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学习——Netty（理论）

分类: 文章 • 2025-02-22 22:07:46

Netty 编程

1. 概述

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 是一个基于 NIO 的网络编程框架，使用 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。
作为当前最流行的 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。
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2.Netty 整体设计

2.1.线程模型

单线程模型 服务器端用一个线程通过多路复用搞定所有的 IO 操作（包括连接，读、写等），编码简单，清晰明了，但是如果客户端连接数量较多，将无法支撑，咱们前面的 NIO 案例就属于这种模型。
线程池模型 服务器端采用一个线程专门处理客户端连接请求，采用一个线程池负责 IO 操作。在绝大多数场景下，该模型都能满足使用。
Netty 模型 比较类似于上面的线程池模型，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。

  • 一个 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

2.2. 异步模型

FUTURE, CALLBACK 和 HANDLER
Netty 的异步模型是建立在 future 和 callback 的之上的。callback 大家都比较熟悉了，这里重点说说 Future，它的核心思想是：假设一个方法 fun，计算过程可能非常耗时，等待 fun返回显然不合适。那么可以在调用 fun 的时候，立马返回一个 Future，后续可以通过 Future去监控方法 fun 的处理过程。在使用 Netty 进行编程时，拦截操作和转换出入站数据只需要您提供 callback 或利用future 即可。这使得链式操作简单、高效, 并有利于编写可重用的、通用的代码。Netty 框架的目标就是让你的业务逻辑从网络基础应用编码中分离出来、解脱出来。
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3.核心 API

  • ChannelHandler 及其实现类
    ChannelHandler 接口定义了许多事件处理的方法，我们可以通过重写这些方法去实现具体的业务逻辑。
    我们经常需要自定义一个 Handler 类去继承 ChannelInboundHandlerAdapter，然后通过重写相应方法实现业务逻辑，我们接下来看看一般都需要重写哪些方法：
    public void channelActive(ChannelHandlerContext ctx)，通道就绪事件
    public void channelRead(ChannelHandlerContext ctx, Object msg)，通道读取数据事件
    public void channelReadComplete(ChannelHandlerContext ctx) ，数据读取完毕事件
    public void exceptionCaught(ChannelHandlerContext ctx, Throwable cause)，通道发生异常事件
  • Pipeline 和 和 ChannelPipeline
    ChannelPipeline 是一个 Handler 的集合，它负责处理和拦截 inbound 或者 outbound 的事件和操作，相当于一个贯穿 Netty 的链。
    ChannelPipeline addFirst(ChannelHandler… handlers)，把一个业务处理类（handler）添加到链中的第一个位置
    ChannelPipeline addLast(ChannelHandler… handlers)，把一个业务处理类（handler）添加到链中的最后一个位置
  • ChannelHandlerContext
    这是事件处理器上下文对象，Pipeline 链中的实际处理节点。每个处理节点
    ChannelHandlerContext 中 包 含 一 个 具 体 的 事 件 处 理 器 ChannelHandler ， 同 时ChannelHandlerContext 中也绑定了对应的 pipeline 和 Channel 的信息，方便对 ChannelHandler
    进行调用。常用方法如下所示：
    ChannelFuture close()，关闭通道
    ChannelOutboundInvoker flush()，刷新
    ChannelFuture writeAndFlush(Object msg) ， 将 数 据 写 到 ChannelPipeline 中 当 前ChannelHandler 的下一个 ChannelHandler 开始处理（出站）
  • ChannelOption
    Netty 在创建 Channel 实例后,一般都需要设置 ChannelOption 参数。ChannelOption 是Socket 的标准参数，而非 Netty 独创的。常用的参数配置有：
  1. ChannelOption.SO_BACKLOG
    对应 TCP/IP 协议 listen 函数中的 backlog 参数，用来初始化服务器可连接队列大小。服务端处理客户端连接请求是顺序处理的，所以同一时间只能处理一个客户端连接。多个客户端来的时候，服务端将不能处理的客户端连接请求放在队列中等待处理，backlog 参数指定了队列的大小。
  2. ChannelOption.SO_KEEPALIVE ，一直保持连接活动状态。
  • ChannelFuture
    表示 Channel 中异步 I/O 操作的结果，在 Netty 中所有的 I/O 操作都是异步的，I/O 的调用会直接返回，调用者并不能立刻获得结果，但是可以通过 ChannelFuture 来获取 I/O 操作的处理状态。
    常用方法如下所示：
    Channel channel()，返回当前正在进行 IO 操作的通道
    ChannelFuture sync()，等待异步操作执行完毕
    EventLoopGroup 和其实现类 NioEventLoopGroup
    EventLoopGroup 是一组 EventLoop 的抽象，Netty 为了更好的利用多核 CPU 资源，一般会有多个 EventLoop 同时工作，每个 EventLoop 维护着一个 Selector 实例。
    EventLoopGroup 提供 next 接口，可以从组里面按照一定规则获取其中一个 EventLoop来处理任务。在 Netty 服务器端编程中，我们一般都需要提供两个 EventLoopGroup，例如：
    BossEventLoopGroup 和 WorkerEventLoopGroup。
    通常一个服务端口即一个ServerSocketChannel对应一个Selector和一个EventLoop线程。
    BossEventLoop 负责接收客户端的连接并将 SocketChannel 交给WorkerEventLoopGroup 来进行 IO 处理，如下图所示：
    BossEventLoopGroup 通常是一个单线程的 EventLoop，EventLoop 维护着一个注册了ServerSocketChannel 的 Selector 实例，BossEventLoop 不断轮询 Selector 将连接事件分离出来，通常是 OP_ACCEPT 事件，然后将接收到的 SocketChannel 交给 WorkerEventLoopGroup，WorkerEventLoopGroup 会由 next 选择其中一个 EventLoopGroup 来将这个 SocketChannel 注册到其维护的 Selector 并对其后续的 IO 事件进行处理。常用方法如下所示：
    public NioEventLoopGroup()，构造方法
    public Future<?> shutdownGracefully()，断开连接，关闭线程
  • ServerBootstrap 和 和 Bootstrap
    ServerBootstrap 是 Netty 中的服务器端启动助手，通过它可以完成服务器端的各种配置；
    Bootstrap 是 Netty 中的客户端启动助手，通过它可以完成客户端的各种配置。常用方法如下所示：
    public ServerBootstrap group(EventLoopGroup parentGroup, EventLoopGroup childGroup)，该方法用于服务器端，用来设置两个 EventLoop
    public B group(EventLoopGroup group) ，该方法用于客户端，用来设置一个 EventLoop
    public B channel(Class<? extends C> channelClass)，该方法用来设置一个服务器端的通道实现
    public B option(ChannelOption option, T value)，用来给 ServerChannel 添加配置
    public ServerBootstrap childOption(ChannelOption childOption, T value)，用来给接
    收到的通道添加配置
    public ServerBootstrap childHandler(ChannelHandler childHandler)，该方法用来设置业务处理类（自定义的 handler）
    public ChannelFuture bind(int inetPort) ，该方法用于服务器端，用来设置占用的端口号
    public ChannelFuture connect(String inetHost, int inetPort) ，该方法用于客户端，用来连接服务器端
  • Unpooled 类
    这是 Netty 提供的一个专门用来操作缓冲区的工具类，常用方法如下所示：
     public static ByteBuf copiedBuffer(CharSequence string, Charset charset)，通过给定的数据和字符编码返回一个 ByteBuf 对象（类似于 NIO 中的 ByteBuffer 对象）

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