需要有childGroup，而对于每个NioSocketChannel中的pipeline里面有什么东西，这里需要childHandler来看的。做完这些事情，init方法就完成了。

再次回到initAndRegister方法，前面的newChannel和init方法都完成了，下面是注册方法：

ChannelFuture regFuture = config().group().register(channel);

这里先调用config和group方法，返回的就是我们配置的bossGroup，这里如果bossGroup配置多个，也会从中选一个，所以配置多个也是没有用处的（具体理由参考前面一篇文章）。对于boss来说，这里只会初始化注册一次，选择一个。获取group后，调用的是register方法，最终到的方法是：

io.netty.channel.AbstractChannel.AbstractUnsafe#register

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