Netty组件（二）——ChannelHandler、ChannelPipeline和ChannelHandlerContext

ChannelHandler

在日常的开发中，Netty的主要组件是ChannelHandler，它充当了所有处理入站和出站数据的应用程序逻辑的容器，ChannelHandler 的方法是由网络事件触发的。事实上，ChannelHandler 可专门用于几乎任何类型的动作，例如将数据从一种格式转换为另外一种格式，例如各种编解码，或者处理转换过程中所抛出的异常。所以ChannelInboundHandler是一个我们将会经常实现的子接口。

这种类型的ChannelHandler接收入站事件和数据，这些数据随后将会被你的应用程序的业务逻辑所处理。当你要给连接的客户端发送响应时，也可以从ChannelInboundHandler冲刷数据。你的应用程序的业务逻辑通常驻留在一个或者多个ChannelInboundHandler 中。这种类型的ChannelHandler接收入站事件和数据，这些数据随后将会被你的应用程序的业务逻辑所处理。

ChannelHandler生命周期

下面列出了interface ChannelHandler 定义的生命周期操作，在ChannelHandler被添加到ChannelPipeline 中或者被从ChannelPipeline中移除时会调用这些操作。这些方法中的每一个都接受一个ChannelHandlerContext 参数。

1. handlerAdded   当把ChannelHandler 添加到ChannelPipeline 中时被调用
2. handlerRemoved  当从ChannelPipeline 中移除ChannelHandler 时被调用
3. exceptionCaught  当处理过程中在ChannelPipeline 中有错误产生时被调用

Netty 定义了下面两个重要的ChannelHandler 子接口：

• ChannelInboundHandler —— 处理入站数据以及各种状态变化
• ChannelOutboundHandler —— 处理出站数据并且允许拦截所有的操作

ChannelInboundHandler接口

下面列出了interface ChannelInboundHandler 的生命周期方法。这些方法将会在数据被接收时或者与其对应的Channel 状态发生改变时被调用。正如我们前面所提到的，这些方法和Channel 的生命周期密切相关。

1. channelRegistered   当Channel 已经注册到它的EventLoop并且能够处理I/时被调用
2. channelUnregistered  当Channel 从它的EventLoop 注销并且无法处理任何I/O 时被调用
3. channelActive     当Channel 处于活动状态时被调用；Channel 已经连接/绑定并且已经就绪
4. channelInactive    当Channel 离开活动状态并且不再连接它的远程节点时被调用
5. channelReadComplete  当Channel上的一个读操作完成时被调用
6. channelRead      当从Channel 读取数据时被调用
7. ChannelWritability-Changed  当Channel 的可写状态发生改变时被调用。用户可以确保写操作不会完成得太快（以避免发生OutOfMemoryError）或者可以在Channel变为再次可写时恢复写入。
   可以通过调用Channel 的isWritable()方法来检测Channel的可写性。与可写性相关的阈值可以通过Channel.config().setWriteHighWaterMark()和Channel.config().setWriteLowWater-Mark()方法来设置
8. userEventTriggered  当ChannelnboundHandler.fireUserEventTriggered()方法被调用时被调用。

当某个ChannelInboundHandler 的实现重写channelRead()方法时，它要负责显式地释放与池化的ByteBuf实例相关的内存。Netty 为此提供了一个实用方法ReferenceCountUtil.release()

Netty 将使用WARN 级别的日志消息记录未释放的资源，使得可以非常简单地在代码中发现违规的实例。但是以这种方式管理资源可能很繁琐。一个更加简单的方式是使用SimpleChannelInboundHandler，其会自动释放资源。

ChannelOutboundHandler接口

出站操作和数据将由ChannelOutboundHandler 处理。它的方法将被Channel、ChannelPipeline 以及ChannelHandlerContext 调用。所有由ChannelOutboundHandler 本身所定义的方法：

1. bind(ChannelHandlerContext,SocketAddress,ChannelPromise)
   当请求将Channel 绑定到本地地址时被调用

2. connect(ChannelHandlerContext,SocketAddress,SocketAddress,ChannelPromise)
   当请求将Channel 连接到远程节点时被调用

3. disconnect(ChannelHandlerContext,ChannelPromise)
   当请求将Channel 从远程节点断开时被调用

4. close(ChannelHandlerContext,ChannelPromise)
   当请求关闭Channel 时被调用

5. deregister(ChannelHandlerContext,ChannelPromise)
   当请求将Channel 从它的EventLoop 注销时被调用

6. read(ChannelHandlerContext)
   当请求从Channel 读取更多的数据时被调用

7. flush(ChannelHandlerContext)
   当请求通过Channel 将入队数据冲刷到远程节点时被调用

8. write(ChannelHandlerContext,Object,ChannelPromise)
   当请求通过Channel 将数据写到远程节点时被调用

ChannelHandler接口

有一些适配器类可以将编写自定义的ChannelHandler所需要的努力降到最低限度，因为它们提供了定义在对应接口中的所有方法的默认实现。因为你有时会忽略那些不感兴趣的事件，所以Netty提供了抽象基类ChannelInboundHandlerAdapter 和ChannelOutboundHandlerAdapter。

你可以使用ChannelInboundHandlerAdapter和ChannelOutboundHandlerAdapter类作为自己的ChannelHandler 的起始点。这两个适配器分别提供了ChannelInboundHandler和ChannelOutboundHandler的基本实现。通过扩展抽象类ChannelHandlerAdapter，它们获得了它们共同的超接口ChannelHandler 的方法。

ChannelHandlerAdapter还提供了实用方法isSharable()。如果其对应的实现被标注为Sharable，那么这个方法将返回true，表示它可以被添加到多个ChannelPipeline。

ChannelPipeline

当Channel被创建时，它会被自动地分配到它专属的ChannelPipeline。每一个新创建的Channel都将会被分配一个新的ChannelPipeline。这项关联是永久性的，Channel既不能附加另外一个ChannelPipeline，也不能分离其当前的。在Netty 组件的生命周期中，这是一项固定的操作，不需要开发人员的任何干预。

这样使得事件流经ChannelPipeline是ChannelHandler的工作，它们是在应用程序的初始化或者引导阶段被安装的。这些对象接收事件、执行它们所实现的处理逻辑，并将数据传递给链中的下一个ChannelHandler。它们的执行顺序是由它们被添加的顺序所决定的。

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入站和出站ChannelHandler可以被安装到同一个ChannelPipeline中。如果一个消息或者任何其他的入站事件被读取，那么它会从ChannelPipeline的头部开始流动，最终数据将会到达ChannelPipeline 的尾端，这样所有处理就都结束了。

数据的出站运动（即正在被写的数据）在概念上也是一样的。在这种情况下，数据将从ChannelOutboundHandler链的尾端开始流动，直到它到达链的头部为止。在这之后，出站数据将会到达网络传输层，这里显示为Socket。通常情况下，这将触发一个写操作。

如果将两个类别的ChannelHandler都混合添加到同一个ChannelPipeline中会发生什么。虽然ChannelInboundHandle和ChannelOutboundHandle都扩展自ChannelHandler，但是Netty 能区分ChannelInboundHandler实现和ChannelOutboundHandler实现，并确保数据只会在具有相同定向类型的两个ChannelHandler之间传递。

ChannelPipeline常用方法

addFirst()、addBefore()、addAfter()、addLast()
将一个ChannelHandler 添加到ChannelPipeline中

remove()
将一个ChannelHandler 从ChannelPipeline中移除

replace()
将ChannelPipeline 中的一个ChannelHandler替换为另一个ChannelHandler

get()
通过类型或者名称返回ChannelHandler

context()
返回和ChannelHandler绑定的ChannelHandlerContext

names()
返回ChannelPipeline中所有ChannelHandler 的名称ChannelPipeline的API 公开了用于调用入站和出站操作的附加方法。

ChannelHandlerContext

通过使用作为参数传递到每个方法的ChannelHandlerContext，事件可以被传递给当前ChannelHandler 链中的下一个ChannelHandler。虽然这个对象可以被用于获取底层的Channel，但是它主要还是被用于写出站数据。

ChannelHandlerContext代表了ChannelHandler 和ChannelPipeline之间的关联，每当有ChannelHandler 添加到ChannelPipeline 中时，都会创建ChannelHandlerContext。ChannelHandlerContext 的主要功能是管理它所关联的ChannelHandler 和在同一个ChannelPipeline 中的其他ChannelHandler 之间的交互。

ChannelHandlerContext 有很多的方法，其中一些方法也存在于Channel 和ChannelPipeline 本身上，但是有一点重要的不同。

如果调用Channel或者ChannelPipeline上的这些方法，它们将沿着整个ChannelPipeline 进行传播。而调用位于ChannelHandlerContext上的相同方法，则将从当前所关联的ChannelHandler开始，并且只会传播给位于该ChannelPipeline 中的下一个（入站下一个，出站上一个）能够处理该事件的ChannelHandler。

至于其（入站下一个，出站上一个）是有一定的编码的如下：

如果调用Channel或者ChannelPipeline上的这些方法，可能会从5开始进行传播（如果后来的还有出站处理器6、7、8…，则会从最后一个8…开始向前传播），而直接调用ChannelHandlerContext的方法，则会从3开始，这样传播路径就会较短。

ChannelHandlerContext常用方法

当使用ChannelHandlerContext 的API 的时候，有以下两点：

• ChannelHandlerContext和ChannelHandler之间的关联（绑定）是永远不会改变的，所以缓存对它的引用是安全的
• ChannelHandlerContext的方法将产生更短的事件流，应该尽可能地利用这个特性来获得最大的性能

alloc()
返回和这个实例相关联的Channel 所配置的ByteBufAllocator

bind()
绑定到给定的SocketAddress，并返回ChannelFuture

channel()
返回绑定到这个实例的Channel

close()
关闭Channel，并返回ChannelFuture

connect()
连接给定的SocketAddress，并返回ChannelFuture

deregister()
从之前分配的EventExecutor 注销，并返回ChannelFuture

disconnect()
从远程节点断开，并返回ChannelFuture

executor()
返回调度事件的EventExecutor

fireChannelActive()
触发对下一个ChannelInboundHandler上的channelActive()方法（已连接）的调用

fireChannelInactive()
触发对下一个ChannelInboundHandler上的channelInactive()方法（已关闭）的调用

fireChannelRead()
触发对下一个ChannelInboundHandler上的channelRead()方法（已接收的消息）的调用

fireChannelReadComplete()
触发对下一个ChannelInboundHandler上的channelReadComplete()方法的调用

fireChannelRegistered()
触发对下一个ChannelInboundHandler上的fireChannelRegistered()方法的调用

fireChannelUnregistered()
触发对下一个ChannelInboundHandler上的fireChannelUnregistered()方法的调用

fireChannelWritabilityChanged()
触发对下一个ChannelInboundHandler上的fireChannelWritabilityChanged()方法的调用

fireExceptionCaught()
触发对下一个ChannelInboundHandler上的fireExceptionCaught(Throwable)方法的调用

fireUserEventTriggered()
触发对下一个ChannelInboundHandler上的fireUserEventTriggered(Object evt)方法的调用

handler()
返回绑定到这个实例的ChannelHandler

isRemoved()
如果所关联的ChannelHandler已经被从ChannelPipeline中移除则返回true

name()
返回这个实例的唯一名称

pipeline()
返回这个实例所关联的ChannelPipeline

read()
将数据从Channel读取到第一个入站缓冲区；如果读取成功则触发一个channelRead事件，并（在最后一个消息被读取完成后）通知ChannelInboundHandler的channelReadComplete(ChannelHandlerContext)方法