Netty源码笔记之ChannelPipeline

ChannelPipeline是什么

ChannelPipeline是ChannelHandler的列表，用于拦截或处理Channel的入站事件和出站事件操作。ChannelPipeline实现了拦截过滤器模式，让用户完全控制如何处理事件以及管道中的ChannelHandler如何相互交互。

每个Channel都有各自的ChannelPipeline，并且一个新的Channel被创建时该ChannelPipeline同时也会被创建。

事件是如何在Pipeline中流动的

下图描述了ChannelHandler在ChannelPipeline中如何处理I/O事件。I/O事件由ChannelInboundHandler或ChannelOutboundHandler处理，并通过调用ChannelHandlerContext中定义的事件传播方法（例如ChannelHandlerContext#fireChannelRead（Object）和ChannelHandlerContext#write（Object）中定义的事件传播方法转发给最近的处理程序。

ChannelPipeline事件流动

Channel与ChannelPipeline的关系

我们已经知道当在创建Channel时并会自动创建对应的ChannelPipeline，所以它们就是一对一的关系，如下图所示：

Channel与Pipeline

在创建Channel时会创建对应的ChannelPipeline，而在创建ChannelPipeline时又会创建对应的TailContext和HeadContext,然后将其构造成双向链表的节点。

接下来我们来具体分析下ChannelPipeline的实现过程。

ChannelPipeline的实现

在前面分析Bootstrap和ServerBootstrap的章节中我们知道在AbstractChannel构造方法中会实例化ChannelPipeline，所以下面我们一步一步来进行分析。

protected AbstractChannel(Channel parent) {
    this.parent = parent;
    id = newId();
    unsafe = newUnsafe();
    //实例化ChannelPipeline的操作
    pipeline = newChannelPipeline();
}

这里我们只需关注newChannelPipeline方法即可，如下：

protected DefaultChannelPipeline newChannelPipeline() {
    return new DefaultChannelPipeline(this);
}

该方法直接将当前Channel对象传递给构造函数并实例化了DefaultChannelPipeline对象，我们先来看看该类的一个类结构图：

DefaultChannelPipeline类图

我们来分析下DefaultChannelPipeline对应的父类接口ChannelInboundInvoker，该接口主要定义了入站事件方法，如下所示：

 /** 
 * 入站事件传播方法：
 * ChannelHandlerContext#fireChannelRegistered()
 * ChannelHandlerContext#fireChannelActive()
 * ChannelHandlerContext#fireChannelRead(Object)
 * ChannelHandlerContext#fireChannelReadComplete()
 * ChannelHandlerContext#fireExceptionCaught(Throwable)
 * ChannelHandlerContext#fireUserEventTriggered(Object)
 * ChannelHandlerContext#fireChannelWritabilityChanged()
 * ChannelHandlerContext#fireChannelInactive()
 * ChannelHandlerContext#fireChannelUnregistered()
 */
     /**
     * Channel已注册到EventLoop
     */
    ChannelInboundInvoker fireChannelRegistered();

    /**
     * Channel已从其EventLoop中取消注册
     */
    ChannelInboundInvoker fireChannelUnregistered();

    /**
     * Channel当前处于活动状态，表示已连接
     */
    ChannelInboundInvoker fireChannelActive();

    /**
     * Channel当前处于非活动状态，表示连接已关闭
     */
    ChannelInboundInvoker fireChannelInactive();

    /**
     * Channel在入站操作中收到了异常
     */
    ChannelInboundInvoker fireExceptionCaught(Throwable cause);

    /**
     * Channel接收到用户自定义事件
     */
    ChannelInboundInvoker fireUserEventTriggered(Object event);

    /**
     * Channel接收到一条消息
     */
    ChannelInboundInvoker fireChannelRead(Object msg);

    /**
     * 触发ChannelInboundHandler#channelReadComplete(ChannelHandlerContext)事件到ChannelPipeline中的下一个ChannelInboundHandler事件
     */
    ChannelInboundInvoker fireChannelReadComplete();

    /**
     * 触发ChannelInboundHandler#channelWritabilityChanged(ChannelHandlerContext)事件到ChannelPipeline中的下一个ChannelInboundHandler
     */
    ChannelInboundInvoker fireChannelWritabilityChanged();

父类接口ChannelOutboundInvoker主要定义了出站事件方法，如下所示：

/**
 * 出站事件传播方法：
 * ChannelHandlerContext#bind(SocketAddress, ChannelPromise)
 * ChannelHandlerContext#connect(SocketAddress, SocketAddress, ChannelPromise)
 * ChannelHandlerContext#write(Object, ChannelPromise)
 * ChannelHandlerContext#flush()
 * ChannelHandlerContext#read()
 * ChannelHandlerContext#disconnect(ChannelPromise)
 * ChannelHandlerContext#close(ChannelPromise)
 * ChannelHandlerContext#deregister(ChannelPromise)
 */
    /**
     * 请求绑定给定的SocketAddress一旦操作完成并通知ChannelFuture，要么操作成功或者错误
     */
    ChannelFuture bind(SocketAddress localAddress);

    /**
     * 请求连接给定的SocketAddress并在操作完成后通知ChannelFuture，要么操作成功或者错误
     */
    ChannelFuture connect(SocketAddress remoteAddress);

    /**
     * 请求连接给定的SocketAddress，同时绑定到localAddress并在操作完成后通知ChannelFuture，要么操作成功或者错误
     */
    ChannelFuture connect(SocketAddress remoteAddress, SocketAddress localAddress);

    /**
     * 请求与远程节点断开连接并在操作完成后通知ChannelFuture(要么操作成功要么因为错误)
     */
    ChannelFuture disconnect();

    /**
     * 请求关闭Channel并在操作完成后通知ChannelFuture,关闭后不能再重复使用
     */
    ChannelFuture close();

    /**
     * 请求从先前分配的EventExecutor中注销，并在操作完成后通知ChannelFuture
     */
    ChannelFuture deregister();

    /**
     * 请求绑定给定的SocketAddress并在操作完成后通知给定的ChannelPromise
     */
    ChannelFuture bind(SocketAddress localAddress, ChannelPromise promise);

    /**
     * 请求连接给定的SocketAddress并在操作完成后通知给定的ChannelPromise
     */
    ChannelFuture connect(SocketAddress remoteAddress, ChannelPromise promise);

    /**
     * 请求连接给定的SocketAddress同时绑定到localAddress，并在操作完成后通知ChannelPromise
     */
    ChannelFuture connect(SocketAddress remoteAddress, SocketAddress localAddress, ChannelPromise promise);

    /**
     * 请求断开远程节点的连接并在操作完成后通知给定的ChannelPromise
     */
    ChannelFuture disconnect(ChannelPromise promise);

    /**
     * 请求关闭Channel并在操作完成后通知给定的ChannelPromise,该Channel关闭后不可复用
     */
    ChannelFuture close(ChannelPromise promise);

    /**
     * 请求从先前分配的EventExecutor中注销，并在操作完成后通知给定的ChannelPromise
     */
    ChannelFuture deregister(ChannelPromise promise);

    /**
     * 请求从Channel读取数据到第一个入站缓冲区，如果读取了数据，则触发ChannelInboundHandler#channelRead(ChannelHandlerContext,Object)事件，并触发ChannelInboundHandler#channelReadComplete(ChannelHandlerContext)事件，以便处理程序可以决定是否继续读取。如果已经有一个待处理的读取操作，则此方法不执行任何操作。
     */
    ChannelOutboundInvoker read();

    /**
     * 通过ChannelPipeline请求通过ChannelHandler写入消息。该方法不会执行实际写出消息，所以要确保执行#flush()方法将所有未写出的消息刷新到实际传输中。
     */
    ChannelFuture write(Object msg);

    /**
     * 通过ChannelPipeline请求通过ChannelHandlerContext写出消息。该方法不会执行实际写出消息，所以要确保执行#flush()方法将所有未写出的消息刷新到实际传输中。
     */
    ChannelFuture write(Object msg, ChannelPromise promise);

    /**
     * 请求通过ChannelOutboundInvoker刷新所有等待的消息
     */
    ChannelOutboundInvoker flush();

    /**
     * 简化调用##write(Object, ChannelPromise)和#flush()
     */
    ChannelFuture writeAndFlush(Object msg, ChannelPromise promise);

    /**
     * 简化调用#write(Object)和#flush()
     */
    ChannelFuture writeAndFlush(Object msg);

    /**
     * 返回一个新的ChannelPromise
     */
    ChannelPromise newPromise();

    /**
 
     * 返回一个新的ChannelProgressPromise
     */
    ChannelProgressivePromise newProgressivePromise();

    /**
     * 创建一个新的ChannelFuture并将其标记为已成功。因此ChannelFuture#isSuccess()返回为true。添加到其中的所有FutureListener将直接受到通知。通用每次调用阻塞方法都将返回而不会阻塞
     */
    ChannelFuture newSucceededFuture();

    /**
     * 创建一个新的ChannelFuture并将其标记为已失败。因此ChannelFuture#isSuccess()返回为false。添加到其中的所有FutureListener将直接受到通知。通用每次调用阻塞方法都将返回而不会阻塞
     */
    ChannelFuture newFailedFuture(Throwable cause);

    /**
     * 返回一个特殊的ChannelPromise，可以将其重复用于不同的操作
     */
    ChannelPromise voidPromise();

ChannelPipeline接口主要定义了一些ChannelHandler的一些操作，如下所示：

public interface ChannelPipeline extends ChannelInboundInvoker, ChannelOutboundInvoker, Iterable<Entry<String, ChannelHandler>> {

    ChannelPipeline addFirst(String name, ChannelHandler handler);

    ChannelPipeline addFirst(EventExecutorGroup group, String name, ChannelHandler handler);

    ChannelPipeline addLast(String name, ChannelHandler handler);

    ChannelPipeline addLast(EventExecutorGroup group, String name, ChannelHandler handler);

    ChannelPipeline addBefore(String baseName, String name, ChannelHandler handler);

    ChannelPipeline addBefore(EventExecutorGroup group, String baseName, String name, ChannelHandler handler);

 
    ChannelPipeline addAfter(String baseName, String name, ChannelHandler handler);

    ChannelPipeline addAfter(EventExecutorGroup group, String baseName, String name, ChannelHandler handler);

    ChannelPipeline addFirst(ChannelHandler... handlers);

    ChannelPipeline addFirst(EventExecutorGroup group, ChannelHandler... handlers);

    ChannelPipeline addLast(ChannelHandler... handlers);

    ChannelPipeline addLast(EventExecutorGroup group, ChannelHandler... handlers);

    ChannelPipeline remove(ChannelHandler handler);

    ChannelHandler remove(String name);

    <T extends ChannelHandler> T remove(Class<T> handlerType);

    ChannelHandler removeFirst();

    ChannelHandler removeLast();

    ChannelPipeline replace(ChannelHandler oldHandler, String newName, ChannelHandler newHandler);

    ChannelHandler replace(String oldName, String newName, ChannelHandler newHandler);

    <T extends ChannelHandler> T replace(Class<T> oldHandlerType, String newName,
                                         ChannelHandler newHandler);

    ChannelHandler first();

    ChannelHandlerContext firstContext();
    
    ChannelHandler last();

    ChannelHandlerContext lastContext();

    ChannelHandler get(String name);

    <T extends ChannelHandler> T get(Class<T> handlerType);

    ChannelHandlerContext context(ChannelHandler handler);

    ChannelHandlerContext context(String name);

    ChannelHandlerContext context(Class<? extends ChannelHandler> handlerType);

    Channel channel();

    List<String> names();

    Map<String, ChannelHandler> toMap();
}

ChannelPipeline接口主要定义了一些常用添加ChannelHandler的操作，这里就不过讲解了。

讲完了ChannelPipeline的继承接口之后，我们来看看具体实现DefaultChannelPipeline的实现。

DefaultChannelPipeline的构造方法如下：

protected DefaultChannelPipeline(Channel channel) {
    this.channel = ObjectUtil.checkNotNull(channel, "channel");
    succeededFuture = new SucceededChannelFuture(channel, null);
    voidPromise =  new VoidChannelPromise(channel, true);

    tail = new TailContext(this);
    head = new HeadContext(this);

    head.next = tail;
    tail.prev = head;
}

这里先将Channel进行保存，然后分别实例化了TailContext和HeadContext,因为这2个比较重要，所以来研究下其具体实现，这里先来看看TailContext的类图。

TailContext

由上图可知，TailContext继承了AbstractChannelHandlerContext并且实现了ChannelInboundHandlerHandler接口，所以本质上TailContext既是一个标准的Handler也是一个HandlerContext， 接下来看下其源码：

final class TailContext extends AbstractChannelHandlerContext implements ChannelInboundHandler {
    TailContext(DefaultChannelPipeline pipeline) {
        super(pipeline, null, TAIL_NAME, TailContext.class);
        setAddComplete();
    }
}

这里构造方法中调用了父类AbstractChannelHandlerContext的构造方法，进来看看：

AbstractChannelHandlerContext(DefaultChannelPipeline pipeline, EventExecutor executor, String name, Class<? extends ChannelHandler> handlerClass) {
    this.name = ObjectUtil.checkNotNull(name, "name");
    this.pipeline = pipeline;
    this.executor = executor;
    this.executionMask = mask(handlerClass);
    // Its ordered if its driven by the EventLoop or the given Executor is an instanceof OrderedEventExecutor.
    ordered = executor == null || executor instanceof OrderedEventExecutor;
}

因为这里都是赋值操作，我们来看看#mask()方法是如何计算得出executionMask的。

这里说明一下executionMask是干什么的，早在之前Netty的版本中是用instanceof来判断是inbound事件还是outbound事件，这样判断的结果是比较暴力的，因为我们如果定义了一个inbound处理程序，但是我这个程序只希望处理我想处理的事件，因为使用instanceof判断的方式使我们不得不处理我们不想处理的事件，所以在一定的程度上加大了耦合程度，在新版Netty中采用了位运算来判断，并且粒度更细（方法级别），使得我们不必关系我们不关系的事件，使得Handler更加灵活。

接下来我们看下ChannelHandlerMask类定义的粒度：

static final int MASK_EXCEPTION_CAUGHT = 1;
static final int MASK_CHANNEL_REGISTERED = 1 << 1;
static final int MASK_CHANNEL_UNREGISTERED = 1 << 2;
static final int MASK_CHANNEL_ACTIVE = 1 << 3;
static final int MASK_CHANNEL_INACTIVE = 1 << 4;
static final int MASK_CHANNEL_READ = 1 << 5;
static final int MASK_CHANNEL_READ_COMPLETE = 1 << 6;
static final int MASK_USER_EVENT_TRIGGERED = 1 << 7;
static final int MASK_CHANNEL_WRITABILITY_CHANGED = 1 << 8;
static final int MASK_BIND = 1 << 9;
static final int MASK_CONNECT = 1 << 10;
static final int MASK_DISCONNECT = 1 << 11;
static final int MASK_CLOSE = 1 << 12;
static final int MASK_DEREGISTER = 1 << 13;
static final int MASK_READ = 1 << 14;
static final int MASK_WRITE = 1 << 15;
static final int MASK_FLUSH = 1 << 16;

static final int MASK_ONLY_INBOUND =  MASK_CHANNEL_REGISTERED |
        MASK_CHANNEL_UNREGISTERED | MASK_CHANNEL_ACTIVE | MASK_CHANNEL_INACTIVE | MASK_CHANNEL_READ |
        MASK_CHANNEL_READ_COMPLETE | MASK_USER_EVENT_TRIGGERED | MASK_CHANNEL_WRITABILITY_CHANGED;
private static final int MASK_ALL_INBOUND = MASK_EXCEPTION_CAUGHT | MASK_ONLY_INBOUND;
static final int MASK_ONLY_OUTBOUND =  MASK_BIND | MASK_CONNECT | MASK_DISCONNECT |
        MASK_CLOSE | MASK_DEREGISTER | MASK_READ | MASK_WRITE | MASK_FLUSH;
private static final int MASK_ALL_OUTBOUND = MASK_EXCEPTION_CAUGHT | MASK_ONLY_OUTBOUND;

因为executionMask是通过mask方法计算得出，这里跟进mask方法：

static int mask(Class<? extends ChannelHandler> clazz) {
    // Try to obtain the mask from the cache first. If this fails calculate it and put it in the cache for fast
    // lookup in the future.
    Map<Class<? extends ChannelHandler>, Integer> cache = MASKS.get();
    Integer mask = cache.get(clazz);
    if (mask == null) {
        mask = mask0(clazz);
        cache.put(clazz, mask);
    }
    return mask;
}

mask方法中做了一层缓存处理，这里我们直接跟进mask0()方法是如何计算得出的：

private static int mask0(Class<? extends ChannelHandler> handlerType) {
    int mask = MASK_EXCEPTION_CAUGHT;
    try {
        if (ChannelInboundHandler.class.isAssignableFrom(handlerType)) {
            mask |= MASK_ALL_INBOUND;

            if (isSkippable(handlerType, "channelRegistered", ChannelHandlerContext.class)) {
                mask &= ~MASK_CHANNEL_REGISTERED;
            }
            if (isSkippable(handlerType, "channelUnregistered", ChannelHandlerContext.class)) {
                mask &= ~MASK_CHANNEL_UNREGISTERED;
            }
            if (isSkippable(handlerType, "channelActive", ChannelHandlerContext.class)) {
                mask &= ~MASK_CHANNEL_ACTIVE;
            }
            if (isSkippable(handlerType, "channelInactive", ChannelHandlerContext.class)) {
                mask &= ~MASK_CHANNEL_INACTIVE;
            }
            if (isSkippable(handlerType, "channelRead", ChannelHandlerContext.class, Object.class)) {
                mask &= ~MASK_CHANNEL_READ;
            }
            if (isSkippable(handlerType, "channelReadComplete", ChannelHandlerContext.class)) {
                mask &= ~MASK_CHANNEL_READ_COMPLETE;
            }
            if (isSkippable(handlerType, "channelWritabilityChanged", ChannelHandlerContext.class)) {
                mask &= ~MASK_CHANNEL_WRITABILITY_CHANGED;
            }
            if (isSkippable(handlerType, "userEventTriggered", ChannelHandlerContext.class, Object.class)) {
                mask &= ~MASK_USER_EVENT_TRIGGERED;
            }
        }

        if (ChannelOutboundHandler.class.isAssignableFrom(handlerType)) {
            mask |= MASK_ALL_OUTBOUND;

            if (isSkippable(handlerType, "bind", ChannelHandlerContext.class,
                    SocketAddress.class, ChannelPromise.class)) {
                mask &= ~MASK_BIND;
            }
            if (isSkippable(handlerType, "connect", ChannelHandlerContext.class, SocketAddress.class,
                    SocketAddress.class, ChannelPromise.class)) {
                mask &= ~MASK_CONNECT;
            }
            if (isSkippable(handlerType, "disconnect", ChannelHandlerContext.class, ChannelPromise.class)) {
                mask &= ~MASK_DISCONNECT;
            }
            if (isSkippable(handlerType, "close", ChannelHandlerContext.class, ChannelPromise.class)) {
                mask &= ~MASK_CLOSE;
            }
            if (isSkippable(handlerType, "deregister", ChannelHandlerContext.class, ChannelPromise.class)) {
                mask &= ~MASK_DEREGISTER;
            }
            if (isSkippable(handlerType, "read", ChannelHandlerContext.class)) {
                mask &= ~MASK_READ;
            }
            if (isSkippable(handlerType, "write", ChannelHandlerContext.class,
                    Object.class, ChannelPromise.class)) {
                mask &= ~MASK_WRITE;
            }
            if (isSkippable(handlerType, "flush", ChannelHandlerContext.class)) {
                mask &= ~MASK_FLUSH;
            }
        }

        if (isSkippable(handlerType, "exceptionCaught", ChannelHandlerContext.class, Throwable.class)) {
            mask &= ~MASK_EXCEPTION_CAUGHT;
        }
    } catch (Exception e) {
        // Should never reach here.
        PlatformDependent.throwException(e);
    }

    return mask;
}

我们先来看下isSkippable方法的实现，最后再来说明该方法：

private static boolean isSkippable(final Class<?> handlerType, final String methodName, final Class<?>... paramTypes) throws Exception {
    return AccessController.doPrivileged(new PrivilegedExceptionAction<Boolean>() {
        @Override
        public Boolean run() throws Exception {
            Method m;
            try {
                m = handlerType.getMethod(methodName, paramTypes);
            } catch (NoSuchMethodException e) {
                return false;
            }
            return m != null && m.isAnnotationPresent(Skip.class);
        }
    });
}

该方法用于判断给定的Class对象是否有给定的方法或者是否有对应Skip注解，如果有则返回true,否则返回false。

再回到mask0()方法，该方法中，首先mask=MASK_EXCEPTION_CAUGHT，然后判断给定的Handler是属于ChannelInboundHandler还是ChannelOutboundHandler，进而再判断对应的事件方法，如下整理了其大致结构：

InboundHandler事件：

  • MASK_EXCEPTION_CAUGHT
  • MASK_CHANNEL_REGISTERED
  • MASK_CHANNEL_UNREGISTERED
  • MASK_CHANNEL_ACTIVE
  • MASK_CHANNEL_INACTIVE
  • MASK_CHANNEL_READ
  • MASK_CHANNEL_READ_COMPLETE
  • MASK_CHANNEL_WRITABILITY_CHANGED
  • MASK_USER_EVENT_TRIGGERED

OutboundHandler事件：

  • MASK_EXCEPTION_CAUGHT
  • MASK_BIND
  • MASK_CONNECT
  • MASK_DISCONNECT
  • MASK_CLOSE
  • MASK_DEREGISTER
  • MASK_READ
  • MASK_WRITE
  • MASK_FLUSH

也就是如果给定的Handler类型为inbound则该mask默认处理所有对应的inbound事件，然后通过isSkippable方法来判断该handler是否有处理该事件的方法或者该方法是否有@Skip注解，如果存在该条件则从该mask中移除该事件，表示后面ChannelPipeline通过位运算查找对应事件处理的Handler时，该Handler默认会将其过滤掉，自然也不会触发该事件了。

在TailContext中，因为实现了ChannelInboundHandler,执行结果如下，所以最终计算得出的executionMask为511。

int mask = MASK_EXCEPTION_CAUGHT; // mask = 1
if (ChannelInboundHandler.class.isAssignableFrom(handlerType)) {
    mask |= MASK_ALL_INBOUND; // mask=511
}
//bit
// 1 |= 511
// 0000 0000 0001
//|0001 1111 1111
//---------------
// 0001 1111 1111
//mask = 511

我们再回到TailContext的构造函数中，接下来执行了一个setAddComplete()方法，如下所示：

final boolean setAddComplete() {
    for (;;) {
        int oldState = handlerState;
        if (oldState == REMOVE_COMPLETE) {
            return false;
        }
        // Ensure we never update when the handlerState is REMOVE_COMPLETE already.
        // oldState is usually ADD_PENDING but can also be REMOVE_COMPLETE when an EventExecutor is used that is not
        // exposing ordering guarantees.
        if (HANDLER_STATE_UPDATER.compareAndSet(this, oldState, ADD_COMPLETE)) {
            return true;
        }
    }
}

该方法采用CAS的方式改变Handler状态为已添加完成。

到此为止，TailContext的工作到这里就完成了，接下里我们看看它的兄弟HeadContext。

HeadContext

HeadContext和TailContext的不同之处在于该对象同时实现了ChannelInboundHandler和ChannelOutboundHandler，同时也继承了AbstractHandlerContext，一起来看下类结构图。

HeadContext

接下來看看其代码实现：

final class HeadContext extends AbstractChannelHandlerContext
            implements ChannelOutboundHandler, ChannelInboundHandler {

    private final Unsafe unsafe;

    HeadContext(DefaultChannelPipeline pipeline) {
        super(pipeline, null, HEAD_NAME, HeadContext.class);
        unsafe = pipeline.channel().unsafe();
        setAddComplete();
    }
}

该对象与TailContext大致相同，所以就不具体讲解了，不同之处该对象引用了一个Unsafe的引用。因为HeadContext同时实现了ChannelInboundHandler和ChannelOutboundHandler，所以其executionMask=131071。

我们再回到DefaultChannelPipeline构造函数中，如下：

protected DefaultChannelPipeline(Channel channel) {
    //...
    tail = new TailContext(this);
    head = new HeadContext(this);

    head.next = tail;
    tail.prev = head;
}

在完成了TailContext和HeadContext实例化后，此时tail和head就分别指向了不同的AbstractHandlerContext，最终通过head.next=tail和tail.prev = head进行链表关联，如下所示。

节点关联

ChannelHandler是如何添加的

当我们要添加一个Handler的时候，内部是如何实现的呢，接下来使用addLast方法来分析其实现。

public final ChannelPipeline addLast(EventExecutorGroup group, String name, ChannelHandler handler) {
    final AbstractChannelHandlerContext newCtx;
    synchronized (this) {
        checkMultiplicity(handler);

        newCtx = newContext(group, filterName(name, handler), handler);

        addLast0(newCtx);

        // If the registered is false it means that the channel was not registered on an eventLoop yet.
        // In this case we add the context to the pipeline and add a task that will call
        // ChannelHandler.handlerAdded(...) once the channel is registered.
        if (!registered) {
            newCtx.setAddPending();
            callHandlerCallbackLater(newCtx, true);
            return this;
        }

        EventExecutor executor = newCtx.executor();
        if (!executor.inEventLoop()) {
            callHandlerAddedInEventLoop(newCtx, executor);
            return this;
        }
    }
    callHandlerAdded0(newCtx);
    return this;
}

当我们调用ChannelPipeline添加一个Handler时，我们假设调用的是addLast方法，首先会调用checkMultiplicity方法来检测是否重复添加，如下所示：

private static void checkMultiplicity(ChannelHandler handler) {
    if (handler instanceof ChannelHandlerAdapter) {
        ChannelHandlerAdapter h = (ChannelHandlerAdapter) handler;
        if (!h.isSharable() && h.added) {
            throw new ChannelPipelineException(
                    h.getClass().getName() +
                    " is not a @Sharable handler, so can't be added or removed multiple times.");
        }
        h.added = true;
    }
}

该方法判断Handler是否重复添加，判断条件为Handler的added字段是否为true，或者该Handler是否被标记为@Sharable重复使用，否则直接抛出错误，重复添加Handler，否则该Handler为首次添加，将added字段设置为true，表示已经添加，防止重复添加的判断条件。

判断重复添加工作后，接下来调用了newContext方法实例化了一个AbstractChannelHandlerContext对象，代码如下：

private AbstractChannelHandlerContext newContext(EventExecutorGroup group, String name, ChannelHandler handler) {
    return new DefaultChannelHandlerContext(this, childExecutor(group), name, handler);
}

该方法直接实例化了一个DefaultChannelHandlerContext对象，一起来看看该类的实现：

final class DefaultChannelHandlerContext extends AbstractChannelHandlerContext {
    private final ChannelHandler handler;

    DefaultChannelHandlerContext(DefaultChannelPipeline pipeline, EventExecutor executor, String name, ChannelHandler handler) {
        super(pipeline, executor, name, handler.getClass());
        this.handler = handler;
    }

    @Override
    public ChannelHandler handler() {
        return handler;
    }
}

该对象和TailContext、HeadContext的实现基本上差不多，前文有提，这里就不过多深入讲解了。

执行完newContext()方法后，接下来就执行了addLast0()方法了，如下所示：

private void addLast0(AbstractChannelHandlerContext newCtx) {
    AbstractChannelHandlerContext prev = tail.prev;
    newCtx.prev = prev;
    newCtx.next = tail;
    prev.next = newCtx;
    tail.prev = newCtx;
}

可以看到的是，这是将节点进行链接到对应的链表节点上，执行完的链表结果如下所示：

链表节点

到此为止，一个完整的Handler添加过程就完成了，当然还有一些其它操作过程这里就不细讲了，有兴趣可以自行了解。

总结

通过源码分析，我们可以知道ChannelPipeline就像是一个大管家，管理着多个Handler和HandlerContext的关联，任何入站和出站的事件通过位运算找到对应需要处理的Handler，然后根据规则流经不同的Handler事件处理方法。当一个入站事件触发的时候会从head节点，依次找到合适节点进行处理，出站事件则会从tail节点开始依次找到合适的节点进行处理。

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