【原文】https://github.com/code4craft/netty-learning/blob/master/posts/ch3-pipeline.md
Channel是理解和使用Netty的核心。Channel的涉及內容較多，這里我使用由淺入深的介紹方法。在這篇文章中，我們主要介紹Channel部分中Pipeline實現機制。為了避免枯燥，借用一下《盜夢空間》的“夢境”概念，希望大家喜歡。
一層夢境：Channel實現概覽
在Netty里，Channel是通訊的載體，而ChannelHandler負責Channel中的邏輯處理。
那么ChannelPipeline是什么呢？我覺得可以理解為ChannelHandler的容器：一個Channel包含一個ChannelPipeline，所有ChannelHandler都會注冊到ChannelPipeline中，並按順序組織起來。
在Netty中，ChannelEvent是數據或者狀態的載體，例如傳輸的數據對應MessageEvent，狀態的改變對應ChannelStateEvent。當對Channel進行操作時，會產生一個ChannelEvent，並發送到ChannelPipeline。ChannelPipeline會選擇一個ChannelHandler進行處理。這個ChannelHandler處理之后，可能會產生新的ChannelEvent，並流轉到下一個ChannelHandler。
例如，一個數據最開始是一個MessageEvent，它附帶了一個未解碼的原始二進制消息ChannelBuffer，然后某個Handler將其解碼成了一個數據對象，並生成了一個新的MessageEvent，並傳遞給下一步進行處理。
到了這里，可以看到，其實Channel的核心流程位於ChannelPipeline中。於是我們進入ChannelPipeline的深層夢境里，來看看它具體的實現。
二層夢境：ChannelPipeline的主流程
Netty的ChannelPipeline包含兩條線路：Upstream和Downstream。Upstream對應上行，接收到的消息、被動的狀態改變，都屬於Upstream。Downstream則對應下行，發送的消息、主動的狀態改變，都屬於Downstream。ChannelPipeline接口包含了兩個重要的方法:sendUpstream(ChannelEvent e)和sendDownstream(ChannelEvent e)，就分別對應了Upstream和Downstream。
對應的，ChannelPipeline里包含的ChannelHandler也包含兩類：ChannelUpstreamHandler和ChannelDownstreamHandler。每條線路的Handler是互相獨立的。它們都很簡單的只包含一個方法：ChannelUpstreamHandler.handleUpstream和ChannelDownstreamHandler.handleDownstream。
Netty官方的javadoc里有一張圖(ChannelPipeline接口里)，非常形象的說明了這個機制(我對原圖進行了一點修改，加上了ChannelSink，因為我覺得這部分對理解代碼流程會有些幫助)：
什么叫ChannelSink呢？ChannelSink包含一個重要方法ChannelSink.eventSunk，可以接受任意ChannelEvent。"sink"的意思是"下沉"，那么"ChannelSink"好像可以理解為"Channel下沉的地方"？實際上，它的作用確實是這樣，也可以換個說法："處於末尾的萬能Handler"。最初讀到這里，也有些困惑，這么理解之后，就感覺簡單許多。只有Downstream包含ChannelSink，這里會做一些建立連接、綁定端口等重要操作。為什么UploadStream沒有ChannelSink呢？我只能認為，一方面，不符合"sink"的意義，另一方面，也沒有什么處理好做的吧！
這里有個值得注意的地方：在一條“流”里，一個ChannelEvent並不會主動的"流"經所有的Handler，而是由上一個Handler顯式的調用ChannelPipeline.sendUp(Down)stream產生，並交給下一個Handler處理。也就是說，每個Handler接收到一個ChannelEvent，並處理結束后，如果需要繼續處理，那么它需要調用sendUp(Down)stream新發起一個事件。如果它不再發起事件，那么處理就到此結束，即使它后面仍然有Handler沒有執行。這個機制可以保證最大的靈活性，當然對Handler的先后順序也有了更嚴格的要求。
順便說一句，在Netty 3.x里，這個機制會導致大量的ChannelEvent對象創建，因此Netty 4.x版本對此進行了改進。twitter的finagle框架實踐中，就提到從Netty 3.x升級到Netty 4.x，可以大大降低GC開銷。有興趣的可以看看這篇文章：https://blog.twitter.com/2013/netty-4-at-twitter-reduced-gc-overhead
下面我們從代碼層面來對這里面發生的事情進行深入分析，這部分涉及到一些細節，需要打開項目源碼，對照來看，會比較有收獲。
三層夢境：深入ChannelPipeline內部
DefaultChannelPipeline的內部結構
ChannelPipeline的主要的實現代碼在DefaultChannelPipeline類里。列一下DefaultChannelPipeline的主要字段：
public class DefaultChannelPipeline implements ChannelPipeline { private volatile Channel channel; private volatile ChannelSink sink; private volatile DefaultChannelHandlerContext head; private volatile DefaultChannelHandlerContext tail; private final Map<String, DefaultChannelHandlerContext> name2ctx = new HashMap<String, DefaultChannelHandlerContext>(4); }
這里需要介紹一下ChannelHandlerContext這個接口。顧名思義，ChannelHandlerContext保存了Netty與Handler相關的的上下文信息。而咱們這里的DefaultChannelHandlerContext，則是對ChannelHandler的一個包裝。一個DefaultChannelHandlerContext內部，除了包含一個ChannelHandler，還保存了"next"和"prev"兩個指針，從而形成一個雙向鏈表。
因此，在DefaultChannelPipeline中，我們看到的是對DefaultChannelHandlerContext的引用，而不是對ChannelHandler的直接引用。這里包含"head"和"tail"兩個引用，分別指向鏈表的頭和尾。而name2ctx則是一個按名字索引DefaultChannelHandlerContext用戶的一個map，主要在按照名稱刪除或者添加ChannelHandler時使用。
sendUpstream和sendDownstream
前面提到了，ChannelPipeline接口的兩個重要的方法：sendUpstream(ChannelEvent e)和sendDownstream(ChannelEvent e)。所有事件的發起都是基於這兩個方法進行的。Channels類有一系列fireChannelBound之類的fireXXXX方法，其實都是對這兩個方法的facade包裝。
下面來看一下這兩個方法的實現。先看sendUpstream(對代碼做了一些簡化，保留主邏輯)：
public void sendUpstream(ChannelEvent e) { DefaultChannelHandlerContext head = getActualUpstreamContext(this.head); head.getHandler().handleUpstream(head, e); } private DefaultChannelHandlerContext getActualUpstreamContext(DefaultChannelHandlerContext ctx) { DefaultChannelHandlerContext realCtx = ctx; while (!realCtx.canHandleUpstream()) { realCtx = realCtx.next; if (realCtx == null) { return null; } } return realCtx; }
這里最終調用了ChannelUpstreamHandler.handleUpstream來處理這個ChannelEvent。有意思的是，這里我們看不到任何"將Handler向后移一位"的操作，但是我們總不能每次都用同一個Handler來進行處理啊？實際上，我們更為常用的是ChannelHandlerContext.handleUpstream方法(實現是DefaultChannelHandlerContext.sendUpstream方法)：
public void sendUpstream(ChannelEvent e) { DefaultChannelHandlerContext next = getActualUpstreamContext(this.next); DefaultChannelPipeline.this.sendUpstream(next, e); }
可以看到，這里最終仍然調用了ChannelPipeline.sendUpstream方法，但是它會將Handler指針后移。
我們接下來看看DefaultChannelHandlerContext.sendDownstream:
public void sendDownstream(ChannelEvent e) { DefaultChannelHandlerContext prev = getActualDownstreamContext(this.prev); if (prev == null) { try { getSink().eventSunk(DefaultChannelPipeline.this, e); } catch (Throwable t) { notifyHandlerException(e, t); } } else { DefaultChannelPipeline.this.sendDownstream(prev, e); } }
與sendUpstream好像不大相同哦？這里有兩點：一是到達末尾時，就如夢境二所說，會調用ChannelSink進行處理；二是這里指針是往前移的，所以我們知道了：
UpstreamHandler是從前往后執行的，DownstreamHandler是從后往前執行的。在ChannelPipeline里添加時需要注意順序了！
DefaultChannelPipeline里還有些機制，像添加/刪除/替換Handler，以及ChannelPipelineFactory等，比較好理解，就不細說了。
回到現實：Pipeline解決的問題
好了，深入分析完代碼，有點頭暈了，我們回到最開始的地方，來想一想，Netty的Pipeline機制解決了什么問題？
我認為至少有兩點：
一是提供了ChannelHandler的編程模型，基於ChannelHandler開發業務邏輯，基本不需要關心網絡通訊方面的事情，專注於編碼/解碼/邏輯處理就可以了。Handler也是比較方便的開發模式，在很多框架中都有用到。
二是實現了所謂的"Universal Asynchronous API"。這也是Netty官方標榜的一個功能。用過OIO和NIO的都知道，這兩套API風格相差極大，要從一個遷移到另一個成本是很大的。即使是NIO，異步和同步編程差距也很大。而Netty屏蔽了OIO和NIO的API差異，通過Channel提供對外接口，並通過ChannelPipeline將其連接起來，因此替換起來非常簡單。
理清了ChannelPipeline的主流程，我們對Channel部分的大致結構算是弄清楚了。可是到了這里，我們依然對一個連接具體怎么處理沒有什么概念，下篇文章，我們會分析一下，在Netty中，捷徑如何處理連接的建立、數據的傳輸這些事情。
PS: Pipeline這部分拖了兩個月，終於寫完了。中間寫的實在緩慢，寫個高質量(至少是自認為吧！)的文章不容易，但是仍不忍心這部分就此爛尾。中間參考了一些優秀的文章，還自己使用netty開發了一些應用。以后這類文章，還是要集中時間來寫完好了。
參考資料：