深入理解Netty及核心组件使用

深入理解Netty及核心组件使用—上

Netty的优势

为什么Netty使用NIO而不是AIO？

Netty基本组件

Bootstrap、EventLoop(Group) 、Channel

事件和 ChannelHandler、ChannelPipeline

ChannelFuture

Netty入门程序

服务端代码

客户端代码

运行结果

Netty的优势

1. API 使用简单，开发门槛低。

2. 功能强大，预置了多种编解码功能，支持多种主流协议。

3. 定制能力强，可以通过 ChannelHandler 对通信框架进行灵活地扩展。

4. 性能高，通过与其他业界主流的 NIO 框架对比，Netty 的综合性能最优。

5. 成熟、稳定，Netty 修复了已经发现的所有 JDK NIO BUG，业务开发人员不需要再为 NIO 的 BUG 而烦恼。

6. 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加入。

7. 经历了大规模的商业应用考验，质量得到验证。

为什么Netty使用NIO而不是AIO？

Netty 不看重 Windows 上的使用，在 Linux 系统上，AIO 的底层实现仍使用 EPOLL，没有很好实现 AIO，因此在性能上没有明显的优势，而且被 JDK 封装了一层不容易深度优化。

AIO 有个缺点是接收数据需要预先分配缓存，而不是 NIO 那种需要接收时才需要分配缓存，所以对连接数量非常大但流量小的情况,内存浪费很多。而且 Linux 上 AIO 不够成熟，处理回调结果速度跟不上处理需求。

Netty基本组件

Bootstrap、EventLoop(Group)、Channel

Bootstrap 是 Netty 框架的启动类和主入口类，分为客户端类Bootstrap和服务器类ServerBootstrap两种。

Channel 是 Java NIO 的一个基本构造。它代表一个到实体（如一个硬件设备、一个文件、一个网络套接字或者一个能够执行一个或者多个不同的 I/O 操作的程序组件）的开放连接，如读操作和写操作，目前，可以把 Channel 看作是传入（入站）或者传出（出站）数据的载体。因此，它可以被打开或者被关闭，连接或者断开连接。

EventLoop 可以看成一个线程、EventLoopGroup 自然就可以看成线程组。

事件和 ChannelHandler、ChannelPipeline

Netty 使用不同的事件来通知我们状态的改变或者是操作的状态。这使得我们能够基于已经发生的事件来触发适当的动作。 Netty 事件是按照它们与入站或出站数据流的相关性进行分类的。

入站数据或者相关的状态更改而触发的事件包括：

连接已被激活或者连接失活、数据读取、用户事件、错误事件。

出站事件是未来将会触发的某个动作的操作结果包括：

打开或者关闭到远程节点的连接、将数据写到或者冲刷到套接字。

每个事件都可以被分发给 ChannelHandler 类中的某个用户实现的方法，既然事件分为入站和出站，用来处理事件的 ChannelHandler 也被分为可以处理入站事件的 Handler 和出站事件的 Handler，当然有些 Handler 既可以处理入站也可以处理出站。

Netty提供了大量预定义的可以开箱即用的ChannelHandler实现，包括用于各种协议（如 HTTP 和 SSL/TLS）的ChannelHandler。

基于 Netty 的网络应用程序中根据业务需求会使用 Netty 已经提供的 ChannelHandler 或者自行开发 ChannelHandler，这些 ChannelHandler 都放在 ChannelPipeline 中统一管理，事件就会在 ChannelPipeline 中流动，并被其中一个或者多个 ChannelHandler 处理。

ChannelFuture

Netty 中所有的 I/O 操作都是异步的，“异步的意思就是不需要主动等待结果的返回，而是通过其他手段比如，状态通知，回调函数等”，那就是说至少我们需要一种获得异步执行结果的手段。

JDK 预置了 interface java.util.concurrent.Future，Future 提供了一种在操作完成时通知应用程序的方式。这个对象可以看作是一个异步操作的结果的占位符，它将在未来的某个时刻完成，并提供对其结果的访问。但是其所提供的实现，只允许手动检查对应的操作是否已经完成，或者一直阻塞直到它完成。这是非常繁琐的，所以 Netty 提供了它自己的实现 ChannelFuture，用于在执行异步操作的时候使用。

一般来说，每个 Netty 的出站 I/O 操作都将返回一个 ChannelFuture。

Netty入门程序

服务端代码

public class EchoServer  {
    private static final Logger LOG = LoggerFactory.getLogger(EchoServer.class);

    private final int port;

    public EchoServer(int port) {
        this.port = port;
    }

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        int port = 9999;
        EchoServer echoServer = new EchoServer(port);
        LOG.info("服务器即将启动");
        echoServer.start();
        LOG.info("服务器关闭");
    }

    public void start() throws InterruptedException {
        /*线程组*/
        EventLoopGroup group  = new NioEventLoopGroup();
        try {
            /*服务端启动必备*/
            ServerBootstrap b = new ServerBootstrap();
            b.group(group)
                    .channel(NioServerSocketChannel.class)
                    .localAddress(new InetSocketAddress(port))
                    .childHandler(new ChannelInitializer<SocketChannel>() {
                        @Override
                        protected void initChannel(SocketChannel ch) throws Exception {
                            ch.pipeline().addLast(new EchoServerHandler());
                        }
                    });

            /*异步绑定到服务器，sync()会阻塞到完成*/
            ChannelFuture f = b.bind().sync();
            LOG.info("服务器启动完成。");
            /*阻塞当前线程，直到服务器的ServerChannel被关闭*/
            f.channel().closeFuture().sync();
        } finally {
            group.shutdownGracefully().sync();
        }
    }

}

ChannelHandler如下：

public class EchoServerHandler extends ChannelInboundHandlerAdapter {

    @Override
    public void channelRead(ChannelHandlerContext ctx, Object msg) throws Exception {
        ByteBuf in = (ByteBuf)msg;
        System.out.println("server accept :" + in.toString(CharsetUtil.UTF_8));
        ctx.writeAndFlush(in);
    }

    @Override
    public void channelActive(ChannelHandlerContext ctx) throws Exception {
        System.out.println("连接已建立");
        super.channelActive(ctx);
    }

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

客户端代码

public class EchoClient {

    private final int port;
    private final String host;

    public EchoClient(int port, String host) {
        this.port = port;
        this.host = host;
    }

    public void start() throws InterruptedException {

        /*线程组*/
        EventLoopGroup group  = new NioEventLoopGroup();
        try {
            /*客户端启动必备，和服务器的不同点*/
            Bootstrap b = new Bootstrap();
            b.group(group)
                    .channel(NioSocketChannel.class)/*指定使用NIO的通信模式*/
                    /*指定服务器的IP地址和端口，和服务器的不同点*/
                    .remoteAddress(new InetSocketAddress(host,port))
                    /*和服务器的不同点*/
                    .handler(new ChannelInitializer<SocketChannel>() {
                        @Override
                        protected void initChannel(SocketChannel ch) throws Exception {
                            ch.pipeline().addLast(new EchoClientHandler());

                        }
                    });
            /*异步连接到服务器，sync()会阻塞到完成，和服务器的不同点*/
            ChannelFuture f = b.connect().sync();
            f.channel().closeFuture().sync();/*阻塞当前线程，直到客户端的Channel被关闭*/
        } finally {
            group.shutdownGracefully().sync();
        }
    }

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        new EchoClient(9999,"127.0.0.1").start();
    }
}

ChannelHandler如下：

public class EchoClientHandler extends SimpleChannelInboundHandler<ByteBuf> {

    /*读取到网络数据后进行业务处理,并关闭连接*/
    @Override
    protected void channelRead0(ChannelHandlerContext ctx, ByteBuf msg) throws Exception {
        System.out.println("client Accept"+msg.toString(CharsetUtil.UTF_8));
        //关闭连接
        ///ctx.close();
    }

    /*channel活跃后，做业务处理*/
    @Override
    public void channelActive(ChannelHandlerContext ctx) throws Exception {
        ctx.writeAndFlush(Unpooled.copiedBuffer(
                "Hello,Netty",CharsetUtil.UTF_8));
    }
}