前言
Netty是一个异步事件驱动的网络应用程序框架，用于快速开发可维护的高性能协议服务器和客户端。
Netty4的官方网站是：http://netty.io/
Netty 是一个广泛使用的 Java 网络编程框架（Netty 在 2011 年获得了Duke's Choice Award，见https://www.java.net/dukeschoice/2011）。它活跃和成长于用户社区，像大型公司 Facebook 和 Instagram 以及流行 开源项目如 Infinispan, HornetQ, Vert.x, Apache Cassandra 和 Elasticsearch 等，都利用其强大的对于网络抽象的核心代码。
- 设计
- 针对多种传输类型的统一接口 - 阻塞和非阻塞
- 简单但更强大的线程模型
- 真正的无连接的数据报套接字支持
- 链接逻辑支持复用
- 易用性
- 完善的Javadoc
- 全面的代码示例
- 性能
- 比核心的 Java API 更好的吞吐量，较低的延时
- 资源消耗更少，这个得益于共享池和重用
- 减少内存拷贝
- 健壮性
- 消除由于慢、快、或重载连接产生的OutOfMemoryError
- 消除经常发现在 NIO 在高速网络中的应用中的不公平读/写比
- 安全
- 完整的 SSL/ TLS 和 StartTLS 的支持
- 运行在受限的环境例如 Applet 或 OSGI
- 社区
- 社区完善、更新/发布频繁
背景1 - Reactor模型
wiki:
The reactor design pattern is an event handling pattern for handling service requests delivered concurrently to a service handler by one or more inputs. The service handler then demultiplexes the incoming requests and dispatches them synchronously to the associated request handlers.
几个关键点:
- 事件驱动(event handling)
- 可以处理一个或多个输入源(one or more inputs)
- 通过Service Handler同步的将输入事件(Event)采用多路复用分发给相应的Request Handler(多个)处理
更多参考: https://my.oschina.net/u/1859679/blog/1844109
背景2 - Java网络编程(BIO)
经典的BIO服务端:
- 一个主线程监听某个port，等待客户端连接
- 当接收到客户端发起的连接时，创建一个新的线程去处理客户端请求
- 主线程重新回到监听port，等待下一个客户端连接
缺点:
- 每个新的客户端Socket连接，都需要创建一个Thread处理，将会创建大量的线程
- 线程开销较大，连接多时，内存耗费大，CPU上下文切换开销也大
背景3 - Java NIO
Java NIO 由以下几个核心部分组成：
- Channels
- Buffers
- Selectors
传统IO基于字节流和字符流进行操作，而NIO基于Channel和Buffer(缓冲区)进行操作，数据总是从通道读取到缓冲区中，或者从缓冲区写入到通道中。Selector(选择区)用于监听多个通道的事件（比如：连接打开，数据到达）。因此，单个线程可以监听多个数据通道。
NIO和传统IO（一下简称IO）之间第一个最大的区别是，IO是面向流的，NIO是面向缓冲区的。
Netty的重要组件
下面枚举所有的Netty应用程序的基本构建模块，包括客户端和服务端。
BOOTSTRAP
Netty 应用程序通过设置bootstrap(引导)类的开始，该类提供了一个用于应用程序网络配置的容器。Netty有两种类型的引导: 客户端(Bootstrap)和服务端(ServerBootstrap)
CHANNEL
底层网络传输API必须提供给应用I/O操作的接口，传入(入站)或者传出(出站)数据的载体，如读，写，连接，绑定等等。对于我们来说，这结构几乎总是会成为一个"socket"。
CHANNELHANDLER
ChannelHandler 支持很多协议，并且提供用于数据处理的容器。我们已经知道ChannelHandler由特定事件触发。ChannelHandler可专用于几乎所有的动作，包括一个对象转为字节，执行过程中抛出的异常处理。
常用的一个接口是 ChannelInboundHandler，这个类型接收到入站事件(包括接收到的数据)可以处理应用程序逻辑。
当你需要提供相应时，你也可以从ChannelInboundHandler冲刷数据。一句话，业务逻辑经常存活于一个或者多个ChannelInboundHandler。
CHANNELPIPELINE
ChannelPipline提供了一个容器给 ChannelHandler链并提供了一个API用于管理沿着链入站和出站事件的流动。每个Channel都有自己的ChannelPipeline，当Channel创建时自动创建的。
EVENTLOOP
EventLoop 用于处理 Channel 的 I/O 操作，控制流、多线程和并发。一个单一的 EventLoop通常会处理多个 Channel 事件。一个 EventLoopGroup 可以含有多于一个的 EventLoop 和 提供了一种迭代用于检索清单中的下一个。
CHANNELFUTURE
Netty 所有的 I/O 操作都是异步。因为一个操作可能无法立即返回，我们需要有一种方法在以后确定它的结果。
出于这个目的，Netty 提供了接口 ChannelFuture，它的 addListener 方法注册了一个 ChannelFutureListener ，当操作完成时，可以被异步通知（不管成功与否）。
以上组件的关系:
[站外图片上传中...(image-67dbed-1563459279939)]
几点重要的约定:
- 一个EventLoopGroup包含一个或多个EventLoop
- 一个EventLoop在其生命周期内只能和一个Thread绑定
- EventLoop处理的I/O事件都由它绑定的Thread处理
- 一个Channel在其生命周期内，只能注册于一个EventLoop
- 一个EventLoop可能被分配处理多个Channel。也就是EventLoop与Channel是1:n的关系
- 一个Channel上的所有ChannelHandler的事件由绑定的EventLoop中的I/O线程处理
- 不要阻塞Channel的I/O线程，可能会影响该EventLoop中其他Channel事件处理
第一个 Netty 应用: Echo client / server
本应用的源码请见 netty仓库中的example目录。
接下来，我们来构建一个完整的Netty客户端和服务器，更完整地了解Netty的API是如何实现客户端和服务器的。
先来看看 Netty 应用 - Echo client/server 总览:
[站外图片上传中...(image-5996c5-1563459279939)]
echo应用的客服端和服务器的交互很简单: 客户端启动后，建立一个连接并发送一个或多个消息到服务端，服务端接受到的每个消息再返回给客户端。
服务端代码
- 一个信息处理器(handler): 这个实现是服务端的业务逻辑部分，当连接创建后和接收信息后的处理类。
- 服务器: 主要通过
ServerBootstrap设置服务器的监听端口等启动部分。
EchoServerHandler
通过继承ChannelInboundHandlerAdapter，这个类提供了默认的ChannelInboundHandler实现，只需覆盖以下的方法:
- channelRead() - 每个消息入站都会调用
- channelReadComplete() - 通知处理器最后的channelRead()是当前批处理中的最后一条消息时调用
- exceptionCaught() - 捕获到异常时调用
@ChannelHandler.Sharable // 标识这类的实例之间可以在 channel 里面共享
public class EchoServerHandler extends ChannelInboundHandlerAdapter {
@Override
public void channelRead(ChannelHandlerContext ctx, Object msg) throws Exception {
ByteBuf in = (ByteBuf) msg;
System.out.println("Server received: " + in.toString(CharsetUtil.UTF_8));
ctx.write(in); // 将所接收的消息返回给发送者
}
@Override
public void channelReadComplete(ChannelHandlerContext ctx) throws Exception {
ctx.writeAndFlush(Unpooled.EMPTY_BUFFER) // 冲刷所有待审消息到远程节点。关闭通道后，操作完成
.addListener(ChannelFutureListener.CLOSE);
}
@Override
public void exceptionCaught(ChannelHandlerContext ctx, Throwable cause) throws Exception {
cause.printStackTrace();
ctx.close();
}
}
EchoServer
创建ServerBootstrap实例来引导服务器，本服务端分配了一个NioEventLoopGroup实例来处理事件的处理，如接受新的连接和读/写数据，然后绑定本地端口，分配EchoServerHandler实例给Channel，这样服务器初始化完成，可以使用了。
public class EchoServer {
private final int port;
public EchoServer(int port) {
this.port = port;
}
public void start() throws Exception {
NioEventLoopGroup group = new NioEventLoopGroup(); // 创建 EventLoopGroup
try {
ServerBootstrap bootstrap = new ServerBootstrap(); // 创建 ServerBootstrap
bootstrap.group(group)
.channel(NioServerSocketChannel.class) // 指定使用 NIO 的传输 Channel
.localAddress(new InetSocketAddress(port)) // 设置 socket 地址使用所选的端口
.childHandler(new ChannelInitializer<SocketChannel>() { // 添加 EchoServerHandler 到 Channel 的 ChannelPipeline
@Override
protected void initChannel(SocketChannel socketChannel) throws Exception {
socketChannel.pipeline().addLast(new EchoServerHandler());
}
});
ChannelFuture future = bootstrap.bind().sync(); // 绑定的服务器;sync 等待服务器关闭
System.out.println(EchoServer.class.getName() + " started and listen on " + future.channel().localAddress());
future.channel().closeFuture().sync(); // 关闭 channel 和 块，直到它被关闭
} finally {
group.shutdownGracefully().sync(); // 关闭 EventLoopGroup，释放所有资源。
}
}
public static void main(String[] args) throws Exception {
int port = 4567;
if (args.length == 1) {
port = Integer.parseInt(args[0]);
}
new EchoServer(port).start(); // 设计端口、启动服务器
}
}
客户端代码
客户端要做的是:
- 连接服务器
- 发送消息
- 等待和接受服务器返回的消息
- 关闭连接
EchoClientHandler
继承SimpleChannelInboundHandler来处理所有的事情，只需覆盖三个方法:
- channelActive() - 服务器的连接被建立后调用
- channelRead0() - 从服务器端接受到消息调用
- exceptionCaught() - 捕获异常处理调用
@ChannelHandler.Sharable // @Sharable 标记这个类的实例可以在channel里共享
public class EchoClientHandler extends SimpleChannelInboundHandler<ByteBuf> {
@Override
public void channelActive(ChannelHandlerContext ctx) throws Exception {
ctx.writeAndFlush(Unpooled.copiedBuffer("Netty rocks!", CharsetUtil.UTF_8)); // 当被通知该 channel 是活动的时候就发送信息
}
@Override
protected void channelRead0(ChannelHandlerContext channelHandlerContext, ByteBuf byteBuf) throws Exception {
System.out.println("Client received: " + byteBuf.toString(CharsetUtil.UTF_8)); // 记录接收到的消息
}
@Override
public void exceptionCaught(ChannelHandlerContext ctx, Throwable cause) throws Exception {
// 记录日志错误并关闭 channel
cause.printStackTrace();
ctx.close();
}
}
EchoClient
通过Bootstrap引导创建客户端，另外需要 host 、port 两个参数连接服务器。
public class EchoClient {
private final String host;
private final int port;
public EchoClient(String host, int port) {
this.host = host;
this.port = port;
}
public void start() throws Exception {
EventLoopGroup group = new NioEventLoopGroup();
try {
Bootstrap bootstrap = new Bootstrap(); // 创建 Bootstrap
bootstrap.group(group) // 指定EventLoopGroup来处理客户端事件。由于我们使用NIO传输，所以用到了 NioEventLoopGroup 的实现
.channel(NioSocketChannel.class) // 使用的channel类型是一个用于NIO传输
.remoteAddress(new InetSocketAddress(host, port)) // 设置服务器的InetSocketAddr
.handler(new ChannelInitializer<SocketChannel>() { // 当建立一个连接和一个新的通道时。创建添加到EchoClientHandler实例到 channel pipeline
@Override
protected void initChannel(SocketChannel socketChannel) throws Exception {
socketChannel.pipeline().addLast(new EchoClientHandler());
}
});
ChannelFuture future = bootstrap.connect().sync(); // 连接到远程；等待连接完成
future.channel().closeFuture().sync(); // 阻塞到远程; 等待连接完成
} finally {
group.shutdownGracefully().sync(); // 关闭线程池和释放所有资源
}
}
public static void main(String[] args) throws Exception {
final String host = "127.0.0.1";
final int port = 4567;
new EchoClient(host, port).start();
}
}
编译和运行 Echo
首先编译、运行服务端，会看到以下log:
me.icro.samples.echo.server.EchoServer started and listen on /0:0:0:0:0:0:0:0:4567
下一步是编译、运行客服端后，服务端会先接收到信息:
Server received: Netty rocks!
然后客户端收到反馈:
Client received: Netty rocks!
总结
以上，构建并运行你的第一 个Netty 的客户端和服务器。虽然这是一个简单的应用程序，它可以扩展到几千个并发连接。
我们可以在Netty的Github仓库看到的更多 Netty 如何简化可扩展和多线程的例子。
下一步的深入学习，网上教程很多，大伙可以参考:
(完)
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