责任链模式的使用-Netty ChannelPipeline和Mina IoFilterChain分析
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作者：乔安然
1. Chain of Responsiblity
定义：
使多个对象都有机会处理请求，从而避免请求的发送者和接受者之间的耦合关系。将这个对象连成一条链，并沿着这条链传递该请求，直到有一个对象处理他为止。
结构实图：
2. Netty ChannelPipeline 分析
Netty的ChannelPipeline和ChannelHandler机制类似于Servlet和Filter过滤器，这类过滤器其实就是责任链模式的一种变形，方便事件的拦截和用户业务逻辑的定制且相互不必耦合在一起。
Netty将Channel的数据管道抽象为ChannelPipeline，消息在ChannelPipline中流动和传递。ChannelPipeline持有IO事件拦截器ChannelHandler的链表，由ChannelHandler对IO事件进行拦截和处理，可以方便的新增和删除ChannelHandler来实现不同的业务逻辑定制，不必对已有的ChannelHandler进行修改，这个开放闭合原则的很好体现。
下面我们对ChannelPipeline和ChannelHandler，以及相关的ChannelHandlerContext进行详细介绍和源码分析。
先看下ChannlePipeline的事件事件处理流程，如下图
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底层Socket读取bytebuf触发ChannelRead事件(Inbound 事件)，由NioEventLoop调用ChannelPipeline的fireChannelRead方法
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消息被ChannelPipeline中的ChannelHandlerContext传递，依次被各个ChannelHandler处理
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当有写出的需求（Outbound 事件），调用ChannelHandlerContext write方法，消息再通过ChannelHandlerContext反向传递通过各个ChannelHandler处理。当然各个ChannelHadler可以通过定制只对自己感兴趣的消息进行处理，其余跳过。
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下图是ChannelPipeline相关的类UML图
DefaultChannelPipeline：I/O事件承载的数据管道，由ChannelHandlerContext节点组成双链表结构
ChannelHandler： I/O事件的处理层，分别为Inbound和outbound两种事件类型派生ChannelInboundHandler和ChannelOutboundHandler接口，如上图中的MessageToMessageDecoder和MessageToMessageEncoder类分别对消息的解码和编码处理。用户在实际使用中根据需求处理Inbound还是outbound事件。
DefaultChannelHandlerContext：组成pipeline的节点，执行handler的上下文环境，支持异步模式，如下面read事件处理：
@Override
public ChannelHandlerContext fireChannelRead(final Object msg) { // 找到下一个inbound的handler
invokeChannelRead(findContextInbound(), msg); return this;
} static void invokeChannelRead(final AbstractChannelHandlerContext next, Object msg) { final Object m = next.pipeline.touch(ObjectUtil.checkNotNull(msg, "msg"), next);
EventExecutor executor = next.executor(); // 判断是否由内部触发
if (executor.inEventLoop()) {
next.invokeChannelRead(m);
} else { // 外部触发异步处理
executor.execute(new Runnable() { @Override
public void run() {
next.invokeChannelRead(m);
}
});
}
} // 触发handler中的channelRead方法，对消息进行处理
private void invokeChannelRead(Object msg) { if (invokeHandler()) { try {
((ChannelInboundHandler) handler()).channelRead(this, msg);
} catch (Throwable t) {
notifyHandlerException(t);
}
} else {
fireChannelRead(msg);
}
}
3.Mina IoFilterChain分析
责任链模式在mina中也发挥着重要的作用，其中Filter机制就是基于责任链实现的，来看下mina框架组成
从上图看到消息的接受从IoService层先经过Filter层过滤处理后最后交给IoHander，消息的发送则是反过来从IoHander层经过Filter层再到IoService层。由此可以看到netty和mina对消息处理都是相似的。
从图中看到接收消息和发送消息经过Filter层是相反处理的，那么每个Filter就必须知道前一个和后一个Filter，那么mina中的Filter层和netty的pipeline相同都是使用双向链表实现的，那么让我们来看看Filter层具体是如何实现
mina的filterchain包结构：
Filter层的每个filter都是对上图IoFilter接口的实现，我们将具体讲解IoFilter，IoFilterChain，DefaultIoFilterChain这几个类
IoFilterChainBuilder接口和DefaultIoFilterChainBuilder实现不再细讲，从字面意思就是IoFilterChain的建造者
IoFilterEvent是代表filter事件，IoFilterLifeCycleException是指加入链表异常
下面的图是我们要重点讲解的几个类的关系
IoFilter接口：NextFilter接口是其内部接口
IoFilterAdapter类：对IoFilter接口的实现，是所有Filter的基类
IoFilterChain接口：Entry接口是其内部接口
DefaultIoFilterChain类：是对IoFilterChain接口的实现，有EntryImpl，HeadFilter，TailFilter三个内部类，其中EntryImpl类中又有NextFilter接口的内部实现
还需要说明下：IoFilter还有相关接口就写了两个方法，一个接受消息触发的方法还有一个是发送消息触发的方法，剩下的都是这两类消息处理方法就不表示了，这和netty中的inbound、outbound相同
HeadFilter类只对发送消息处理方法重载，TailFilter类只对接受消息处理方法重载
从上图看到EntryImp类是重点，我们就来看看EntryImpl类的实现
private class EntryImpl implements Entry { private EntryImpl prevEntry ; private EntryImpl nextEntry ; private final String name; private IoFilter filter ; private final NextFilter nextFilter; private EntryImpl(EntryImpl prevEntry, EntryImpl nextEntry, String name, IoFilter filter) { if (filter == null) { throw new IllegalArgumentException("filter");
} if (name == null) { throw new IllegalArgumentException("name");
} this.prevEntry = prevEntry; this.nextEntry = nextEntry; this.name = name; // 业务的fliter处理层
this.filter = filter; // 调度filter对读入和写出消息处理
this.nextFilter = new NextFilter() { // 读入消息调用nextEntry处理
public void sessionOpened(IoSession session) {
Entry nextEntry = EntryImpl. this.nextEntry ;
callNextSessionOpened(nextEntry, session);
} // 写出消息调用preEntry反向处理
public void filterWrite(IoSession session, WriteRequest writeRequest) {
Entry nextEntry = EntryImpl. this.prevEntry ;
callPreviousFilterWrite(nextEntry, session, writeRequest);
}
};
}
从EntryImpl类的构造方法看到，EntryImpl中保持对上一个节点和下一个节点引用，双向链表结构，name即过滤层名称，filter即过滤层的具体实现，而nextFilter是在构造方法中的内部实现。
下面我们来看看sessionOpen处理的完整过程，sessionOpen事件属于读入对应netty中的inbound事件类型。首先是IoFilterChain收到这个消息触发fireSessionOpened方法
public void fireSessionOpened() {
Entry head = this.head ;
callNextSessionOpened(head, session);
} private void callNextSessionOpened(Entry entry, IoSession session) { try {
IoFilter filter = entry.getFilter();
NextFilter nextFilter = entry.getNextFilter();
filter.sessionOpened(nextFilter, session);
} catch (Throwable e) {
fireExceptionCaught(e);
}
}
fireSessionOpened方法获取当前的头节点，然后调用callNextSessionOpened方法，而callNextSessionOpened方法是从entry中获取filter和nextfitler，触发filter的sessionOpened方法，同时将nextfilter作为参数传进去，而filter层如果对这个消息感兴趣可以处理完成后调用nextfilter的sessionOpened方法，不感兴趣的话，可能消息到此就结束了。
由此可看出mina中的Fliter和netty的ChannelHandler功能相同，而NextFilter其实是起到中转和调度的作用，收到Reveceive消息转交给后一节点，收到Send消息转交给前一个消息。这和netty中ChannelHandlerContext功能相似。
mina和netty不相同的一点对异步多线程的使用，netty中ChannelHandlerContext中加入对异步支持，而mina中代之以一个更通用的系统,基于一个过滤器:ExecutorFilter。当Fliter层将消息事件传递到ExecutorFilter中，它包含一个Executor来将消息事件传递给线程池运行处理。
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