Netty整体架构是怎样的?

逻辑架构

Netty的逻辑处理架构共分为网络通信层、事件调度层、服务编排层，每一层各司其职。

网络通信层：

网络通信层的职责是执行网络 I/O 的操作。

• 它支持多种网络协议和 I/O 模型的连接操作。

当网络数据读取到内核缓冲区后，会触发各种网络事件，这些网络事件会分发给事件调度层进行处理。

网络通信层的包含BootStrap、ServerBootStrap、Channel三个组件。

BootStrap & ServerBootStrap

• Bootstrap:
  • 主要负责整个 Netty 程序的启动、初始化、服务器连接等过程。

Netty中的引导器共分为两种类型：

• 用于客户端引导的 Bootstrap。
• 用于服务端引导的 ServerBootStrap，它们都继承自抽象类 AbstractBootstrap。

事件调度层：

通过 Reactor 线程模型对各类事件进行聚合处理

通过 Selector 主循环线程集成多种事件（ I/O 事件、信号事件、定时事件等）

• 实际的业务处理逻辑是交由服务编排层中相关的 Handler 完成。

事件调度层的核心组件包括 EventLoopGroup、EventLoop。

• EventLoopGroup & EventLoop

EventLoopGroup 本质是一个线程池，主要负责接收 I/O 请求，并分配线程执行处理请求。

EventLoopGroup、EventLoop、Channel 的关系:

• 一个 EventLoopGroup 往往包含一个或者多个 EventLoop。
  • EventLoop 用于处理 Channel 生命周期内的所有 I/O 事件
    • 如 accept、connect、read、write 等 I/O 事件。
• EventLoop 同一时间会与一个线程绑定，每个 EventLoop 负责处理多个 Channel。
  • 每新建一个 Channel，EventLoopGroup 会选择一个 EventLoop 与其绑定。
  • 该 Channel 在生命周期内都可以对 EventLoop 进行多次绑定和解绑。

EventLoopGroup 的实现类是 NioEventLoopGroup。

可以把 NioEventLoopGroup 理解为一个线程池

• 每个线程负责处理多个 Channel，而同一个 Channel 只会对应一个线程。

Netty 通过创建不同的 EventLoopGroup 参数配置，可以支持 Reactor 的三种线程模型：

• 单线程模型：
  • EventLoopGroup 只包含一个 EventLoop，Boss 和 Worker 使用同一个EventLoopGroup。
• 多线程模型：
  • EventLoopGroup 包含多个 EventLoop，Boss 和 Worker 使用同一个EventLoopGroup。
• 主从多线程模型：
  • EventLoopGroup 包含多个 EventLoop，Boss 是主 Reactor，Worker 是从 Reactor
  • 它们分别使用不同的 EventLoopGroup
    • 主 Reactor 负责新的网络连接 Channel 创建，然后把 Channel 注册到从 Reactor。

服务编排层：

服务编排层的职责是负责组装各类服务，它是 Netty 的核心处理链，用以实现网络事件的动态编排和有序传播。

服务编排层的核心组件包括 ChannelPipeline、ChannelHandler、ChannelHandlerContext。

ChannelPipeline

• 负责组装各种 ChannelHandler，实际数据的编解码以及加工处理操作都是由 ChannelHandler 完成的。

• ChannelPipeline 可以理解为ChannelHandler 的实例列表：

  • 内部通过双向链表将不同的 ChannelHandler 链接在一起。

• 当 I/O 读写事件触发时，ChannelPipeline 会依次调用 ChannelHandler 列表对 Channel 的数据进行拦截和处理。

ChannelPipeline 是线程安全的，因为每一个新的 Channel 都会对应绑定一个新的 ChannelPipeline。

一个 ChannelPipeline 关联一个 EventLoop，一个 EventLoop 仅会绑定一个线程。

ChannelHandler & ChannelHandlerContext

• ChannelHandlerContext 用于保存 ChannelHandler 上下文。

组件关系

服务端启动初始化时有 Boss EventLoopGroup 和 Worker EventLoopGroup 两个组件，其中 Boss 负责监听网络连接事件。

• 当有新的网络连接事件到达时，则将 Channel 注册到 Worker EventLoopGroup。

Worker EventLoopGroup 会被分配一个 EventLoop 负责处理该 Channel 的读写事件。

• 每个 EventLoop 都是单线程的，通过 Selector 进行事件循环。

当客户端发起 I/O 读写事件时，服务端 EventLoop 会进行数据的读取

• 然后通过 Pipeline 触发各种监听器进行数据的加工处理。

客户端数据会被传递到 ChannelPipeline 的第一个 ChannelInboundHandler 中

• 数据处理完成后，将加工完成的数据传递给下一个 ChannelInboundHandler。

当数据写回客户端时，会将处理结果在 ChannelPipeline 的 ChannelOutboundHandler 中传播，最后到达客户端。