精进篇：netty源码死磕6 

巧夺天工——Pipeline模式揭秘

1. 巧夺天工——Pipeline模式揭秘

1.1. Pipeline模式简介

管道的发名者叫，Malcolm Douglas McIlroy，他也是Unix的创建者，是Unix文化的缔造者之一。

40年前，Unix操作系统横空出世，Unix不仅仅带来了一个操作系统，还创造C语言，Socket，开源，***等等文化，这些文化影响着整个计算机世界的文明，直到今天。

如果说Unix是计算机文明中最伟大的发明，那么，Unix下的Pipe管道就是跟随Unix所带来的另一个伟大的发明。管道的出现，解决的就是让不同功能的程序可以互相连通通讯，从而可以让软件开发，程序开发更加的“高内聚，低耦合”，从而可以让程序“Do one thing, Do it well”，从而可以让程序“Keep it Simple Stupid”等等，这一哲学引影了一代又一代的软件架构，直到今天的云计算。

管道模型，是一种“链式模型”，用来串接不同的程序或者不同的组件，让它们组成一条直线的工作流。这样给定一个完整的输入，经过各个组件的先后协同处理，得到唯一的最终输出。

1.2. Pipeline模式应用场景

简单的说，管道模型的典型应用场景，可以用一个形象的比方，有点类似像富士康那么的工厂生产线。

管道模型包含两个部分：pipeline 管道、valve 阀门。

pipeline 管道，可以比作车间生产线，在这里可认为是容器的逻辑处理总线。

valve 阀门，可以比作生产线上的工人，负责完成各自的部分工作。 阀门也可以叫做Handler 处理者。

1.3. Tomcat中的Pipeline模式

在我们非常熟悉的Web容器Tomcat中，一个请求，首先被Connector接受到。然后，会将请求交给Container，Container处理完了之后将结果返回给Connector 。

Tomcat中，Container包含了Engine、Host、Context、Wrapper几个内部的子容器元素。

这几个子容器元素的功能，赘述如下：

Engine：代表一个完整的 Servlet 引擎，可以包含多个Host。它接收来自Connector的请求，并决定传给哪个Host来处理，得到Host处理完的结果后，返回给Connector。

Host：代表一个虚拟主机，一个Host能运行多个应用，它负责安装和展开这些应用，每个Host对应的一个域名。

Context：一个Context代表一个运行在Host上的Web应用

Wrapper: 一个Wrapper 代表一个 Servlet，它负责管理一个 Servlet，包括的 Servlet 的装载、初始化、执行以及资源回收。

在一个用户请求过来后，Tomcat中的每一级子容器，都对应于一个阀门Valve（注意：这个单词不是value，有一个字母的差别）。Tomcat接受请求之后，请求从被接受，被分发，被处理，到最后转变成http响应，会通过如下的阀门序列。

这些阀门（Valve）通过invoke（next）方法彼此串联起来，最终构成的执行顺序，构成一个管道。

Pipeline模式，在设计模式中，属于责任链模式的一种。在Tomcat的Pipeline模式中。从Engine到Host再到Context一直到Wrapper，都是通过同一个责任链，来传递请求。

1.4. Netty中的Pipeline模式

看完前面的《Netty 源码（ChannelHandler 死磕）》一文，大家对Netty的Pipeline已经有初步的了解。

这里再简单的回顾一下。

一个Channel，拥有一个ChannelPipeline，作为ChannelHandler的容器。

但是一个ChannelHandler，不能直接放进Pipeline中，必须包裹一个AbstractChannelHandlerContext 的上下文环境。

在初始化Netty的Channel时，需要将Handler加载到Pipeline中。

假定加载三个Handler，分别负责解码、业务、编码。三个Handler加载到ChannelPipeline的参考代码如下：

Netty中Channel加完Hander之后，Pipeline的容器内容图如下：

Pipeline中不直接加入Handler，而是需要进行包裹。对应于Decoder、Business、Encoder三个Hander，分别创建三个默认的上下文包裹器(DefaultContext )。DefaultContext 的具体实现类，在Netty中，是DefaultChannelHandlerContext。

除此之外，Pipeline的头尾，各有一个特别的上下文Context 。这两个Hander Context ，不是默认的DefaultContext 。分别有自己的类型。

1.5. Context的类型

在Pipeline中头尾，分别各有一个特别的HandlerContext——简称Head和Tail。Head的类型是HeadContext。Tail的类型是TailContext。这两种类型，和DefaultChannelHandlerContext类型，都是AbstractChannelHandlerContext的子类。

Head和作用是什么呢？

Head上下文包裹器的主要作用： 主要是作为入站处理的起点。数据从Channel读入之后，一个入站数据包从Channel的事件发送出来，首先从Head开始，被后面的所有的入站处理器，逐个进行入站处理。

大致的入站流程如下图：

注意，TailContext，其实也是一个入站处理器。先按下不表，待会详细阐述。

Tail的作用是什么呢？

Tail上下文包裹器的主要作用： 主要是作为出站处理的起点。当所有的入站处理器，都处理完成后，开始出站流程。需要出站的数据包，首先从Tail开始，被所有的出站处理器上下文Context中的Hander逐个进行处理。然后将处理结果，写入Channel中。

注意，HeadContext，其实也是一个出站处理器。先按下不表，待会详细阐述。

Tail和Head内部，没有包裹其他的内部Handler成员。这一点，是与默认的上下文包裹器DefaultChannelHandlerContext不同的地方。

TailContext本身实现了ChannelInboundHandler 接口的方式，可以完成入站处理的操作，作为一个入站处理器使用。

HeadContext本身，实现了ChannelOutboundHandler 接口的方式，可以完成出站处理的操作，完成最终的出站处理操作。

1.6. Pipeline模式的优点：

总结一下Pipeline模式的优点，如下：

1、降低耦合度。它将请求的发送者和接收者解耦。

2、简化了Handler处理器。使得处理器不需要不需要知道链的结构。也就是Handler处理器可以是无状态的。与责任链（流水线）相关的状态，交给了Context去维护。

3、增强给对象指派职责的灵活性。通过改变链内的成员或者调动它们的次序，允许动态地新增或者删除责任。

4、 增加新的请求处理器很方便。

1.7. 小结

本节从宏观上，解读了什么是Netty的pipeline。

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