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Java培训 | Netty入门基础内容

发布百知教育 来源:学习资讯 2019-09-05

Netty简介


Netty是一个高性能,高可扩展性的异步事件驱动的网络应用程序框架,它极大的简化了TCP和UDP客户端和服务器端网络开发。它是一个NIO框架,对Java NIO进行了良好的封装。作为一个异步NIO框架,Netty的所有IO操作都是异步非阻塞的,通过Future-Listener机制,用户可以方便的主动获取或者通过通知机制获得IO操作结果。


Netty的特性


统一的API,适用于不同的协议

基于灵活、可扩展的事件驱动模型

高度可定制的线程模型

更好的吞吐量,低延迟

更省资源,尽量减少不必要的内存拷贝

完整的SSL/TLS和STARTTLS的支持

能在Applet与Android的限制环境运行良好

不再因过快、过慢或超负载连接导致OutOfMemoryError

不再有在高速网络环境下NIO读写频率不一致的问题

Netty核心内容


Netty中最核心的内容主要有以下四个方面:


Reactor线程模型:一种高性能的多线程程序设计思路

Netty中自己定义的Channel概念:增强版的通道概念

ChannelPipeline职责链设计模式:事件处理机制

内存管理:增强的ByteBuf缓冲区


Netty整体结构图


1.png


Netty核心组件


EventLoop:EventLoop维护了一个线程和任务队列,支持异步提交执行任务。EventLoop自身实现了Executor接口,当调用executor方法提交任务时,则判断是否启动,未启动则调用内置的executor创建新线程来触发run方法执行,其大致流程参考Netty源码SingleThreadEventExecutor如下:


2.png


EventLoopGroup:EventLoopGroup主要是管理eventLoop的生命周期,可以将其看作是一个线程池,其内部维护了一组EventLoop,每个eventLoop对应处理多个Channel,而一个Channel只能对应一个EventLoop


4.png


Bootstrap:BootStrap 是客户端的引导类,主要用于客户端连接远程主机,有1个EventLoopGroup。Bootstrap 在调用 bind()(连接UDP)和 connect()(连接TCP)方法时,会新创建一个单独的、没有父 Channel 的 Channel 来实现所有的网络交换。


ServerBootstrap:ServerBootstrap 是服务端的引导类,主要用户服务端绑定本地端口,有2个EventLoopGroup。ServerBootstarp 在调用 bind() 方法时会创建一个 ServerChannel 来接受来自客户端的连接,并且该 ServerChannel 管理了多个子 Channel 用于同客户端之间的通信。


Channel:Netty中的Channel是一个抽象的概念,可以理解为对Java NIO Channel的增强和扩展,增加了许多新的属性和方法,如bing方法等。


ChannelFuture:ChannelFuture能够注册一个或者多个ChannelFutureListener 实例,当操作完成时,不管成功还是失败,均会被通知。ChannelFuture存储了之后执行的操作的结果并且无法预测操作何时被执行,提交至Channel的操作按照被唤醒的顺序被执行。


ChannelHandler:ChannelHandler用来处理业务逻辑,分别有入站和出站的实现。


ChannelPipeline:ChannelPipeline 提供了 ChannelHandler链的容器,并定义了用于在该链上传播入站和出站事件流的API。


Netty线程模型


Netty的线程模型是基于Reactor模式的线程实现。关于Reactor模式可以参考Reactor模式 ,Netty中依据用户的配置可以支持单线程的Reactor模型,多线程的Reactor模型以及主从多Reactor的模型。在Netty中其大致流程如下如下:


5.png


Netty入门代码示例


服务端代码示例:


import io.netty.bootstrap.ServerBootstrap;

import io.netty.buffer.ByteBuf;

import io.netty.buffer.Unpooled;

import io.netty.channel.*;

import io.netty.channel.nio.NioEventLoopGroup;

import io.netty.channel.socket.SocketChannel;

import io.netty.channel.socket.nio.NioServerSocketChannel;

import io.netty.handler.logging.LogLevel;

import io.netty.handler.logging.LoggingHandler;

import java.nio.charset.Charset;

public class EchoServer {

  public static void main(String[] args) {


    // accept线程组,用来接受连接

    EventLoopGroup bossGroup = new NioEventLoopGroup(1);


    // I/O线程组, 用于处理业务逻辑

    EventLoopGroup workerGroup = new NioEventLoopGroup(1);


    try {

      // 服务端启动引导

      ServerBootstrap b = new ServerBootstrap();


      b.group(bossGroup, workerGroup) // 绑定两个线程组

          .channel(NioServerSocketChannel.class) // 指定通道类型

          .option(ChannelOption.SO_BACKLOG, 100) // 设置TCP连接的缓冲区

          .handler(new LoggingHandler(LogLevel.INFO)) // 设置日志级别

          .childHandler(

              new ChannelInitializer<SocketChannel>() {

                @Override

                protected void initChannel(SocketChannel socketChannel) throws Exception {

                  ChannelPipeline pipeline = socketChannel.pipeline(); // 获取处理器链

                  pipeline.addLast(new EchoServerHandler()); // 添加新的件处理器


                }


              });


      // 通过bind启动服务

      ChannelFuture f = b.bind(8080).sync();


      // 阻塞主线程,知道网络服务被关闭

      f.channel().closeFuture().sync();


    } catch (Exception e) {

      e.printStackTrace();

    } finally {

      workerGroup.shutdownGracefully();

      bossGroup.shutdownGracefully();

    }

  }


}


class EchoServerHandler extends ChannelInboundHandlerAdapter {


  // 每当从客户端收到新的数据时,这个方法会在收到消息时被调用

  @Override

  public void channelRead(ChannelHandlerContext ctx, Object msg) throws Exception {

    System.out.println("收到数据:" + ((ByteBuf) msg).toString(Charset.defaultCharset()));

    ctx.write(Unpooled.wrappedBuffer("Server message".getBytes()));

    ctx.fireChannelRead(msg);

  }

  // 数据读取完后被调用  @Override

  public void channelReadComplete(ChannelHandlerContext ctx) throws Exception {

    ctx.flush();

  }

  // 当Netty由于IO错误或者处理器在处理事件时抛出的异常时被调用  @Override

  public void exceptionCaught(ChannelHandlerContext ctx, Throwable cause) throws Exception {

    cause.printStackTrace();

    ctx.close();

  }

}

客户端代码示例:


import io.netty.bootstrap.Bootstrap;

import io.netty.buffer.ByteBuf;

import io.netty.buffer.Unpooled;

import io.netty.channel.*;

import io.netty.channel.nio.NioEventLoopGroup;

import io.netty.channel.socket.SocketChannel;

import io.netty.channel.socket.nio.NioSocketChannel;

import java.nio.charset.Charset;

public class EchoClient {

  public static void main(String[] args) {

    EventLoopGroup group = new NioEventLoopGroup();

    try {

      Bootstrap b = new Bootstrap();

      b.group(group)

          .channel(NioSocketChannel.class)

          .option(ChannelOption.TCP_NODELAY, true)

          .handler(

              new ChannelInitializer<SocketChannel>() {

                @Override

                public void initChannel(SocketChannel ch) throws Exception {

                  ChannelPipeline p = ch.pipeline();

                  p.addLast(new EchoClientHandler());

                }

              });

      ChannelFuture f = b.connect("127.0.0.1", 8080).sync();

      f.channel().closeFuture().sync();

    } catch (Exception e) {

      e.printStackTrace();

    } finally {

      group.shutdownGracefully();

    }

  }


}


class EchoClientHandler extends ChannelInboundHandlerAdapter {

  private final ByteBuf firstMessage;

  public EchoClientHandler() {

    firstMessage = Unpooled.buffer(256);

    for (int i = 0; i < firstMessage.capacity(); i++) {

      firstMessage.writeByte((byte) i);

    }

  }

  @Override

  public void channelActive(ChannelHandlerContext ctx) {

    ctx.writeAndFlush(firstMessage);

  }

  @Override

  public void channelRead(ChannelHandlerContext ctx, Object msg) {

    System.out.println("收到数据:" + ((ByteBuf) msg).toString(Charset.defaultCharset()));

    ctx.write(Unpooled.wrappedBuffer("Client message".getBytes()));

  }

  @Override

  public void channelReadComplete(ChannelHandlerContext ctx) {

    ctx.flush();

  }

  @Override

  public void exceptionCaught(ChannelHandlerContext ctx, Throwable cause) {

    cause.printStackTrace();

    ctx.close();

  }


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