020-Netty

作者: 郭艺宾 | 来源:发表于2018-07-03 18:46 被阅读16次

    简单系统的介绍一下Netty。

    Java的输入输出流(IO流)是Java的一块基础知识,Java语言定义了许多类专门负责各种方式的输入或者输出,这些类都被放在java.io包中。其中,所有输入流类都是抽象类InputStream(字节输入流),或者抽象类Reader(字符输入流)的子类;而所有输出流都是抽象类OutputStream(字节输出流)或者Writer(字符输出流)的子类。

    首先需要明白的是:流是干什么的?

    为了永久性的保存数据。

    根据数据流向的不同分为输入流和输出流,

    InputStream(字节输入流)和Reader(字符输入流)通俗的理解都是读(read)的。

    OutputStream(字节输出流)和Writer(字符输出流)通俗的理解都是写(writer)的。

    Java的输入流和输出流,按照输入输出的单元不同,又可以分为字节流和字符流的。

    在高性能的IO体系设计中,有几个名词概念简单解释一下:

    1 什么是同步? 

    2 什么是异步? 

    3 什么是阻塞? 

    4 什么是非阻塞? 

    5 什么是同步阻塞? 

    6 什么是同步非阻塞? 

    7 什么是异步阻塞? 

    8 什么是异步非阻塞?

    1,同步和异步是针对应用程序和内核的交互而言的。 

    2,阻塞和非阻塞是针对于进程在访问数据的时候,根据IO操作的就绪状态来采取的不同方式,说白了是一种读取或者写入操作函数的实现方式,阻塞方式下读取或者写入函数将一直等待,而非阻塞方式下,读取或者写入函数会立即返回一个状态值。 

    由上描述基本可以总结一句简短的话,同步和异步是目的,阻塞和非阻塞是实现方式。

    1 同步 指的是用户进程触发IO操作并等待或者轮询的去查看IO操作是否就绪 自己上街买衣服,自己亲自干这件事,别的事干不了。

    2 异步 异步是指用户进程触发IO操作以后便开始做自己的事情,而当IO操作已经完成的时候会得到IO完成的通知(异步的特点就是通知) 告诉朋友自己合适衣服的尺寸,大小,颜色,让朋友委托去卖,然后自己可以去干别的事。(使用异步IO时,Java将IO读写委托给OS处理,需要将数据缓冲区地址和大小传给OS) 

    3 阻塞 所谓阻塞方式的意思是指, 当试图对该文件描述符进行读写时, 如果当时没有东西可读,或者暂时不可写, 程序就进入等待 状态, 直到有东西可读或者可写为止 去公交站充值,发现这个时候,充值员不在(可能上厕所去了),然后我们就在这里等待,一直等到充值员回来为止。(当然现实社会,可不是这样,但是在计算机里确实如此。) 

    4 非阻塞 非阻塞状态下, 如果没有东西可读, 或者不可写, 读写函数马上返回, 而不会等待, 银行里取款办业务时,领取一张小票,领取完后我们自己可以玩玩手机,或者与别人聊聊天,当轮我们时,银行的喇叭会通知,这时候我们就可以去了。 


    再来理解组合方式的IO类型

    同步阻塞IO(JAVA BIO): 

    同步并阻塞,服务器实现模式为一个连接一个线程,即客户端有连接请求时服务器端就需要启动一个线程进行处理,如果这个连接不做任何事情会造成不必要的线程开销,当然可以通过线程池机制改善。 

    同步非阻塞IO(Java NIO) : 同步非阻塞,服务器实现模式为一个请求一个线程,即客户端发送的连接请求都会注册到多路复用器上,多路复用器轮询到连接有I/O请求时才启动一个线程进行处理。用户进程也需要时不时的询问IO操作是否就绪,这就要求用户进程不停的去询问。 

    异步阻塞IO(Java NIO): 

    此种方式下是指应用发起一个IO操作以后,不等待内核IO操作的完成,等内核完成IO操作以后会通知应用程序,这其实就是同步和异步最关键的区别,同步必须等待或者主动的去询问IO是否完成,那么为什么说是阻塞的呢?因为此时是通过select系统调用来完成的,而select函数本身的实现方式是阻塞的,而采用select函数有个好处就是它可以同时监听多个文件句柄(如果从UNP的角度看,select属于同步操作。因为select之后,进程还需要读写数据),从而提高系统的并发性! 

    (Java AIO(NIO.2))异步非阻塞IO: 

       在此种模式下,用户进程只需要发起一个IO操作然后立即返回,等IO操作真正的完成以后,应用程序会得到IO操作完成的通知,此时用户进程只需要对数据进行处理就好了,不需要进行实际的IO读写操作,因为真正的IO读取或者写入操作已经由内核完成了。 

    简单介绍Netty

    Netty是一个NIO客户端、服务端框架。允许快速简单的开发网络应用程序。例如:服务端和客户端之间的协议。它最牛逼的地方在于简化了网络编程规范。例如:TCP和UDP的Socket服务。

    Netty本身是用于快速构建服务端与客户端之间通信协议的框架。Netty在消息处理上使用责任链模式,用户可以轻松方便的对它进行扩展。官方也提供了大量的优秀的扩展。

    Netty是一个NIO客户端服务器框架,可以快速,轻松地开发网络应用程序,如协议服务器和客户端。 它大大简化和简化了网络编程,如TCP和UDP套接字服务器。

    Netty与WebSocket

    WebSocket协议被设计来取代现有的使用HTTP作为传输层的双向通信技术,服务器根据http header识别是否一个websocket请求,如果是,则将请求升级为一个websocket连接,握手成功后就进入双向长连接的数据传输阶段。

    Netty是基于Java NIO的非阻塞网络框架,Netty是一个NIO client-server(客户端服务器)框架,异步非阻塞是其主要的特性,使用Netty可以快速开发网络应用,例如服务器和客户端协议。

    Netty和Tomcat有什么区别?

    Netty和Tomcat最大的区别就在于通信协议,Tomcat是基于Http协议的,他的实质是一个基于http协议的web容器,但是Netty不一样,他能通过编程自定义各种协议,因为netty能够通过codec自己来编码/解码字节流,完成类似redis访问的功能,这就是netty和tomcat最大的不同。

    有人说netty的性能就一定比tomcat性能高,其实不然,tomcat从6.x开始就支持了nio模式,并且后续还有arp模式——一种通过jni调用apache网络库的模式,相比于旧的bio模式,并发性能得到了很大提高,特别是arp模式,而netty是否比tomcat性能更高,则要取决于netty程序作者的技术实力了。

    概念性的介绍到这里,Netty的系统学习可以参考其它系统的教程或者书籍,在这里介绍springboot整合netty。

    说到WebSocket,具体请参考springboot整合WebSocket的文章(本系列013文章)。

    下面看Netty的实现。本项目帮助你在spring-boot中使用Netty来开发WebSocket服务器,并像spring-websocket的注解开发一样简单。

    首先添加依赖:

    然后new一个ServerEndpointExporter对象,交给Spring容器,表示要开启WebSocket功能,样例如下:

    然后在端点类上加上@ServerEndpoint、@Component注解,并在相应的方法上加上@OnOpen、@OnClose、@OnError、@OnMessage、@OnBinary、OnEvent注解,样例如下:

    打开WebSocket客户端(如果没有用过可以打开在线版,例如http://www.blue-zero.com/WebSocket),连接到ws://127.0.0.1:80:

    可以看到输入地址,点击连接,右侧窗口显示连接已建立,控制台显示新连接:

    简单输入一个内容,可以看到客户端后服务器的交互:

    注解

    @ServerEndpoint

    当ServerEndpointExporter类通过Spring配置进行声明并被使用,它将会去扫描带有@ServerEndpoint注解的类 被注解的类将被注册成为一个WebSocket端点 所有的配置项都在这个注解的属性中 ( 如:@ServerEndpoint("/ws") )

    @OnOpen

    当有新的WebSocket连接进入时,对该方法进行回调 注入参数的类型:Session、HttpHeaders

    @OnClose

    当有WebSocket连接关闭时,对该方法进行回调 注入参数的类型:Session

    @OnError

    当有WebSocket抛出异常时,对该方法进行回调 注入参数的类型:Session、Throwable

    @OnMessage

    当接收到字符串消息时,对该方法进行回调 注入参数的类型:Session、String

    @OnBinary

    当接收到二进制消息时,对该方法进行回调 注入参数的类型:Session、byte[]

    @OnEvent

    当接收到Netty的事件时,对该方法进行回调 注入参数的类型:Session、Object

    配置

    所有的配置项都在这个注解的属性中:

    通过application.properties进行配置

    对注解中的prefix进行设置后,即可在application.properties中进行配置。如下:

    首先在ServerEndpoint注解中设置prefix的值

    接下来即可在application.properties中配置

    application.properties中的key与注解@ServerEndpoint中属性的对应关系如下:


    自定义Favicon

    配置favicon的方式与spring-boot中完全一致。只需将favicon.ico文件放到classpath的根目录下即可。如下:


    自定义错误页面

    配置自定义错误页面的方式与spring-boot中完全一致。你可以添加一个 /public/error 目录,错误页面将会是该目录下的静态页面,错误页面的文件名必须是准确的错误状态或者是一串掩码,如下:


    多端点服务

    在快速启动的基础上,在多个需要成为端点的类上使用@ServerEndpoint、@Component注解即可

    可通过ServerEndpointExporter.getInetSocketAddressSet()获取所有端点的地址

    当地址不同时(即host不同或port不同),使用不同的ServerBootstrap实例

    当地址相同,路径(path)不同时,使用同一个ServerBootstrap实例

    当多个端点服务的port为0时,将使用同一个随机的端口号

    当多个端点的port和path相同时,host不能设为"0.0.0.0",因为"0.0.0.0"意味着绑定所有的host

    参考文档:https://github.com/YeautyYE/netty-websocket-spring-boot-starter/blob/master/README_zh.md

    代码地址: https://gitee.com/blueses/spring-boot-demo

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