前言

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絮叨

为了学习Netty，我们前面铺垫了那么多，NIO Java的零拷贝，UNIX的I/O模型等等。下面是前面系列的链接

今天我们就来看看Netty 然后用Netty搞个最简单的例子

Netty官网

官网

Netty官网说明

Netty 是由 JBOSS 提供的一个 Java 开源框架。Netty 提供异步的、基于事件驱动的网络应用程序框架，用以快速开发高性能、高可靠性的网络 IO 程序
Netty 可以帮助你快速、简单的开发出一个网络应用，相当于简化和流程化了 NIO 的开发过程
Netty 是目前最流行的 NIO 框架，Netty 在互联网领域、大数据分布式计算领域、游戏行业、通信行业等获得了广泛的应用，知名的 Elasticsearch 、Dubbo 框架内部都采用了 Netty。

Netty的优点

Netty 对 JDK 自带的 NIO 的 API 进行了封装，解决了上述问题。

设计优雅：适用于各种传输类型的统一 API 阻塞和非阻塞 Socket；基于灵活且可扩展的事件模型，可以清晰地分离关注点；高度可定制的线程模型 - 单线程，一个或多个线程池.
使用方便：详细记录的 Javadoc，用户指南和示例；没有其他依赖项，JDK 5（Netty 3.x）或 6（Netty 4.x）就足够了。高性能、吞吐量更高：延迟更低；减少资源消耗；最小化不必要的内存复制。
安全：完整的 SSL/TLS 和 StartTLS 支持。社区活跃、不断更新：社区活跃，版本迭代周期短，发现的 Bug 可以被及时修复，同时，更多的新功能会被加入

Reactor 模式

针对传统阻塞 I/O 服务模型的 2 个缺点，解决方案：

基于 I/O 复用模型：多个连接共用一个阻塞对象，应用程序只需要在一个阻塞对象等待，无需阻塞等待所有连接。当某个连接有新的数据可以处理时，操作系统通知应用程序，线程从阻塞状态返回，开始进行业务处理Reactor 对应的叫法: 1. 反应器模式 2. 分发者模式(Dispatcher) 3. 通知者模式(notifier)
基于线程池复用线程资源：不必再为每个连接创建线程，将连接完成后的业务处理任务分配给线程进行处理，一个线程可以处理多个连接的业务。

I/O 复用结合线程池，就是 Reactor 模式基本设计思想，如图：

Reactor 模式，通过一个或多个输入同时传递给服务处理器的模式(基于事件驱动)
服务器端程序处理传入的多个请求,并将它们同步分派到相应的处理线程，因此Reactor模式也叫 Dispatcher模式
Reactor 模式使用IO复用监听事件, 收到事件后，分发给某个线程(进程), 这点就是网络服务器高并发处理关键

Reactor 三种模式

单 Reactor 单线程，前台接待员和服务员是同一个人，全程为顾客服
单 Reactor 多线程，1 个前台接待员，多个服务员，接待员只负责接待
主从 Reactor 多线程，多个前台接待员，多个服务生

Netty模型

工作原理示意图

Netty抽象出两组线程池 BossGroup 专门负责接收客户端的连接, WorkerGroup 专门负责网络的读写 BossGroup 和 WorkerGroup 类型都是 NioEventLoopGroup
NioEventLoopGroup 相当于一个事件循环组, 这个组中含有多个事件循环，每一个事件循环是 NioEventLoop
NioEventLoop 表示一个不断循环的执行处理任务的线程，每个NioEventLoop 都有一个selector , 用于监听绑定在其上的socket的网络通讯
NioEventLoopGroup 可以有多个线程, 即可以含有多个NioEventLoop
每个Boss NioEventLoop 循环执行的步骤有3步
- 轮询accept 事件
- 处理accept 事件 , 与client建立连接 , 生成NioScocketChannel , 并将其注册到某个worker NIOEventLoop 上的 selector
- 处理任务队列的任务，即 runAllTasks
每个 Worker NIOEventLoop 循环执行的步骤
- 轮询read, write 事件
- 处理i/o事件，即read , write 事件，在对应NioScocketChannel 处理
- 处理任务队列的任务，即 runAllTasks
每个Worker NIOEventLoop 处理业务时，会使用pipeline(管道), pipeline 中包含了 channel , 即通过pipeline 可以获取到对应通道, 管道中维护了很多的处理器

Netty快速入门实例-TCP服务

NettyServer


package com.xiaoliuliu.netty.simple;

import io.netty.bootstrap.ServerBootstrap;
import io.netty.channel.ChannelFuture;
import io.netty.channel.ChannelFutureListener;
import io.netty.channel.ChannelInitializer;
import io.netty.channel.ChannelOption;
import io.netty.channel.nio.NioEventLoopGroup;
import io.netty.channel.socket.SocketChannel;
import io.netty.channel.socket.nio.NioServerSocketChannel;

/**
 * @author 小六六
 * @version 1.0
 * @date 2020/8/16 17:41
 */
public class NettyServer {

    public static void main(String[] args) {

            //创建BossGroup 和 WorkerGroup
            //说明
            //1. 创建两个线程组 bossGroup 和 workerGroup
            //2. bossGroup 只是处理连接请求 , 真正的和客户端业务处理，会交给 workerGroup完成
            //3. 两个都是无限循环
            //4. bossGroup 和 workerGroup 含有的子线程(NioEventLoop)的个数
            //   默认实际 cpu核数 * 2


            NioEventLoopGroup bossGroup = new NioEventLoopGroup(1);

            NioEventLoopGroup workerGroup = new NioEventLoopGroup(8);

        try {
            //创建服务器端的启动对象，配置参数
            ServerBootstrap bootstrap = new ServerBootstrap();

            bootstrap.group(bossGroup, workerGroup)//设置两个线程组
                    .channel(NioServerSocketChannel.class) //使用NioSocketChannel 作为服务器的通道实现
                    .option(ChannelOption.SO_BACKLOG,128) //设置保持活动连接状态
            //        .handler(null) // 该 handler对应 bossGroup , childHandler 对应 workerGroup
                    .childHandler(new ChannelInitializer<SocketChannel>() {//创建一个通道初始化对象(匿名对象)
                        @Override
                        protected void initChannel(SocketChannel ch) throws Exception {
                            System.out.println("客户socketchannel hashcode=" + ch.hashCode()); //可以使用一个集合管理 SocketChannel， 再推送消息时，可以将业务加入到各个channel 对应的 NIOEventLoop 的 taskQueue 或者 scheduleTaskQueue
                            ch.pipeline().addLast(new NettyServerHandler());
                        }
                    });


            System.out.println(".....服务器 is ready...");


            //绑定一个端口并且同步, 生成了一个 ChannelFuture 对象
            //启动服务器(并绑定端口)
            //基于异步操作
            ChannelFuture cf = bootstrap.bind(6666).sync();


            //给cf 注册监听器，监控我们关心的事件
            cf.addListener(new ChannelFutureListener() {
                @Override
                public void operationComplete(ChannelFuture future) throws Exception {
                    if (cf.isSuccess()) {
                        System.out.println("监听端口 6666 成功");
                    } else {
                        System.out.println("监听端口 6666 失败");
                    }
                }
            });

        //对关闭通道进行监听
            cf.channel().closeFuture().sync();

        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }finally {

            bossGroup.shutdownGracefully();
            workerGroup.shutdownGracefully();
        }

    }
}

NettyServerHandler

package com.xiaoliuliu.netty.simple;

import io.netty.buffer.ByteBuf;
import io.netty.buffer.Unpooled;
import io.netty.channel.Channel;
import io.netty.channel.ChannelHandlerContext;
import io.netty.channel.ChannelInboundHandlerAdapter;
import io.netty.channel.ChannelPipeline;
import io.netty.util.CharsetUtil;

/**
 * @author 小六六
 * @version 1.0
 * @date 2020/8/16 18:04
 *
 *
 * 说明
 * 1. 我们自定义一个Handler 需要继续netty 规定好的某个HandlerAdapter(规范)
 * 2. 这时我们自定义一个Handler , 才能称为一个handler
 *
 */
public class NettyServerHandler extends ChannelInboundHandlerAdapter {


    //读取数据实际(这里我们可以读取客户端发送的消息)
    /*
    1. ChannelHandlerContext ctx:上下文对象, 含有 管道pipeline , 通道channel, 地址
    2. Object msg: 就是客户端发送的数据 默认Object
     */
    @Override
    public void channelRead(ChannelHandlerContext ctx, Object msg) throws Exception {

        /*

        //比如这里我们有一个非常耗时长的业务-> 异步执行 -> 提交该channel 对应的
        //NIOEventLoop 的 taskQueue中,

        //解决方案1 用户程序自定义的普通任务

        ctx.channel().eventLoop().execute(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {

                try {
                    Thread.sleep(5 * 1000);
                    ctx.writeAndFlush(Unpooled.copiedBuffer("hello, 客户端~(>^ω^<)喵2", CharsetUtil.UTF_8));
                    System.out.println("channel code=" + ctx.channel().hashCode());
                } catch (Exception ex) {
                    System.out.println("发生异常" + ex.getMessage());
                }
            }
        });

        ctx.channel().eventLoop().execute(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {

                try {
                    Thread.sleep(5 * 1000);
                    ctx.writeAndFlush(Unpooled.copiedBuffer("hello, 客户端~(>^ω^<)喵3", CharsetUtil.UTF_8));
                    System.out.println("channel code=" + ctx.channel().hashCode());
                } catch (Exception ex) {
                    System.out.println("发生异常" + ex.getMessage());
                }
            }
        });

        //解决方案2 : 用户自定义定时任务 -》 该任务是提交到 scheduleTaskQueue中

        ctx.channel().eventLoop().schedule(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {

                try {
                    Thread.sleep(5 * 1000);
                    ctx.writeAndFlush(Unpooled.copiedBuffer("hello, 客户端~(>^ω^<)喵4", CharsetUtil.UTF_8));
                    System.out.println("channel code=" + ctx.channel().hashCode());
                } catch (Exception ex) {
                    System.out.println("发生异常" + ex.getMessage());
                }
            }
        }, 5, TimeUnit.SECONDS);



        System.out.println("go on ...");*/
        System.out.println("服务器读取线程 " + Thread.currentThread().getName() + " channle =" + ctx.channel());
        System.out.println("server ctx =" + ctx);
        System.out.println("看看channel 和 pipeline的关系");

        Channel channel = ctx.channel();
        ChannelPipeline pipeline = channel.pipeline(); //本质是一个双向链接, 出站入站

        ByteBuf byteBuf=(ByteBuf)msg;

        System.out.println("客户端发送的数据是"+byteBuf.toString(CharsetUtil.UTF_8));

        System.out.println("客户端地址:" + channel.remoteAddress());
    }


    //数据读取完毕
    @Override
    public void channelReadComplete(ChannelHandlerContext ctx) throws Exception {
        //writeAndFlush 是 write + flush
        //将数据写入到缓存，并刷新
        //一般讲，我们对这个发送的数据进行编码
        ctx.writeAndFlush(Unpooled.copiedBuffer("hello, 客户端~(>^ω^<)喵1", CharsetUtil.UTF_8));
    }

    //处理异常，关闭通道
    @Override
    public void exceptionCaught(ChannelHandlerContext ctx, Throwable cause) throws Exception {
        ctx.close();
    }
}

NettyClient

package com.xiaoliuliu.netty.simple;

import io.netty.bootstrap.Bootstrap;
import io.netty.channel.ChannelFuture;
import io.netty.channel.ChannelInitializer;
import io.netty.channel.EventLoopGroup;
import io.netty.channel.nio.NioEventLoopGroup;
import io.netty.channel.socket.SocketChannel;
import io.netty.channel.socket.nio.NioSocketChannel;

/**
 * @author 小六六
 * @version 1.0
 * @date 2020/8/16 18:13
 */
public class NettyClient {

    public static void main(String[] args) {
        //客户端需要一个事件循环组
        EventLoopGroup group = new NioEventLoopGroup();

        try {

            //创建客户端启动对象
            //注意客户端使用的不是 ServerBootstrap 而是 Bootstrap
            Bootstrap bootstrap = new Bootstrap();
            bootstrap.group(group)//设置线程组
                    .channel(NioSocketChannel.class)// 设置客户端通道的实现类(反射)
                    .handler(new ChannelInitializer<SocketChannel>() {
                        @Override
                        protected void initChannel(SocketChannel ch) throws Exception {
                           ch.pipeline().addLast(new NettyClientHandler());
                        }
                    });

            System.out.println("客户端 ok..");

            //启动客户端去连接服务器端
            //关于 ChannelFuture 要分析，涉及到netty的异步模型
            ChannelFuture channelFuture = bootstrap.connect("127.0.0.1", 6666).sync();

            //给关闭通道进行监听
            channelFuture.channel().closeFuture().sync();
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }finally {
            group.shutdownGracefully();
        }


    }
}

NettyClientHandler


package com.xiaoliuliu.netty.simple;

import io.netty.buffer.ByteBuf;
import io.netty.buffer.Unpooled;
import io.netty.channel.ChannelHandlerContext;
import io.netty.channel.ChannelInboundHandlerAdapter;
import io.netty.util.CharsetUtil;

/**
 * @author 小六六
 * @version 1.0
 * @date 2020/8/16 18:23
 */
public class NettyClientHandler extends ChannelInboundHandlerAdapter {

    //当通道就绪就会触发该方法
    @Override
    public void channelActive(ChannelHandlerContext ctx) throws Exception {
        System.out.println("client " + ctx);
        ctx.writeAndFlush(Unpooled.copiedBuffer("hello, 小六六: (>^ω^<)喵", CharsetUtil.UTF_8));
    }

    //当通道有读取事件时，会触发
    @Override
    public void channelRead(ChannelHandlerContext ctx, Object msg) throws Exception {
        ByteBuf buf = (ByteBuf) msg;
        System.out.println("服务器回复的消息:" + buf.toString(CharsetUtil.UTF_8));
        System.out.println("服务器的地址： "+ ctx.channel().remoteAddress());
    }


    @Override
    public void exceptionCaught(ChannelHandlerContext ctx, Throwable cause) throws Exception {
        cause.printStackTrace();
        ctx.close();
    }
}

结果

结尾

总结一下

Netty 抽象出两组线程池，BossGroup 专门负责接收客户端连接，WorkerGroup 专门负责网络读写操作。
NioEventLoop 表示一个不断循环执行处理任务的线程，每个 NioEventLoop 都有一个 selector，用于监听绑定在其上的 socket 网络通道。
NioEventLoop 内部采用串行化设计，从消息的读取->解码->处理->编码->发送，始终由 IO 线程 NioEventLoop 负责
NioEventLoopGroup 下包含多个 NioEventLoop
每个 NioEventLoop 中包含有一个 Selector，一个 taskQueue
每个 NioEventLoop 的 Selector 上可以注册监听多个 NioChannel
每个 NioChannel 只会绑定在唯一的 NioEventLoop 上
每个 NioChannel 都绑定有一个自己的 ChannelPipeline

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