Netty In Action中文版 - 第六章:ChannelHandler


本章介绍

  • ChannelPipeline
  • ChannelHandlerContext
  • ChannelHandler
  • Inbound vs outbound(入站和出站)
        接受连接或创建他们仅仅是你的应用程序的一部分,尽管这些不论什么非常重要,可是一个网络应用程序旺旺是更复杂的,须要很多其它的代码编写,如处理传入和传出的数据。Netty提供了一个强大的处理这些事情的功能,同意用户自己定义ChannelHandler的实现来处理数据。使得ChannelHandler更强大的是能够连接每一个ChannelHandler来实现任务,这有助于代码的整洁和重用。可是处理数据仅仅是ChannelHandler所做的事情之中的一个,也能够压制I/O操作,比如写请求。全部这些都能够动态实现。

6.1 ChannelPipeline

        ChannelPipeline是ChannelHandler实例的列表,用于处理或截获通道的接收和发送数据。ChannelPipeline提供了一种高级的截取过滤器模式,让用户能够在ChannelPipeline中全然控制一个事件及怎样处理ChannelHandler与ChannelPipeline的交互。
        对于每一个新的通道,会创建一个新的ChannelPipeline并附加至通道。一旦连接,Channel和ChannelPipeline之间的耦合是永久性的。Channel不能附加其它的ChannelPipeline或从ChannelPipeline分离。
        下图描写叙述了ChannelHandler在ChannelPipeline中的I/O处理,一个I/O操作能够由一个ChannelInboundHandler或ChannelOutboundHandler进行处理,并通过调用ChannelInboundHandler处理入站IO或通过ChannelOutboundHandler处理出站IO。
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如上图所看到的,ChannelPipeline是ChannelHandler的一个列表;假设一个入站I/O事件被触发,这个事件会从第一个開始依次通过ChannelPipeline中的ChannelHandler;若是一个入站I/O事件,则会从最后一个開始依次通过ChannelPipeline中的ChannelHandler。ChannelHandler能够处理事件并检查类型,假设某个ChannelHandler不能处理则会跳过,并将事件传递到下一个ChannelHandler。ChannelPipeline能够动态加入、删除、替换当中的ChannelHandler,这种机制能够提高灵活性。
        改动ChannelPipeline的方法:
  • addFirst(...),加入ChannelHandler在ChannelPipeline的第一个位置
  • addBefore(...),在ChannelPipeline中指定的ChannelHandler名称之前加入ChannelHandler
  • addAfter(...),在ChannelPipeline中指定的ChannelHandler名称之后加入ChannelHandler
  • addLast(ChannelHandler...),在ChannelPipeline的末尾加入ChannelHandler
  • remove(...),删除ChannelPipeline中指定的ChannelHandler
  • replace(...),替换ChannelPipeline中指定的ChannelHandler
ChannelPipeline pipeline = ch.pipeline();
FirstHandler firstHandler = new FirstHandler();
pipeline.addLast("handler1", firstHandler);
pipeline.addFirst("handler2", new SecondHandler());
pipeline.addLast("handler3", new ThirdHandler());
pipeline.remove("?handler3?");
pipeline.remove(firstHandler);
pipeline.replace("handler2", "handler4", new FourthHandler());
        被加入到ChannelPipeline的ChannelHandler将通过IO-Thread处理事件,这意味了必须不能有其它的IO-Thread堵塞来影响IO的总体处理;有时候可能须要堵塞,比如JDBC。因此,Netty同意通过一个EventExecutorGroup到每个ChannelPipeline.add*方法,自己定义的事件会被包括在EventExecutorGroup中的EventExecutor来处理,默认的实现是DefaultEventExecutorGroup。
        ChannelPipeline除了一些改动的方法,还有非常多其它的方法,详细是方法及使用能够看API文档或源代码。

6.2 ChannelHandlerContext

        每一个ChannelHandler被加入到ChannelPipeline后,都会创建一个ChannelHandlerContext并与之创建的ChannelHandler关联绑定。ChannelHandlerContext同意ChannelHandler与其它的ChannelHandler实现进行交互,这是同样ChannelPipeline的一部分。ChannelHandlerContext不会改变加入到当中的ChannelHandler,因此它是安全的。

6.2.1 通知下一个ChannelHandler

        在同样的ChannelPipeline中通过调用ChannelInboundHandler和ChannelOutboundHandler中各个方法中的一个方法来通知近期的handler,通知開始的地方取决你怎样设置。下图显示了ChannelHandlerContext、ChannelHandler、ChannelPipeline的关系:
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        假设你想有一些事件流所有通过ChannelPipeline,有两个不同的方法能够做到:
  • 调用Channel的方法
  • 调用ChannelPipeline的方法
        这两个方法都能够让事件流所有通过ChannelPipeline。不管从头部还是尾部開始,由于它主要依赖于事件的性质。假设是一个“入站”事件,它開始于头部;若是一个“出站”事件,则開始于尾部。
        以下的代码显示了一个写事件怎样通过ChannelPipeline从尾部開始:
@Override
protected void initChannel(SocketChannel ch) throws Exception {
	ch.pipeline().addLast(new ChannelInboundHandlerAdapter() {
		@Override
		public void channelActive(ChannelHandlerContext ctx) throws Exception {
			//Event via Channel
			Channel channel = ctx.channel();
			channel.write(Unpooled.copiedBuffer("netty in action", CharsetUtil.UTF_8));
			//Event via ChannelPipeline
			ChannelPipeline pipeline = ctx.pipeline();
			pipeline.write(Unpooled.copiedBuffer("netty in action", CharsetUtil.UTF_8));
		}
	});
}
        下图表示通过Channel或ChannelPipeline的通知:
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        可能你想从ChannelPipeline的指定位置開始,不想流经整个ChannelPipeline,例如以下情况:
  • 为了节省开销,不感兴趣的ChannelHandler不让通过
  • 排除一些ChannelHandler
        在这样的情况下,你能够使用ChannelHandlerContext的ChannelHandler通知起点。它使用ChannelHandlerContext运行下一个ChannelHandler。以下代码显示了直接使用ChannelHandlerContext操作:
// Get reference of ChannelHandlerContext
ChannelHandlerContext ctx = ..;
// Write buffer via ChannelHandlerContext
ctx.write(Unpooled.copiedBuffer("Netty in Action", CharsetUtil.UTF_8));
该消息流经ChannelPipeline到下一个ChannelHandler,在这样的情况下使用ChannelHandlerContext開始下一个ChannelHandler。下图显示了事件流:
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如上图显示的,从指定的ChannelHandlerContext開始,跳过前面全部的ChannelHandler,使用ChannelHandlerContext操作是常见的模式,最经常使用的是从ChannelHanlder调用操作,也能够在外部使用ChannelHandlerContext,由于这是线程安全的。

6.2.2 改动ChannelPipeline

        调用ChannelHandlerContext的pipeline()方法能訪问ChannelPipeline,能在执行时动态的添加、删除、替换ChannelPipeline中的ChannelHandler。能够保持ChannelHandlerContext供以后使用,如外部Handler方法触发一个事件,甚至从一个不同的线程。
        以下代码显示了保存ChannelHandlerContext供之后使用或其它线程使用:
public class WriteHandler extends ChannelHandlerAdapter {
	private ChannelHandlerContext ctx;

	@Override
	public void handlerAdded(ChannelHandlerContext ctx) throws Exception {
		this.ctx = ctx;
	}
	
	public void send(String msg){
		ctx.write(msg);
	}
}
        请注意,ChannelHandler实例假设带有@Sharable注解则能够被加入到多个ChannelPipeline。也就是说单个ChannelHandler实例能够有多个ChannelHandlerContext,因此能够调用不同ChannelHandlerContext获取同一个ChannelHandler。假设加入不带@Sharable注解的ChannelHandler实例到多个ChannelPipeline则会抛出异常;使用@Sharable注解后的ChannelHandler必须在不同的线程和不同的通道上安全使用。怎么是不安全的使用?看以下代码:
@Sharable
public class NotSharableHandler extends ChannelInboundHandlerAdapter {

	private int count;

	@Override
	public void channelRead(ChannelHandlerContext ctx, Object msg) throws Exception {
		count++;
		System.out.println("channelRead(...) called the " + count + " time?");
		ctx.fireChannelRead(msg);
	}
	
}
上面是一个带@Sharable注解的Handler,它被多个线程使用时,里面count是不安全的,会导致count值错误。
        为什么要共享ChannelHandler?使用@Sharable注解共享一个ChannelHandler在一些需求中还是有非常好的作用的,如使用一个ChannelHandler来统计连接数或来处理一些全局数据等等。

6.3 状态模型

        Netty有一个简单但强大的状态模型,并完美映射到ChannelInboundHandler的各个方法。以下是Channel生命周期四个不同的状态:
  • channelUnregistered
  • channelRegistered
  • channelActive
  • channelInactive
Channel的状态在其生命周期中变化,由于状态变化须要触发,下图显示了Channel状态变化:
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        还能够看到额外的状态变化,由于用户同意从EventLoop中注销Channel暂停事件运行,然后再又一次注冊。在这样的情况下,你会看到多个channelRegistered和channelUnregistered状态的变化,而永远仅仅有一个channelActive和channelInactive的状态,由于一个通道在其生命周期内仅仅能连接一次,之后就会被回收;又一次连接,则是创建一个新的通道。
        下图显示了从EventLoop中注销Channel后再又一次注冊的状态变化:
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6.4 ChannelHandler和其子类

        Netty中有3个实现了ChannelHandler接口的类,当中2个是接口,一个是抽象类。例如以下图:
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6.4.1 ChannelHandler中的方法

        Netty定义了良好的类型层次结构来表示不同的处理程序类型,全部的类型的父类是ChannelHandler。ChannelHandler提供了在其生命周期内加入或从ChannelPipeline中删除的方法。
  • handlerAdded,ChannelHandler加入到实际上下文中准备处理事件
  • handlerRemoved,将ChannelHandler从实际上下文中删除,不再处理事件
  • exceptionCaught,处理抛出的异常
上面三个方法都须要传递ChannelHandlerContext參数,每一个ChannelHandler被加入到ChannelPipeline时会自己主动创建ChannelHandlerContext。ChannelHandlerContext同意在本地通道安全的存储和检索值。Netty还提供了一个实现了ChannelHandler的抽象类:ChannelHandlerAdapter。ChannelHandlerAdapter实现了父类的全部方法,基本上就是传递事件到ChannelPipeline中的下一个ChannelHandler直到结束。

6.4.2 ChannelInboundHandler

        ChannelInboundHandler提供了一些方法再接收数据或Channel状态改变时被调用。以下是ChannelInboundHandler的一些方法:
  • channelRegistered,ChannelHandlerContext的Channel被注冊到EventLoop;
  • channelUnregistered,ChannelHandlerContext的Channel从EventLoop中注销
  • channelActive,ChannelHandlerContext的Channel已激活
  • channelInactive,ChannelHanderContxt的Channel结束生命周期
  • channelRead,从当前Channel的对端读取消息
  • channelReadComplete,消息读取完毕后运行
  • userEventTriggered,一个用户事件被处罚
  • channelWritabilityChanged,改变通道的可写状态,能够使用Channel.isWritable()检查
  • exceptionCaught,重写父类ChannelHandler的方法,处理异常
        Netty提供了一个实现了ChannelInboundHandler接口并继承ChannelHandlerAdapter的类:ChannelInboundHandlerAdapter。ChannelInboundHandlerAdapter实现了ChannelInboundHandler的全部方法,作用就是处理消息并将消息转发到ChannelPipeline中的下一个ChannelHandler。ChannelInboundHandlerAdapter的channelRead方法处理完消息后不会自己主动释放消息,若想自己主动释放收到的消息,能够使用SimpleChannelInboundHandler<I>。
        看以下代码:
/**
 * 实现ChannelInboundHandlerAdapter的Handler,不会自己主动释放接收的消息对象
 * @author c.k
 *
 */
public class DiscardHandler extends ChannelInboundHandlerAdapter {
	@Override
	public void channelRead(ChannelHandlerContext ctx, Object msg) throws Exception {
		//手动释放消息
		ReferenceCountUtil.release(msg);
	}
}
/**
 * 继承SimpleChannelInboundHandler,会自己主动释放消息对象
 * @author c.k
 *
 */
public class SimpleDiscardHandler extends SimpleChannelInboundHandler<Object> {
	@Override
	protected void channelRead0(ChannelHandlerContext ctx, Object msg) throws Exception {
		//不须要手动释放
	}
}
        假设须要其它状态改变的通知,能够重写Handler的其它方法。通常自己定义消息类型来解码字节,能够实现ChannelInboundHandler或ChannelInboundHandlerAdapter。有一个更好的解决方法,使用编解码器的框架能够非常容的实现。使用ChannelInboundHandler、ChannelInboundHandlerAdapter、SimpleChannelInboundhandler这三个中的一个来处理接收消息,使用哪一个取决于需求;大多数时候使用SimpleChannelInboundHandler处理消息,使用ChannelInboundHandlerAdapter处理其它的“入站”事件或状态改变。
        ChannelInitializer用来初始化ChannelHandler,将自己定义的各种ChannelHandler加入到ChannelPipeline中。

6.4.3 ChannelOutboundHandler

        ChannelOutboundHandler用来处理“出站”的数据消息。ChannelOutboundHandler提供了以下一些方法:
  • bind,Channel绑定本地地址
  • connect,Channel连接操作
  • disconnect,Channel断开连接
  • close,关闭Channel
  • deregister,注销Channel
  • read,读取消息,实际是截获ChannelHandlerContext.read()
  • write,写操作,实际是通过ChannelPipeline写消息,Channel.flush()属性到实际通道
  • flush,刷新消息到通道
        ChannelOutboundHandler是ChannelHandler的子类,实现了ChannelHandler的全部方法。全部最重要的方法採取ChannelPromise,因此一旦请求停止从ChannelPipeline转发參数则必须得到通知。Netty提供了ChannelOutboundHandler的实现:ChannelOutboundHandlerAdapter。ChannelOutboundHandlerAdapter实现了父类的全部方法,而且能够依据须要重写感兴趣的方法。全部这些方法的实现,在默认情况下,都是通过调用ChannelHandlerContext的方法将事件转发到ChannelPipeline中下一个ChannelHandler。
        看以下的代码:
public class DiscardOutboundHandler extends ChannelOutboundHandlerAdapter {
	@Override
	public void write(ChannelHandlerContext ctx, Object msg, ChannelPromise promise) throws Exception {
		ReferenceCountUtil.release(msg);
		promise.setSuccess();
	}
}
        重要的是要记得释放致远并直通ChannelPromise,若ChannelPromise没有被通知可能会导致当中一个ChannelFutureListener不被通知去处理一个消息。
        假设消息被消费而且没有被传递到ChannelPipeline中的下一个ChannelOutboundHandler,那么就须要调用ReferenceCountUtil.release(message)来释放消息资源。一旦消息被传递到实际的通道,它会自己主动写入消息或在通道关闭是释放。

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