作者逅弈
我們知道Netty是一個基於JDK的nio實現的網絡編程框架，那Netty的服務端是怎麼啟動的呢，包括他是何時register 的，何時 bind 端口的，以及何時開始讀取網絡中的數據的？
讓我們帶著這個疑問，通過一個官方的例子來深入探究Netty服務端的啟動過程。
PS:本文基於netty源碼的4.1分支進行分析。
首先我們拿一個最簡單的EchoServer的例子來舉例說明，具體的代碼如下：
從上面的代碼來看，在啟動的過程中共有5處地方需要我們關注，不過最重要的啟動服務端的代碼，還是在最後第5步的時候。
為了更加清晰的描述整個啟動的過程，也便於我們更好的理解和記憶，我將使用多圖形少代碼的形式來表達。
首先我把啟動過程的一個大致流程畫成如下的圖：
其中有以下幾個核心的方法：
- channel()
- handler()
- childHandler()
- doBind()
除此之外，還有一個初始化EventLoopGroup類的方法：
- NioEventLoopGroup()
一、初始化EventLoopGroup
我們從最初的初始化 EventLoopGroup 類開始吧，從源碼中可以看到是一層一層的構造方法的調用，然後再super到了父類中，最終會調用到 AbstractEventExecutor 類，具體的調用流程如下圖所示：
這個過程中創建了幾個重要的實例，我用淡藍色標記出來了。
首先我們需要知道的是，在Netty中有幾個比較重要的類：
- EventLoop
- EventLoopGroup
- EventExecutor
- EventExecutorGroup
他們之間的關係圖如下所示：
EventLoop和EventExecutor說到底都是一種Executor。
然後通過調用ServerBootstrap的group()方法，我們將創建的EventLoopGroup對象分別賦值給了ServerBootstrap的 group 和 childGroup 屬性。
二、執行channel()方法
初始化完了EventLoopGroup之後，接著就開始執行 channel() 方法了，這個方法很簡單，就是通過 ReflectiveChannelFactory 類創建了一個 channelFactory ，這個 channelFactory 後面會很有用，都是通過它來創建需要的Channel實例的。這裡我就不貼具體的代碼了，具體的執行過程可以用下面的圖來表示：
通過調用該方法，ServerBootstrap類的 channelFactory 屬性就被賦予了值，並且該ChannelFactory的實現類是通過反射來創建Channel的。
後面在需要創建Channel的時候，會調用該channelFactory的 newChannel() 方法，執行該方法之後，會創建三種非常有用的對象：
- channel
- pipeline
- unsafe
三、執行handler()方法
該方法沒有創建其他的對象，只是把用戶提供的方法參數中所表示的ChannelHandler對象通過該方法來賦值給ServerBootstrap的 handler 屬性。
PS:這裡創建的handler在後面的初始化時會使用到
四、執行childHandler()方法
該方法沒有創建其他的對象，只是把用戶提供的方法參數中所表示的ChannelHandler對象通過該方法來賦值給ServerBootstrap的 childHandler 屬性。
PS:這裡創建的childHandler在後面的初始化時會使用到
五、執行doBind()方法
Netty啟動過程中最複雜，步驟最多的就是這個方法了，不過不用擔心，我已經把該方法核心的執行過程整理好了，如下圖所示：
這裡我推薦大家在讀源碼的時候，可以拿一張紙，一支筆，用畫圖的形式把方法的調用過程，以及創建了哪些屬性等等這些都記下來，一開始可以不用知道那些方法和屬性具體是幹什麼的。先把整個調用流程理清楚，然後再一點一點細化，由點到面的擴展開來，最終把你那張圖豐富成一個完整的調用圖。
從圖中可以看的出來，doBind方法拆分成了兩個核心的方法：
- initAndRegister()
- doBind0()
第一個 initAndRegister 方法，從方法名字上就可以看得出來，它主要是執行某個init的過程，然後又執行了某個register的過程。
第二個 doBind0 方法，主要是執行了端口的綁定，然後創建了eventLoop不斷的執行JDK中的Selector.select()方法，從註冊到selector中的channel中選擇符合條件的channel。另外創建了一個task，用來從選中的channel中讀取數據，然後把讀取到的數據給到childHandler進行處理。
下面讓我們來深入到這兩個方法的執行過程中去，看看到底發生了什麼。
5.1 執行initAndRegister方法
initAndRegister方法的執行過程如下圖所示：
initAndRegister方法做的事有兩件：init和register。在這之前首先通過channelFactory創建了一個channel。該方法是在初始化EventLoopGroup的時候出現的，可以回頭看一下，初始化的過程一共創建了三種對象：channel、unsafe、pipeline。
從該方法中慢慢的往下看，就可以看到，通過channelFactory創建了一個channel對象後，然後又拆分成了兩個部分，分別對channel進行了初始化，和對channel進行了register。其中register方法，最終會調用到JDK中最原始的register方法，即把一個channel註冊到一個selector中去。
- init
初始化的過程主要是把用戶先前創建的handler和childHandler添加到pipeline中去。
- register
註冊的過程主要是把該channel註冊到selector中去，這裡的channel就是用來接受客戶端連接的。
5.2 執行doBind0方法
doBind0方法的執行過程如下圖所示：
doBind0做的事也很明確：bind、select以及runTask。
bind的過程最終是調用到JDK中原生的bind方法，其中在unsafe中執行bind的過程時，除了執行了具體的bind之外，還在NioEventLoop中啟動了一個線程，用來不斷的執行JDK中selector的select方法。然後讀取選中的channel中的數據，最後把讀取到的數據丟給childHandler去處理。
JDK的epoll空輪詢bug
我們知道JDK中的Selector會出現epoll空輪詢的bug，若Selector的輪詢結果為空，也沒有wakeup或新消息處理，則發生空輪詢，此時CPU使用率將達到100%。
Netty是通過重建Selector的方式修復該bug的，具體的做法是：
- 對Selector的select操作週期進行統計，每完成一次空的select操作進行一次計數，
- 若在某個週期內連續發生n(SELECTORAUTOREBUILD_THRESHOLD)次空輪詢，則觸發了epoll死循環bug。
- 重建Selector，判斷是否是其他線程發起的重建請求，若不是則將原SocketChannel從舊的Selector上解除註冊，重新註冊到新的Selector上，並將原來的Selector關閉。
具體的代碼是在NioEventLoop中的select方法中執行的，代碼如下：
完整的啟動過程
通過上面的分析，我們最後來總結一下，Netty服務端在啟動的時候做了以下的事情：
- 1.創建了EventLoopGroup、NioEventLoop的實例，並且創建了一個selector
- 2.創建了一個channelHandler用來在未來實例化Channel
- 創建Channel的過程中會一併創建pipeline和unsafe
- 3.設置了ServerBootstrap的handler和childHandler屬性，用以在接收到數據後進行業務邏輯的處理
- 4.通過channelFactory創建了channel實例，並對其進行了初始化和註冊到selector上
- 5.通過Unsafe調用JDK的bind方法將服務綁定到了端口上，並通過EventLoop創建了一個線程來循環執行以下任務
- 5.1.執行selector的select方法，並通過計數的方式，滿足一定條件的情況下對selector進行重建，以解決JDK的epoll空輪詢的bug
- 5.2.對選中的channel執行讀操作，並將讀取到的數據丟給childHandler進行處理
一個完整的Netty服務端啟動過程如下圖所示：
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關鍵字: childHandler 執行 JDK
