初识Netty网络编程

Netty网络编程

对于高并发的Reactor线程模型，Netty是如何支持的？

Netty线程模型是基于Reactor模型实现的，对Reeactor三种模式都有非常好的支持，并做了一定的改进，也非常的灵活，一般情况，在服务端会采用主从架构模型。

BossGroup负责和客户端建立连接（循环执行三个步骤）：

<1> 轮询注册在其上的accept事件

<2> 处理accept事件与客户端建立连接，生成socketchannel，并将其注册到某个WorkerGroup的Selector上

<3> 循环处理任务队列中的其他任务

WorkerGroup负责处理连接上的读写循环执行三个步骤）：

<1> 轮询注册在其上的socketchannel的读写事件

<2>在对应的socketchannel上处理读写事件

<3> 循环处理任务队列中的其他任务

注意：以上两个步骤<2>中，会用Pipeline，通过Pipeline可以拿到对应的Channel，Pipeline中维护了很多Handler（拦截、过滤、自定义处理器等）。

从代码编写上Netty如何使用不同的线程模型？

指定线程就好了

在客户端Netty使用什么线程模型？

只需要提供可用的线程池即可，开发者仍然只需编写事件处理器Handler，其他连接服务端，数据收发等均由netty实现

什么是ChannelPipeline和ChannelHandler ？

ChannelPipeline

ChannelPipeline 是一个有序的处理器链容器，每个 Channel （在网络编程中，Channel 表示连接的抽象）都有自己的管道。管道中的处理器按顺序排列，形成一个链式结构，用于处理或拦截进出 Channel 的各种事件和数据。
当数据从网络流入或流出时，它会经过管道中的每一个处理器。处理器可以修改、过滤、转换数据或者处理特定类型的事件（比如连接建立、读取完成、异常等）。
ChannelPipeline 提供了一种灵活的方式来组织和管理这些处理器，允许开发者在运行时动态插入、删除或替换处理器，从而定制不同阶段的数据处理逻辑。

ChannelHandler

ChannelHandler 是处理网络事件和数据的接口或抽象类的实现，它是管道中的基本单元，负责处理具体的业务逻辑。
根据处理方向的不同，ChannelHandler有两个主要的子接口：
ChannelInboundHandler：处理入站事件和数据，例如读取客户端发送过来的消息、连接激活、用户事件等。
ChannelOutboundHandler：处理出站事件和数据，例如客户端请求发送数据、关闭连接等。
一个 ChannelHandler 可能同时实现这两个接口，以处理双向的事件和数据流。另外，Netty还提供了一些抽象适配器类（如 ChannelInboundHandlerAdapter 和 ChannelOutboundHandlerAdapter），方便开发者扩展和实现自己的处理器逻辑。

inbound入站事件处理顺序（方向）是由链表的头到链表尾，

outbound事件的处理顺序是由链表尾到链表头。

inbound入站事件由netty内部触发，最终由netty外部的代码消费

在Netty框架中，"inbound入站事件"指的是那些由网络底层（如操作系统内核）向Netty框架推送的数据到达事件，或者是由于网络连接状态变化（如连接建立、断开等）引发的事件。这类事件是由网络外部（相对于应用层代码）触发的，但最终需要由开发人员编写的Netty外部代码（即应用程序代码）来处理和消费。

outbound事件由netty外部的代码触发，最终由netty内部消费

"outbound出站事件"是指由应用程序代码发起的、意图影响或控制网络连接的行为事件。这些事件通常涉及到向外发送数据、关闭连接、改变连接状态等操作，它们是由开发者编写的Netty外部代码主动触发的。

实现一个简单的客户端和服务端通信的程序

服务端

客户端

两端ChannelHandler编写核心步骤

NettyServer

package com.hayaizo.netty.handler;

import com.hayaizo.netty.handler.handler.server.ServerInbound1Handler;
import io.netty.bootstrap.ServerBootstrap;
import io.netty.channel.ChannelFuture;
import io.netty.channel.ChannelInitializer;
import io.netty.channel.ChannelPipeline;
import io.netty.channel.nio.NioEventLoopGroup;
import io.netty.channel.socket.nio.NioServerSocketChannel;
import io.netty.channel.socket.nio.NioSocketChannel;
import io.netty.handler.logging.LogLevel;
import io.netty.handler.logging.LoggingHandler;
import lombok.extern.jbosslog.JBossLog;

import java.net.InetSocketAddress;

public class NettyServer {
    public static void main(String[] args) {
        NettyServer server=new NettyServer();
        server.start(9999);
    }

    public void start(int port){
            //创建线程池
            NioEventLoopGroup bossGroup = new NioEventLoopGroup(1);
            NioEventLoopGroup workerGroup = new NioEventLoopGroup();
        try {
            //配置服务端引导类
            ServerBootstrap serverBootstrap = new ServerBootstrap();
            serverBootstrap.group(bossGroup,workerGroup)
                    .channel(NioServerSocketChannel.class)
                    .handler(new LoggingHandler(LogLevel.INFO))
                    //客户端的handler
                    .childHandler(new ChannelInitializer<NioSocketChannel>() {
                        @Override
                        protected void initChannel(NioSocketChannel nioSocketChannel) throws Exception {
                            ChannelPipeline pipeline=nioSocketChannel.pipeline();
                            pipeline.addLast(new ServerInbound1Handler());
                        }
                    });
            //绑定端口
            ChannelFuture future = serverBootstrap.bind(new InetSocketAddress(port)).sync();

            //获取服务端的channel
            future.channel().closeFuture().sync();
            //释放资源
            //在finally中释放
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }finally {
            bossGroup.shutdownGracefully();
            workerGroup.shutdownGracefully();
        }
    }
}

NettyClient

package com.hayaizo.netty.handler;

import com.hayaizo.netty.handler.handler.client.ClientInbound1Handler;
import io.netty.bootstrap.Bootstrap;
import io.netty.buffer.ByteBuf;
import io.netty.channel.*;
import io.netty.channel.nio.NioEventLoopGroup;
import io.netty.channel.socket.nio.NioSocketChannel;

public class NettyClient {
    public static void main(String[] args) {
        NettyClient client=new NettyClient();
        client.connect("127.0.0.1",9999);
    }

    public void connect(String host,int port){
        //创建线程池
        EventLoopGroup group=new NioEventLoopGroup();
        try {
            //创建客户端引导类
            Bootstrap bootstrap = new Bootstrap();
            //配置
            bootstrap.group(group)
                    .channel(NioSocketChannel.class)
                    .handler(new ChannelInitializer<NioSocketChannel>() {
                        @Override
                        protected void initChannel(NioSocketChannel nioSocketChannel) throws Exception {
                            //handler方法
                            ChannelPipeline pipeline= nioSocketChannel.pipeline();
                            pipeline.addLast(new ClientInbound1Handler());
                        }
                    });
            //连接对端
            ChannelFuture future = bootstrap.connect(host, port).sync();
            //连接上了之后发送消息
            //先获取到发送消息的管道
            Channel channel = future.channel();
            byte[] bytes = "hello netty server,I an netty client".getBytes();
            //向管道要一块缓冲区
            ByteBuf buf=channel.alloc().buffer(bytes.length);
            buf.writeBytes(bytes);
            channel.writeAndFlush(buf);
            //链接全都关闭了之后释放资源
            future.channel().closeFuture().sync();
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }finally {
            group.shutdownGracefully();
        }
    }
}

ClientInbound1Handler

package com.hayaizo.netty.handler.handler.client;

import io.netty.buffer.ByteBuf;
import io.netty.channel.ChannelHandlerContext;
import io.netty.channel.ChannelInboundHandlerAdapter;

import java.nio.charset.Charset;

public class ClientInbound1Handler extends ChannelInboundHandlerAdapter {
    /**
     * 客户端channel 准备就绪 ，生效
     *  只回调一次
     * @param ctx
     * @throws Exception
     */
    @Override
    public void channelActive(ChannelHandlerContext ctx) throws Exception {
        System.out.println("ClientInbound1Handler ----channelActive ");
        super.channelActive(ctx);
    }

    @Override
    public void channelInactive(ChannelHandlerContext ctx) throws Exception {
        System.out.println("ClientInbound1Handler ----channelInactive ");
        super.channelInactive(ctx);
    }

    /**
     * 从channel中读取到了数据之后，回调
     * @param ctx
     * @param msg
     * @throws Exception
     */
    @Override
    public void channelRead(ChannelHandlerContext ctx, Object msg) throws Exception {
        System.out.println("ClientInbound1Handler ----channelRead ");
        ByteBuf buf = (ByteBuf) msg;
        byte[] bytes = new byte[buf.readableBytes()];
        buf.readBytes(bytes);

        String message = new String(bytes, Charset.defaultCharset());
        System.out.println("客户端收到服务端发送的数据为:" + message);

        /*Channel channel = ctx.channel();
        // 向服务端端回写数据
        byte[] bytes1 = "hello netty client ,i am netty server ,hehe".getBytes(StandardCharsets.UTF_8);
        ByteBuf buf1 = ctx.alloc().buffer(bytes1.length);
        buf1.writeBytes(bytes1);
        channel.writeAndFlush(buf1);*/


        super.channelRead(ctx, msg);
    }

    /**
     * channel中数据读取完毕的回调
     * @param ctx
     * @throws Exception
     */
    @Override
    public void channelReadComplete(ChannelHandlerContext ctx) throws Exception {
        System.out.println("ClientInbound1Handler ----channelReadComplete ");
        // ctx.writeAndFlush()
        super.channelReadComplete(ctx);
    }

    /**
     * 出现异常的回调
     * @param ctx
     * @param cause
     * @throws Exception
     */
    @Override
    public void exceptionCaught(ChannelHandlerContext ctx, Throwable cause) throws Exception {
        System.out.println("ClientInbound1Handler ----exceptionCaught ");
        super.exceptionCaught(ctx, cause);
    }
}

ServerInbound1Handler

package com.hayaizo.netty.handler.handler.server;

import io.netty.buffer.ByteBuf;
import io.netty.channel.Channel;
import io.netty.channel.ChannelHandlerContext;
import io.netty.channel.ChannelInboundHandlerAdapter;

import java.nio.charset.Charset;
import java.nio.charset.StandardCharsets;

public class ServerInbound1Handler extends ChannelInboundHandlerAdapter {
    /**
     * 客户端channel准备就绪，只会调用一次
     * @param ctx
     * @throws Exception
     */
    @Override
    public void channelActive(ChannelHandlerContext ctx) throws Exception {
        System.out.println("ServerInbound1Handler ----channelActive ");
        super.channelActive(ctx);
    }

    /**
     * 管道没了之后调用的
     * @param ctx
     * @throws Exception
     */
    @Override
    public void channelInactive(ChannelHandlerContext ctx) throws Exception {
        System.out.println("ServerInbound1Handler ----channelInactive ");
        super.channelInactive(ctx);
    }

    /**
     * 读到数据之后回调这个函数
     * @param ctx
     * @param msg
     * @throws Exception
     */
    @Override
    public void channelRead(ChannelHandlerContext ctx, Object msg) throws Exception {
        System.out.println("ServerInbound1Handler ----channelRead ");
        ByteBuf buf=(ByteBuf) msg;
        byte[] bytes=new byte[buf.readableBytes()];
        buf.readBytes(bytes);
        String message=new String(bytes, Charset.defaultCharset());
        System.out.println("服务端收到的数据为："+message);

        //写回数据
        Channel channel = ctx.channel();
        byte[] bytes1 = "hello netty client ,i am netty server ,hahha".getBytes(StandardCharsets.UTF_8);
        ByteBuf buf1 = ctx.alloc().buffer(bytes1.length);
        buf1.writeBytes(bytes1);
        channel.writeAndFlush(buf1);

        super.channelRead(ctx, msg);
    }

    /**
     * channel中数据读取完毕的回调
     * @param ctx
     * @throws Exception
     */
    @Override
    public void channelReadComplete(ChannelHandlerContext ctx) throws Exception {
        System.out.println("ServerInbound1Handler ----channelReadComplete ");
        super.channelReadComplete(ctx);
    }


    /**
     * 出现异常的回调
     * @param ctx
     * @param cause
     * @throws Exception
     */
    @Override
    public void exceptionCaught(ChannelHandlerContext ctx, Throwable cause) throws Exception {
        System.out.println("ServerInbound1Handler ----exceptionCaught ");
        super.exceptionCaught(ctx, cause);
    }
}

测试收发成功。

在Netty框架中，当我们搭建网络服务器时，会用到Bootstrap类来配置和启动服务器端口监听新进来的连接。在Bootstrap中，我们可以设置一个ChannelInitializer。

ChannelInitializer就像是一个“管道工”，它的工作并不直接处理网络通信数据，而是在新的网络连接（也就是Channel）被创建出来的时候，首先去“装修”这条通道——这里的“装修”指的是构建和配置与该Channel相关的ChannelPipeline。

ChannelPipeline就像是一条流水线，里面包含了一系列处理器（Handler），每个处理器负责处理特定类型的网络事件或数据。我们在ChannelInitializer中预先设定好这条流水线上的各个处理器，比如解码器、编码器、业务逻辑处理器等。

所以，当我们在配置Bootstrap时，还未真正建立起任何一个Channel或者它们的Pipeline，但通过设置ChannelInitializer，我们就能够在每个新建立的Channel的初期就确定好它的Pipeline应该包含哪些处理器。这样一来，一旦有新的连接进来，Netty就会自动调用ChannelInitializer去初始化对应的ChannelPipeline，并按照我们的设定加载相应的处理器。

总结

每个channel就是一个连接管道，它含有一个由一系列handler组成的pipeline来处理channel每一次的in/out操作，当然handler被包在context中使用。
先在bootstrap中放一个ChannelInitializer的handler，存放在这里。这时真正的channel与pipeline还没有生成。ChannelInitializer的目的是在pipeline的处理器中先占个位置，等创建了channel之后，会把ChannelInitializer的handler一个个放到pipeline中。
当bootstrap进行init一个channel的时候，会给这个channel的pipeline放上这个ChannelInitializer的handler。
此时所有的主要对象与关系都组装都完成了。在nio中，Channel是要注册到selector中的，这个时候就是启动处理的时候。让pipleline中产生一个register事件，就由pipeline中的相关handler来自动处理了。
相关的的handler会进行相关的处理，目前只有一个，它处理中会init一下自己所属的channel，并把自己移除，之后还会继续传播这个事件。