netty中Pipeline的ChannelHandler执行顺序案例详解
一、netty的Pipeline模型
netty的Pipeline模型用的是责任链设计模式，当boss线程监控到绑定端口上有accept事件，此时会为该socket连接实例化Pipeline，并将InboundHandler和OutboundHandler按序加载到Pipeline中，然后将该socket连接（也就是Channel对象）挂载到selector上。一个selector对应一个线程，该线程会轮询所有挂载在他身上的socket连接有没有read或write事件，然后通过线程池去执行Pipeline的业务流。selector如何查询哪些socket连接有read或write事件，主要取决于调用操作系统的哪种IO多路复用内核，如果是select（注意，此处的select是指操作系统内核的select IO多路复用，不是netty的seletor对象），那么将会遍历所有socket连接，依次询问是否有read或write事件，最终操作系统内核将所有IO事件的socket连接返回给netty进程，当有很多socket连接时，这种方式将会大大降低性能，因为存在大量socket连接的遍历和内核内存的拷贝。如果是epoll，性能将会大幅提升，因为他基于完成端口事件，已经维护好有IO事件的socket连接列表，selector直接取走，无需遍历，也少掉内核内存拷贝带来的性能损耗。
Pipeline的责任链是通过ChannelHandlerContext对象串联的，ChannelHandlerContext对象里封装了ChannelHandler对象，通过prev和next节点实现双向链表。Pipeline的首尾节点分别是head和tail，当selector轮询到socket有read事件时，将会触发Pipeline责任链，从head开始调起第一个InboundHandler的ChannelRead事件，接着通过fire方法依次触发Pipeline上的下一个ChannelHandler，如下图：
ChannelHandler分为InbounHandler和OutboundHandler，InboundHandler用来处理接收消息，OutboundHandler用来处理发送消息。head的ChannelHandler既是InboundHandler又是OutboundHandler，无论是read还是write都会经过head，所以head封装了unsafe方法，用来操作socket的read和write。tail的ChannelHandler只是InboundHandler，read的Pipleline处理将会最终到达tail。
二、通过六组实验验证InboundHandler和OutboundHandler的执行顺序
在做实验之前，先把实验代码贴出来。
EchoServer类：
1 package com.wisdlab.nettylab; 2 3 import io.netty.bootstrap.ServerBootstrap; 4 import io.netty.channel.ChannelFuture; 5 import io.netty.channel.ChannelInitializer; 6 import io.netty.channel.ChannelOption; 7 import io.netty.channel.EventLoopGroup; 8 import io.netty.channel.nio.NioEventLoopGroup; 9 import io.netty.channel.socket.SocketChannel; 10 import io.netty.channel.socket.nio.NioServerSocketChannel; 11 12 /** 13 * @ClassName EchoServer 14 * @Description TODO 15 * @Author felix 16 * @Date 2019/9/26 10:37 17 * @Version 1.0 18 **/ 19 public class EchoServer { 20 private int port; 21 22 public EchoServer(int port) { 23 this.port = port; 24 } 25 26 private void run() { 27 EventLoopGroup bossGroup = new NioEventLoopGroup(); 28 EventLoopGroup workGroup = new NioEventLoopGroup(); 29 30 try { 31 ServerBootstrap serverBootstrap = new ServerBootstrap(); 32 serverBootstrap.group(bossGroup, workGroup) 33 .channel(NioServerSocketChannel.class) 34 .childHandler(new ChannelInitializer<SocketChannel>() { 35 @Override 36 protected void initChannel(SocketChannel socketChannel) throws Exception { 37 //outboundhandler一定要放在最后一个inboundhandler之前 38 //否则outboundhandler将不会执行到 39 socketChannel.pipeline().addLast(new EchoOutboundHandler3()); 40 socketChannel.pipeline().addLast(new EchoOutboundHandler2()); 41 socketChannel.pipeline().addLast(new EchoOutboundHandler1()); 42 43 socketChannel.pipeline().addLast(new EchoInboundHandler1()); 44 socketChannel.pipeline().addLast(new EchoInboundHandler2()); 45 socketChannel.pipeline().addLast(new EchoInboundHandler3()); 46 } 47 }) 48 .option(ChannelOption.SO_BACKLOG, 10000) 49 .childOption(ChannelOption.SO_KEEPALIVE, true); 50 System.out.println("EchoServer正在启动."); 51 52 ChannelFuture channelFuture = serverBootstrap.bind(port).sync(); 53 System.out.println("EchoServer绑定端口" + port); 54 55 channelFuture.channel().closeFuture().sync(); 56 System.out.println("EchoServer已关闭."); 57 } catch (Exception e) { 58 e.printStackTrace(); 59 } finally { 60 bossGroup.shutdownGracefully(); 61 workGroup.shutdownGracefully(); 62 } 63 } 64 65 public static void main(String[] args) { 66 int port = 8080; 67 if (args != null && args.length > 0) { 68 try { 69 port = Integer.parseInt(args[0]); 70 } catch (Exception e) { 71 e.printStackTrace(); 72 } 73 } 74 75 EchoServer server = new EchoServer(port); 76 server.run(); 77 } 78 }
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EchoInboundHandler1类：
1 package com.wisdlab.nettylab; 2 3 import io.netty.buffer.ByteBuf; 4 import io.netty.buffer.Unpooled; 5 import io.netty.channel.ChannelHandlerContext; 6 import io.netty.channel.ChannelInboundHandlerAdapter; 7 import io.netty.util.CharsetUtil; 8 9 /** 10 * @ClassName EchoInboundHandler1 11 * @Description TODO 12 * @Author felix 13 * @Date 2019/9/26 11:15 14 * @Version 1.0 15 **/ 16 public class EchoInboundHandler1 extends ChannelInboundHandlerAdapter { 17 @Override 18 public void channelRead(ChannelHandlerContext ctx, Object msg) throws Exception { 19 System.out.println("进入 EchoInboundHandler1.channelRead"); 20 21 String data = ((ByteBuf)msg).toString(CharsetUtil.UTF_8); 22 System.out.println("EchoInboundHandler1.channelRead 收到数据：" + data); 23 ctx.fireChannelRead(Unpooled.copiedBuffer("[EchoInboundHandler1] " + data, CharsetUtil.UTF_8)); 24 25 System.out.println("退出 EchoInboundHandler1 channelRead"); 26 } 27 28 @Override 29 public void channelReadComplete(ChannelHandlerContext ctx) throws Exception { 30 System.out.println("[EchoInboundHandler1.channelReadComplete]"); 31 } 32 33 @Override 34 public void exceptionCaught(ChannelHandlerContext ctx, Throwable cause) throws Exception { 35 System.out.println("[EchoInboundHandler1.exceptionCaught]" + cause.toString()); 36 } 37 }
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EchoInboundHandler2类：
1 package com.wisdlab.nettylab; 2 3 import io.netty.buffer.ByteBuf; 4 import io.netty.buffer.Unpooled; 5 import io.netty.channel.ChannelHandlerContext; 6 import io.netty.channel.ChannelInboundHandlerAdapter; 7 import io.netty.util.CharsetUtil; 8 9 /** 10 * @ClassName EchoInboundHandler2 11 * @Description TODO 12 * @Author felix 13 * @Date 2019/9/27 15:35 14 * @Version 1.0 15 **/ 16 public class EchoInboundHandler2 extends ChannelInboundHandlerAdapter { 17 @Override 18 public void channelRead(ChannelHandlerContext ctx, Object msg) throws Exception { 19 System.out.println("进入 EchoInboundHandler2.channelRead"); 20 21 String data = ((ByteBuf) msg).toString(CharsetUtil.UTF_8); 22 System.out.println("EchoInboundHandler2.channelRead 接收到数据：" + data); 23 //ctx.writeAndFlush(Unpooled.copiedBuffer("[第一次write] [EchoInboundHandler2] " + data, CharsetUtil.UTF_8)); 24 ctx.channel().writeAndFlush(Unpooled.copiedBuffer("测试一下channel().writeAndFlush", CharsetUtil.UTF_8)); 25 ctx.fireChannelRead(Unpooled.copiedBuffer("[EchoInboundHandler2] " + data, CharsetUtil.UTF_8)); 26 27 System.out.println("退出 EchoInboundHandler2 channelRead"); 28 } 29 30 @Override 31 public void channelReadComplete(ChannelHandlerContext ctx) throws Exception { 32 System.out.println("[EchoInboundHandler2.channelReadComplete]读取数据完成"); 33 } 34 35 @Override 36 public void exceptionCaught(ChannelHandlerContext ctx, Throwable cause) throws Exception { 37 System.out.println("[EchoInboundHandler2.exceptionCaught]"); 38 } 39 }
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EchoInboundHandler3类：
1 package com.wisdlab.nettylab; 2 3 import io.netty.buffer.ByteBuf; 4 import io.netty.buffer.Unpooled; 5 import io.netty.channel.ChannelHandlerContext; 6 import io.netty.channel.ChannelInboundHandlerAdapter; 7 import io.netty.util.CharsetUtil; 8 9 /** 10 * @ClassName EchoInboundHandler3 11 * @Description TODO 12 * @Author felix 13 * @Date 2019/10/23 13:43 14 * @Version 1.0 15 **/ 16 public class EchoInboundHandler3 extends ChannelInboundHandlerAdapter { 17 @Override 18 public void channelRead(ChannelHandlerContext ctx, Object msg) throws Exception { 19 System.out.println("进入 EchoInboundHandler3.channelRead"); 20 21 String data = ((ByteBuf)msg).toString(CharsetUtil.UTF_8); 22 System.out.println("EchoInboundHandler3.channelRead 接收到数据：" + data); 23 //ctx.writeAndFlush(Unpooled.copiedBuffer("[第二次write] [EchoInboundHandler3] " + data, CharsetUtil.UTF_8)); 24 ctx.fireChannelRead(msg); 25 26 System.out.println("退出 EchoInboundHandler3 channelRead"); 27 } 28 29 @Override 30 public void channelReadComplete(ChannelHandlerContext ctx) throws Exception { 31 System.out.println("[EchoInboundHandler3.channelReadComplete]读取数据完成"); 32 } 33 34 @Override 35 public void exceptionCaught(ChannelHandlerContext ctx, Throwable cause) throws Exception { 36 System.out.println("[EchoInboundHandler3.exceptionCaught]"); 37 } 38 39 40 }
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EchoOutboundHandler1类：
1 package com.wisdlab.nettylab; 2 3 import io.netty.buffer.Unpooled; 4 import io.netty.channel.ChannelHandlerContext; 5 import io.netty.channel.ChannelOutboundHandlerAdapter; 6 import io.netty.channel.ChannelPromise; 7 import io.netty.util.CharsetUtil; 8 9 /** 10 * @ClassName EchoOutboundHandler1 11 * @Description TODO 12 * @Author felix 13 * @Date 2019/9/27 15:36 14 * @Version 1.0 15 **/ 16 public class EchoOutboundHandler1 extends ChannelOutboundHandlerAdapter { 17 @Override 18 public void write(ChannelHandlerContext ctx, Object msg, ChannelPromise promise) throws Exception { 19 System.out.println("进入 EchoOutboundHandler1.write"); 20 21 //ctx.writeAndFlush(Unpooled.copiedBuffer("[第一次write中的write]", CharsetUtil.UTF_8)); 22 ctx.channel().writeAndFlush(Unpooled.copiedBuffer("在OutboundHandler里测试一下channel().writeAndFlush", CharsetUtil.UTF_8)); 23 ctx.write(msg); 24 25 System.out.println("退出 EchoOutboundHandler1.write"); 26 } 27 }
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EchoOutboundHandler2类：
1 package com.wisdlab.nettylab; 2 3 import io.netty.buffer.Unpooled; 4 import io.netty.channel.ChannelHandlerContext; 5 import io.netty.channel.ChannelOutboundHandlerAdapter; 6 import io.netty.channel.ChannelPromise; 7 import io.netty.util.CharsetUtil; 8 9 /** 10 * @ClassName EchoOutboundHandler2 11 * @Description TODO 12 * @Author felix 13 * @Date 2019/9/27 15:36 14 * @Version 1.0 15 **/ 16 public class EchoOutboundHandler2 extends ChannelOutboundHandlerAdapter { 17 18 @Override 19 public void write(ChannelHandlerContext ctx, Object msg, ChannelPromise promise) throws Exception { 20 System.out.println("进入 EchoOutboundHandler2.write"); 21 22 //ctx.writeAndFlush(Unpooled.copiedBuffer("[第二次write中的write]", CharsetUtil.UTF_8)); 23 ctx.write(msg); 24 25 System.out.println("退出 EchoOutboundHandler2.write"); 26 } 27 }
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EchoOutboundHandler3类：
1 package com.wisdlab.nettylab; 2 3 import io.netty.channel.ChannelHandlerContext; 4 import io.netty.channel.ChannelOutboundHandlerAdapter; 5 import io.netty.channel.ChannelPromise; 6 7 /** 8 * @ClassName EchoOutboundHandler3 9 * @Description TODO 10 * @Author felix 11 * @Date 2019/10/23 23:23 12 * @Version 1.0 13 **/ 14 public class EchoOutboundHandler3 extends ChannelOutboundHandlerAdapter { 15 @Override 16 public void write(ChannelHandlerContext ctx, Object msg, ChannelPromise promise) throws Exception { 17 System.out.println("进入 EchoOutboundHandler3.write"); 18 19 ctx.write(msg); 20 21 System.out.println("退出 EchoOutboundHandler3.write"); 22 } 23 24 }
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实验一：在InboundHandler中不触发fire方法，后续的InboundHandler还能顺序执行吗？
如上图所示，InboundHandler2没有调用fire方法：
1 public void channelRead(ChannelHandlerContext ctx, Object msg) throws Exception { 2 System.out.println("进入 EchoInboundHandler1.channelRead"); 3 4 String data = ((ByteBuf)msg).toString(CharsetUtil.UTF_8); 5 System.out.println("EchoInboundHandler1.channelRead 收到数据：" + data); 6 //ctx.fireChannelRead(Unpooled.copiedBuffer("[EchoInboundHandler1] " + data, CharsetUtil.UTF_8)); 7 8 System.out.println("退出 EchoInboundHandler1 channelRead"); 9 }
那么InboundHandler中的代码还会被执行到吗？看一下执行结果：
由上图可知，InboundHandler2没有调用fire事件，InboundHandler3没有被执行。
结论：InboundHandler是通过fire事件决定是否要执行下一个InboundHandler，如果哪个InboundHandler没有调用fire事件，那么往后的Pipeline就断掉了。
实验二：InboundHandler和OutboundHandler的执行顺序是什么？
加入Pipeline的ChannelHandler的顺序如上图所示，那么最后执行的顺序如何呢？执行结果如下：
由上图可知，执行顺序为：
InboundHandler1 => InboundHandler2 => OutboundHandler1 => OutboundHander2 => OutboundHandler3 => InboundHandler3
所以，我们得到以下几个结论：
1、InboundHandler是按照Pipleline的加载顺序，顺序执行。
2、OutboundHandler是按照Pipeline的加载顺序，逆序执行。
实验三：如果把OutboundHandler放在InboundHandler的后面，OutboundHandler会执行吗？
执行结果如下：
由此可见，OutboundHandler没有执行，为什么呢？因为Pipleline是执行完所有有效的InboundHandler，再返回执行在最后一个InboundHandler之前的OutboundHandler。注意，有效的InboundHandler是指fire事件触达到的InboundHandler，如果某个InboundHandler没有调用fire事件，后面的InboundHandler都是无效的InboundHandler。为了印证这一点，我们继续做一个实验，我们把其中一个OutboundHandler放在最后一个有效的InboundHandler之前，看看这唯一的一个OutboundHandler是否会执行，其他OutboundHandler是否不会执行。
执行结果如下：
由此可见，只执行了OutboundHandler1，其他OutboundHandler没有被执行。
所以，我们得到以下几个结论：
1、有效的InboundHandler是指通过fire事件能触达到的最后一个InboundHander。
2、如果想让所有的OutboundHandler都能被执行到，那么必须把OutboundHandler放在最后一个有效的InboundHandler之前。
3、推荐的做法是通过addFirst加载所有OutboundHandler，再通过addLast加载所有InboundHandler。
实验四：如果其中一个OutboundHandler没有执行write方法，那么消息会不会发送出去？
我们把OutboundHandler2的write方法注掉
1 public void write(ChannelHandlerContext ctx, Object msg, ChannelPromise promise) throws Exception { 2 System.out.println("进入 EchoOutboundHandler3.write"); 3 4 //ctx.write(msg); 5 6 System.out.println("退出 EchoOutboundHandler3.write"); 7 }
执行结果如下：
可以看到，OutboundHandler3并没有被执行到，另外，客户端也没有收到发送的消息。
所以，我们得到以下几个结论：
1、OutboundHandler是通过write方法实现Pipeline的串联的。
2、如果OutboundHandler在Pipeline的处理链上，其中一个OutboundHandler没有调用write方法，最终消息将不会发送出去。
实验五：ctx.writeAndFlush 的OutboundHandler的执行顺序是什么？
我们设定ChannelHandler在Pipeline中的加载顺序如下：
OutboundHandler3 => InboundHandler1 => OutboundHandler2 => InboundHandler2 => OutboundHandler1 => InboundHandler3
在InboundHander2中调用ctx.writeAndFlush：
1 public void channelRead(ChannelHandlerContext ctx, Object msg) throws Exception { 2 System.out.println("进入 EchoInboundHandler2.channelRead"); 3 4 String data = ((ByteBuf) msg).toString(CharsetUtil.UTF_8); 5 System.out.println("EchoInboundHandler2.channelRead 接收到数据：" + data); 6 ctx.writeAndFlush(Unpooled.copiedBuffer("[第一次write] [EchoInboundHandler2] " + data, CharsetUtil.UTF_8)); 7 //ctx.channel().writeAndFlush(Unpooled.copiedBuffer("测试一下channel().writeAndFlush", CharsetUtil.UTF_8)); 8 ctx.fireChannelRead(Unpooled.copiedBuffer("[EchoInboundHandler2] " + data, CharsetUtil.UTF_8)); 9 10 System.out.println("退出 EchoInboundHandler2 channelRead"); 11 }
执行结果如下：
由上图可知，依次执行了OutboundHandler2和OutboundHandler3，为什么会这样呢？因为ctx.writeAndFlush是从当前的ChannelHandler开始，向前依次执行OutboundHandler的write方法，所以分别执行了OutboundHandler2和OutboundHandler3：
OutboundHandler3 => InboundHandler1 => OutboundHandler2 => InboundHandler2 => OutboundHandler1 => InboundHandler3
所以，我们得到如下结论：
1、ctx.writeAndFlush是从当前ChannelHandler开始，逆序向前执行OutboundHandler。
2、ctx.writeAndFlush所在ChannelHandler后面的OutboundHandler将不会被执行。
实验六：ctx.channel().writeAndFlush 的OutboundHandler的执行顺序是什么？
还是实验五的代码，不同之处只是把ctx.writeAndFlush修改为ctx.channel().writeAndFlush。
1 public void channelRead(ChannelHandlerContext ctx, Object msg) throws Exception { 2 System.out.println("进入 EchoInboundHandler2.channelRead"); 3 4 String data = ((ByteBuf) msg).toString(CharsetUtil.UTF_8); 5 System.out.println("EchoInboundHandler2.channelRead 接收到数据：" + data); 6 //ctx.writeAndFlush(Unpooled.copiedBuffer("[第一次write] [EchoInboundHandler2] " + data, CharsetUtil.UTF_8)); 7 ctx.channel().writeAndFlush(Unpooled.copiedBuffer("测试一下channel().writeAndFlush", CharsetUtil.UTF_8)); 8 ctx.fireChannelRead(Unpooled.copiedBuffer("[EchoInboundHandler2] " + data, CharsetUtil.UTF_8)); 9 10 System.out.println("退出 EchoInboundHandler2 channelRead"); 11 }
执行结果如下：
由上图可知，所有OutboundHandler都执行了，由此我们得到结论：
1、ctx.channel().writeAndFlush 是从最后一个OutboundHandler开始，依次逆序向前执行其他OutboundHandler，即使最后一个ChannelHandler是OutboundHandler，在InboundHandler之前，也会执行该OutbondHandler。
2、千万不要在OutboundHandler的write方法里执行ctx.channel().writeAndFlush，否则就死循环了。
三、总结
1、InboundHandler是通过fire事件决定是否要执行下一个InboundHandler，如果哪个InboundHandler没有调用fire事件，那么往后的Pipeline就断掉了。
2、InboundHandler是按照Pipleline的加载顺序，顺序执行。
3、OutboundHandler是按照Pipeline的加载顺序，逆序执行。
4、有效的InboundHandler是指通过fire事件能触达到的最后一个InboundHander。
5、如果想让所有的OutboundHandler都能被执行到，那么必须把OutboundHandler放在最后一个有效的InboundHandler之前。
6、推荐的做法是通过addFirst加载所有OutboundHandler，再通过addLast加载所有InboundHandler。
7、OutboundHandler是通过write方法实现Pipeline的串联的。
8、如果OutboundHandler在Pipeline的处理链上，其中一个OutboundHandler没有调用write方法，最终消息将不会发送出去。
9、ctx.writeAndFlush是从当前ChannelHandler开始，逆序向前执行OutboundHandler。
10、ctx.writeAndFlush所在ChannelHandler后面的OutboundHandler将不会被执行。
11、ctx.channel().writeAndFlush 是从最后一个OutboundHandler开始，依次逆序向前执行其他OutboundHandler，即使最后一个ChannelHandler是OutboundHandler，在InboundHandler之前，也会执行该OutbondHandler。
12、千万不要在OutboundHandler的write方法里执行ctx.channel().writeAndFlush，否则就死循环了。
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