Netty源码分析第五章: ByteBuf
第十节: SocketChannel读取数据过程
我们第三章分析过客户端接入的流程, 这一小节带大家剖析客户端发送数据, Server读取数据的流程:
首先温馨提示, 这一小节高度耦合第三章的第1, 2节的内容, 很多知识这里并不会重复讲解, 如果对之前的知识印象不深刻建议恶补第三章的第1, 2节的内容之后再学习这一小节
我们首先看NioEventLoop的processSelectedKey方法:
private void processSelectedKey(SelectionKey k, AbstractNioChannel ch) {
//获取到channel中的unsafe
final AbstractNioChannel.NioUnsafe unsafe = ch.unsafe();
//如果这个key不是合法的, 说明这个channel可能有问题
if (!k.isValid()) {
//代码省略
}
try {
//如果是合法的, 拿到key的io事件
int readyOps = k.readyOps();
//链接事件
if ((readyOps & SelectionKey.OP_CONNECT) != 0) {
int ops = k.interestOps();
ops &= ~SelectionKey.OP_CONNECT;
k.interestOps(ops);
unsafe.finishConnect();
}
//写事件
if ((readyOps & SelectionKey.OP_WRITE) != 0) {
ch.unsafe().forceFlush();
}
//读事件和接受链接事件
//如果当前NioEventLoop是work线程的话, 这里就是op_read事件
//如果是当前NioEventLoop是boss线程的话, 这里就是op_accept事件
if ((readyOps & (SelectionKey.OP_READ | SelectionKey.OP_ACCEPT)) != 0 || readyOps == 0) {
unsafe.read();
if (!ch.isOpen()) {
return;
}
}
} catch (CancelledKeyException ignored) {
unsafe.close(unsafe.voidPromise());
}
}
if ((readyOps & (SelectionKey.OP_READ | SelectionKey.OP_ACCEPT)) != 0 || readyOps == 0) 这里的判断表示轮询到大事件是op_read或者op_accept事件
之前的章节分析过, 如果当前NioEventLoop是work线程的话, 那么这里就是op_read事件, 也就是读事件, 表示客户端发来了数据流
这里会调用unsafe的redis()方法进行读取
如果是work线程, 那么这里的channel是NioServerSocketChannel, 其绑定的unsafe是NioByteUnsafe, 这里会走进NioByteUnsafe的read()方法中:
public final void read() {
final ChannelConfig config = config();
final ChannelPipeline pipeline = pipeline();
final ByteBufAllocator allocator = config.getAllocator();
final RecvByteBufAllocator.Handle allocHandle = recvBufAllocHandle();
allocHandle.reset(config);
ByteBuf byteBuf = null;
boolean close = false;
try {
do {
byteBuf = allocHandle.allocate(allocator);
allocHandle.lastBytesRead(doReadBytes(byteBuf));
if (allocHandle.lastBytesRead() <= 0) {
byteBuf.release();
byteBuf = null;
close = allocHandle.lastBytesRead() < 0;
break;
}
allocHandle.incMessagesRead(1);
readPending = false;
pipeline.fireChannelRead(byteBuf);
byteBuf = null;
} while (allocHandle.continueReading());
allocHandle.readComplete();
pipeline.fireChannelReadComplete();
if (close) {
closeOnRead(pipeline);
}
} catch (Throwable t) {
handleReadException(pipeline, byteBuf, t, close, allocHandle);
} finally {
if (!readPending && !config.isAutoRead()) {
removeReadOp();
}
}
}
}
首先获取SocketChannel的config, pipeline等相关属性
final ByteBufAllocator allocator = config.getAllocator(); 这一步是获取一个ByteBuf的内存分配器, 用于分配ByteBuf
这里会走到DefaultChannelConfig的getAllocator方法中:
public ByteBufAllocator getAllocator() {
return allocator;
}
这里返回的DefualtChannelConfig的成员变量, 我们看这个成员变量:
private volatile ByteBufAllocator allocator = ByteBufAllocator.DEFAULT;
这里调用ByteBufAllocator的属性DEFAULT, 跟进去:
ByteBufAllocator DEFAULT = ByteBufUtil.DEFAULT_ALLOCATOR;
我们看到这里又调用了ByteBufUtil的静态属性DEFAULT_ALLOCATOR, 再跟进去:
static final ByteBufAllocator DEFAULT_ALLOCATOR;
DEFAULT_ALLOCATOR这个属性是在static块中初始化的
我们跟到static块中:
static {
String allocType = SystemPropertyUtil.get(
"io.netty.allocator.type", PlatformDependent.isAndroid() ? "unpooled" : "pooled");
allocType = allocType.toLowerCase(Locale.US).trim();
ByteBufAllocator alloc;
if ("unpooled".equals(allocType)) {
alloc = UnpooledByteBufAllocator.DEFAULT;
logger.debug("-Dio.netty.allocator.type: {}", allocType);
} else if ("pooled".equals(allocType)) {
alloc = PooledByteBufAllocator.DEFAULT;
logger.debug("-Dio.netty.allocator.type: {}", allocType);
} else {
alloc = PooledByteBufAllocator.DEFAULT;
logger.debug("-Dio.netty.allocator.type: pooled (unknown: {})", allocType);
}
DEFAULT_ALLOCATOR = alloc;
//代码省略
}
首先判断运行环境是不是安卓, 如果不是安卓, 在返回"pooled"字符串保存在allocType中
然后通过if判断, 最后局部变量alloc = PooledByteBufAllocator.DEFAULT, 最后将alloc赋值到成员变量DEFAULT_ALLOCATOR
我们跟到PooledByteBufAllocator的DEFAULT属性中:
public static final PooledByteBufAllocator DEFAULT =
new PooledByteBufAllocator(PlatformDependent.directBufferPreferred());
我们看到这里直接通过new的方式, 创建了一个PooledByteBufAllocator对象, 也就是基于申请一块连续内存进行缓冲区分配的缓冲区分配器
缓冲区分配器的知识, 我们之前小节进行了详细的剖析, 这里就不再赘述
回到NioByteUnsafe的read()方法中:
public final void read() {
final ChannelConfig config = config();
final ChannelPipeline pipeline = pipeline();
final ByteBufAllocator allocator = config.getAllocator();
final RecvByteBufAllocator.Handle allocHandle = recvBufAllocHandle();
allocHandle.reset(config);
ByteBuf byteBuf = null;
boolean close = false;
try {
do {
byteBuf = allocHandle.allocate(allocator);
allocHandle.lastBytesRead(doReadBytes(byteBuf));
if (allocHandle.lastBytesRead() <= 0) {
byteBuf.release();
byteBuf = null;
close = allocHandle.lastBytesRead() < 0;
break;
}
allocHandle.incMessagesRead(1);
readPending = false;
pipeline.fireChannelRead(byteBuf);
byteBuf = null;
} while (allocHandle.continueReading());
allocHandle.readComplete();
pipeline.fireChannelReadComplete();
if (close) {
closeOnRead(pipeline);
}
} catch (Throwable t) {
handleReadException(pipeline, byteBuf, t, close, allocHandle);
} finally {
if (!readPending && !config.isAutoRead()) {
removeReadOp();
}
}
}
}
这里 ByteBufAllocator allocator = config.getAllocator()中的allocator , 就是PooledByteBufAllocator
final RecvByteBufAllocator.Handle allocHandle = recvBufAllocHandle() 是创建一个handle, 我们之前的章节讲过, handle是对RecvByteBufAllocator进行实际操作的对象
我们跟进recvBufAllocHandle:
public RecvByteBufAllocator.Handle recvBufAllocHandle() {
//如果不存在, 则创建一个handle的实例
if (recvHandle == null) {
recvHandle = config().getRecvByteBufAllocator().newHandle();
}
return recvHandle;
}
这里是我们之前剖析过的逻辑, 如果不存在, 则创建handle的实例, 具体创建过程我们可以回顾第三章的第二小节, 这里就不再赘述
同样allocHandle.reset(config)是将配置重置, 第三章的第二小节也对其进行过剖析
重置完配置之后, 进行do-while循环, 有关循环终止条件allocHandle.continueReading(), 之前小节也有过详细剖析, 这里也不再赘述
在do-while循环中, 首先看 byteBuf = allocHandle.allocate(allocator) 这一步, 这里传入了刚才创建的allocate对象, 也就是PooledByteBufAllocator:
这里会跑到DefaultMaxMessagesRecvByteBufAllocator类的allocate方法中:
public ByteBuf allocate(ByteBufAllocator alloc) {
return alloc.ioBuffer(guess());
}
这里的guess方法, 会调用AdaptiveRecvByteBufAllocator的guess方法:
public int guess() {
return nextReceiveBufferSize;
}
这里会返回AdaptiveRecvByteBufAllocator的成员变量nextReceiveBufferSize, 也就是下次所分配缓冲区的大小, 根据我们之前学习的内容, 第一次分配的时候会分配初始大小, 也就是1024字节
回到DefaultMaxMessagesRecvByteBufAllocator类的allocate方法中:
这样, alloc.ioBuffer(guess())就会分配一个PooledByteBuf
我们跟到AbstractByteBufAllocator的ioBuffer方法中:
public ByteBuf ioBuffer(int initialCapacity) {
if (PlatformDependent.hasUnsafe()) {
return directBuffer(initialCapacity);
}
return heapBuffer(initialCapacity);
}
这里首先判断是否能获取jdk的unsafe对象, 默认为true, 所以会走到directBuffer(initialCapacity)中, 这里最终会分配一个PooledUnsafeDirectByteBuf对象, 具体分配流程我们再之前小节做过详细剖析
回到NioByteUnsafe的read()方法中:
分配完了ByteBuf之后, 再看这一步allocHandle.lastBytesRead(doReadBytes(byteBuf)):
首先看参数doReadBytes(byteBuf)方法, 这步是将channel中的数据读取到我们刚分配的ByteBuf中, 并返回读取到的字节数
这里会调用到NioSocketChannel的doReadBytes方法:
protected int doReadBytes(ByteBuf byteBuf) throws Exception {
final RecvByteBufAllocator.Handle allocHandle = unsafe().recvBufAllocHandle();
allocHandle.attemptedBytesRead(byteBuf.writableBytes());
return byteBuf.writeBytes(javaChannel(), allocHandle.attemptedBytesRead());
}
首先拿到绑定在channel中的handler, 因为我们已经创建了handle, 所以这里会直接拿到
再看allocHandle.attemptedBytesRead(byteBuf.writableBytes())这步, byteBuf.writableBytes()返回byteBuf的可写字节数, 也就是最多能从channel中读取多少字节写到ByteBuf, allocate的attemptedBytesRead会把可写字节数设置到DefaultMaxMessagesRecvByteBufAllocator 类的attemptedBytesRead属性中
跟到DefaultMaxMessagesRecvByteBufAllocator中的attemptedBytesRead我们会看到:
public void attemptedBytesRead(int bytes) {
attemptedBytesRead = bytes;
}
继续看doReadBytes方法：
最后, 通过byteBuf.writeBytes(javaChannel(), allocHandle.attemptedBytesRead())将jdk底层的channel中的数据写入到我们创建的ByteBuf中, 并返回实际写入的字节数
回到NioByteUnsafe的read()方法中:
继续看allocHandle.lastBytesRead(doReadBytes(byteBuf))这步
刚才我们剖析过doReadBytes(byteBuf)返回的是世界写入ByteBuf的字节数
再看lastBytesRead方法, 跟到DefaultMaxMessagesRecvByteBufAllocator的lastBytesRead方法中:
public final void lastBytesRead(int bytes) {
lastBytesRead = bytes;
totalBytesRead += bytes;
if (totalBytesRead < 0) {
totalBytesRead = Integer.MAX_VALUE;
}
}
这里会赋值两个属性, lastBytesRead代表最后读取的字节数, 这里赋值为我们刚才写入ByteBuf的字节数, totalBytesRead表示总共读取的字节数, 这里将写入的字节数追加
继续看NioByteUnsafe的read()方法:
如果最后一次读取数据为0, 说明已经将channel中的数据全部读取完毕, 将新创建的ByteBuf释放循环利用, 并跳出循环
allocHandle.incMessagesRead(1)这步是增加消息的读取次数, 因为我们循环最多16次, 所以当增加消息次数增加到16会结束循环
读取完毕之后, 会通过pipeline.fireChannelRead(byteBuf)将传递channelRead事件, 有关channelRead事件, 我们在第四章也进行了详细的剖析
这里读者会有疑问, 如果一次读取不完, 就传递channelRead事件, 那么server接收到的数据有可能就是不完整的, 其实关于这点, netty也做了相应的处理, 我们会在之后的章节详细剖析netty的半包处理机制
循环结束后, 会执行到allocHandle.readComplete()这一步
我们知道第一次分配ByteBuf的初始容量是1024, 但是初始容量不一定一定满足所有的业务场景, netty中, 将每次读取数据的字节数进行记录, 然后之后次分配ByteBuf的时候, 容量会尽可能的符合业务场景所需要大小, 具体实现方式, 就是在readComplete()这一步体现的
我们跟到AdaptiveRecvByteBufAllocator的readComplete()方法中:
public void readComplete() {
record(totalBytesRead());
}
这里调用了record方法, 并且传入了这一次所读取的字节总数
跟到record方法中:
private void record(int actualReadBytes) {
if (actualReadBytes <= SIZE_TABLE[Math.max(0, index - INDEX_DECREMENT - 1)]) {
if (decreaseNow) {
index = Math.max(index - INDEX_DECREMENT, minIndex);
nextReceiveBufferSize = SIZE_TABLE[index];
decreaseNow = false;
} else {
decreaseNow = true;
}
} else if (actualReadBytes >= nextReceiveBufferSize) {
index = Math.min(index + INDEX_INCREMENT, maxIndex);
nextReceiveBufferSize = SIZE_TABLE[index];
decreaseNow = false;
}
}
首先看判断条件 if (actualReadBytes <= SIZE_TABLE[Math.max(0, index - INDEX_DECREMENT - 1)])
这里index是当前分配的缓冲区大小所在的SIZE_TABLE中的索引, 将这个索引进行缩进, 然后根据缩进后的所以找出SIZE_TABLE中所存储的内存值, 再判断是否大于等于这次读取的最大字节数, 如果条件成立, 说明分配的内存过大, 需要缩容操作, 我们看if块中缩容相关的逻辑
首先 if (decreaseNow) 会判断是否立刻进行收缩操作, 通常第一次不会进行收缩操作, 然后会将decreaseNow设置为true, 代表下一次直接进行收缩操作
假设需要立刻进行收缩操作, 我们看收缩操作的相关逻辑:
index = Math.max(index - INDEX_DECREMENT, minIndex) 这一步将索引缩进一步, 但不能小于最小索引值
然后通过 nextReceiveBufferSize = SIZE_TABLE[index] 获取设置索引之后的内存, 赋值在nextReceiveBufferSize, 也就是下次需要分配的大小, 下次就会根据这个大小分配ByteBuf了, 这样就实现了缩容操作
再看 else if (actualReadBytes >= nextReceiveBufferSize)
这里判断这次读取字节的总量比上次分配的大小还要大, 则进行扩容操作
扩容操作也很简单, 索引步进, 然后拿到步进后的索引所对应的内存值, 作为下次所需要分配的大小
再NioByteUnsafe的read()方法中:
经过了缩容或者扩容操作之后, 通过pipeline.fireChannelReadComplete()传播ChannelReadComplete()事件
以上就是读取客户端消息的相关流程
第五章总结
本章主要剖析了ByteBuf的基本操作以及缓冲区分配等相关知识.
缓冲区分配, 分为通过调用jdk的api的方式和分配一块连续内存的方式
其中, 通过分配连续内存的方式分配缓冲区中, 又介绍了在page级别分配的逻辑和在subpage级别分配的逻辑
page级别分配时通过操作内存二叉树的方式记录分配情况
subpage级别分配是通过位图的方式记录分配情况
最后介绍了NioSocketChannel处理读事件的相关逻辑
总体来说, 这一章的内容难度是比较大的, 希望同学课后通过多调试的方式进行熟练掌握