Netty EventLoop 事件循环机制
1. 前言
前面几节主要讲解了 Netty 的几种线程模型，基本上都是理论上的东西，那么 Netty 是如何去实现这些线程模型的呢？答案：核心是 EventLoop，今天我们主要介绍 EventLoop 是如何来实现线程模型的。
2. 什么是 EventLoop
源码：
public interface EventLoop extends OrderedEventExecutor, EventLoopGroup {
EventLoopGroup parent();
}
public interface EventLoopGroup extends EventExecutorGroup {
}
public interface EventExecutorGroup extends ScheduledExecutorService, Iterable<EventExecutor> {
}
通过上面的简单源码，我们发现 EventLoopGroup 就是一个线程池，它是继承 Java 并发包下的定时线程池，而 EventLoop 则是线程池里面的一个子线程。
通过源码查看它们之间的关系，具体如下所示：
public interface EventLoopGroup extends EventExecutorGroup {
EventLoop next();//返回线程组里面的一个线程
}
public interface EventLoop extends OrderedEventExecutor, EventLoopGroup {
EventLoopGroup parent();//关联该线程所属的线程组
}
通过以上简单的分析，我们需要掌握的知识点是，Netty 是通过线程池去实现 Reactor 线程模型的，而线程池并不是使用 Java 内置的线程池，而是继承它们并且进行了一定的扩展。就是 EventLoopGroup 和 EventLoop。
3. EventLoop 的架构图
EventLoop 整体的类 UML 关系图还是比较复杂的，Netty 底层主要是以 NIO 为主，因此核心掌握 NioEventLoop 和 NioEventLoopGroup 两个类的结构即可。
NioEventLoopGroup 关系图：
以上的架构图，我们主要关心 NioEventLoopGroup->MultithreadEventLoopGroup->EventLoopGroup，其实这种是比较典型的接口、抽象类、实现类的模式。
NioEventLoop 关系图
以上的架构图，我们主要关心的是 NioEventLoop->SingleThreadEventLoop->EventLoop，它也是典型的接口、抽象类、实现类的模式。
4. EventLoop 的核心原理
下面，我们将通过源码的方式介绍 EventLoop 在 Netty 当中是如何运行的。
首先，我们需要了解 EventLoop 三个核心步骤，如下图所示：
4.1 EventLoop 的核心作用
EventLoop 的核心作用是，一定客户端连接进来，则服务端给其分配一个 Channel（连接通道），并且会给 Channel 分配一个 EventLoop 和 ChannelPipeline。其中，EventLoop 主要负责该 Channel 相关的业务逻辑处理的，ChannelPipeline 则负责管理业务逻辑（双向链表）。ChannelPipleline 下一个章节会详细讲解。
EventLoop 的核心功能是处理 Channel 相关的业务逻辑，它里面其实是一个死循环，重复做着 3 个事件，分别是
- 监控端口；
- 处理端口事件，将其分发；
- 处理队列事件。
核心结论：每个 EventLoop 可以被绑定到多个 Channel 身上，但是一个 Channel 有且仅有一个 EventLoop 与之进行对应。
4.2 NioEventLoop 初始化流程
这里，我们将通过核心源码来梳理一下 NioEventLoopGroup 的初始化流程，也就是线程池的初始化。
实例：
NioEventLoopGroup bossGroup = new NioEventLoopGroup();
NioEventLoopGroup workerGroup = new NioEventLoopGroup();
ServerBootstrap serverBootstrap = new ServerBootstrap();
serverBootstrap
.group(bossGroup, workerGroup);
//省略其它代码
第一步： 进入 NioEventLoopGroup 构造函数
public class NioEventLoopGroup extends MultithreadEventLoopGroup {
public NioEventLoopGroup() {
//构造函数一直跟进
this(0);
}
public NioEventLoopGroup(
int nThreads, Executor executor,
SelectorProvider selectorProvider,
SelectStrategyFactory selectStrategyFactory) {
//调用父类的构造函数，点进去，查看源码
super(nThreads, executor,
new Object[]{selectorProvider, selectStrategyFactory,
RejectedExecutionHandlers.reject()});
}
}
第二步： MultithreadEventLoopGroup 构造函数
public abstract class MultithreadEventLoopGroup extends MultithreadEventExecutorGroup implements EventLoopGroup {
protected MultithreadEventLoopGroup(int nThreads, Executor executor, Object... args) {
//调用父类的构造函数，点进去，查看源码
super(nThreads == 0 ? DEFAULT_EVENT_LOOP_THREADS : nThreads, executor, args);
}
}
第三步： MultithreadEventExecutorGroup 构造函数
public abstract class MultithreadEventExecutorGroup extends AbstractEventExecutorGroup {
//构造函数
protected MultithreadEventExecutorGroup(int nThreads, ThreadFactory threadFactory, Object... args) {
//点击跟进
this(nThreads,
(Executor)(threadFactory == null ? null : new ThreadPerTaskExecutor(threadFactory)),
args);
}
//核心，在这里进行 “线程组” 初始化工作
private final EventExecutor[] children;
protected MultithreadEventExecutorGroup(int nThreads, Executor executor,
EventExecutorChooserFactory chooserFactory, Object... args) {
//省略了其它代码，只保留核心部分
//1.创建一个数组，长度是 nThreads
this.children = new EventExecutor[nThreads];
//2.数组初始化值
for(int i = 0; i < nThreads; ++i) {
//通过 this.newChild() 来创建具体“线程”
this.children[i] = this.newChild((Executor)executor, args);
}
}
//newChild 是一个抽象类，由子类去进行实现
protected abstract EventExecutor newChild(Executor var1, Object... var2) throws Exception;
}
第四步： 由子类 NioEventLoopGroup 去实现 newChild () 抽象方法
public class NioEventLoopGroup extends MultithreadEventLoopGroup {
protected EventLoop newChild(Executor executor, Object... args) throws Exception {
//创建一个 NioEventLoop
return new NioEventLoop(this, executor,
(SelectorProvider)args[0],
((SelectStrategyFactory)args[1]).newSelectStrategy(),
(RejectedExecutionHandler)args[2]);
}
}
到这里，我们终于看到 NioEventLoop 的身影了，在 newChild () 去进行初始化工作。
4.3 NioEventLoop 执行流程
上面讲解了 NioEventLoop 的初始化流程，那么它到底在什么时候开始执行的呢？
源码入口：
serverBootstrap.bind(80);
第一步： 抽象类 AbstractBootstrap
public abstract class AbstractBootstrap<B extends AbstractBootstrap<B, C>, C extends Channel> implements Cloneable {
public ChannelFuture bind(int inetPort) {
return this.bind(new InetSocketAddress(inetPort));
}
public ChannelFuture bind(SocketAddress localAddress) {
this.validate();
if (localAddress == null) {
throw new NullPointerException("localAddress");
} else {
//继续跟进
return this.doBind(localAddress);
}
}
private ChannelFuture doBind(final SocketAddress localAddress) {
//继续跟进
final ChannelFuture regFuture = this.initAndRegister();
}
final ChannelFuture initAndRegister() {
//继续跟进
this.init(channel);
}
//抽象方法
abstract void init(Channel var1) throws Exception;
}
第二步： 实现类 ServerBootstrap
public class ServerBootstrap extends AbstractBootstrap<ServerBootstrap, ServerChannel> {
void init(Channel channel) throws Exception {
//1.把 ChannelHandler 添加到 ChannelPipeline 里，组成一条双向业务链表
p.addLast(new ChannelHandler[]{new ChannelInitializer<Channel>() {
public void initChannel(Channel ch) throws Exception {
//1.1.管道
final ChannelPipeline pipeline = ch.pipeline();
//1.2.添加到管道
ChannelHandler handler = ServerBootstrap.this.config.handler();
if (handler != null) {
pipeline.addLast(new ChannelHandler[]{handler});
}
//1.3.执行线程池的 “execute()”，核心入口
ch.eventLoop().execute(new Runnable() {
public void run() {
pipeline.addLast(
new ChannelHandler[]{
new ServerBootstrap.ServerBootstrapAcceptor(
currentChildGroup,
currentChildHandler,
currentChildOptions,
currentChildAttrs)
}
);
}
});
}
}});
}
}
这里是在 init () 方法里面进行一序列的初始化工作，并且执行上面初始化好的 NioEventLoop 的 execute () 方法。
第三步： 执行 SingleThreadEventExecutor 的 execute () 方法
public abstract class SingleThreadEventExecutor extends AbstractScheduledEventExecutor implements OrderedEventExecutor {
public void execute(Runnable task) {
//是否是当前线程
boolean inEventLoop = this.inEventLoop();
if (inEventLoop) {
//如果是当前线程，则添加任务到队列
this.addTask(task);
} else {
//如果不是当前线程，则先启动线程
this.startThread();
//把任务添加到任务队列
this.addTask(task);
//如果线程已经关闭并且该任务已经被移除了
if (this.isShutdown() && this.removeTask(task)) {
//执行拒绝策略
reject();
}
}
}
private void startThread() {
this.doStartThread();
}
private void doStartThread() {
this.executor.execute(new Runnable() {
public void run() {
//执行 run() 方法
SingleThreadEventExecutor.this.run();
}
});
}
//抽象方法
protected abstract void run();
}
第四步： 子类 NioEventLoop 实现抽象方法 run ()，这里是 run () 方法是一个死循环，并且执行三个核心事件，分别是 “监听端口”、“处理端口事件”、“处理队列事件”。
public final class NioEventLoop extends SingleThreadEventLoop {
protected void run() {
while(true) {
//省略
}
}
}
run () 方法里面核心执行了 this.processSelectedKeys() 和 this.runAllTasks()。
4.4 核心总结
每次执行 execute () 时，都是向队列里面添加任务，当第一次添加时则先启动线程，并且执行子类 NioEventLoop 的 run () 方法。而该 run () 是整个 EventLoop 的核心，主要的核心功能如下：
this.select()，该方法是一个堵塞方法，主要是监听客户端事件；this.processSelectedKeys()，该方法获取监听到的客户端事件，并将其进行分发；this.runAllTasks()，执行队列里面的任务。
5. 小结
本节主要是讲解 EventLoop，它是 Netty 的线程模型的核心，Netty 已经帮我们进行了高度的封装，不需要懂得其原理也不会影响 Netty 的使用，但是如果能了解其核心原理，可以让我们更加深刻的理解 Netty 是如何运转的。
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