深入了解 Netty 原理篇
一. 概述
在网络编程中，最牛的 java 语言的开源框架就非 netty 莫属了，其隐藏复杂网络处理的逻辑从而抽象的提供易于使用的 API 的客户端/服务器框架，便于开发人员快速使用，而不用考虑各种场景的逻辑处理只关心业务层面的开发。
在了解 netty 原理时，可以先看之前写的有关 Selector 篇《Java Selector 模型》，可以更加快速的了解 netty 是怎么运作的。
在介绍 netty 时，也会介绍其采用的设计模式。
二. 使用
2.1 服务端
通过 netty 提起一个对外服务的代码如下：
2.2 客户端
通过 netty 提供一个访问服务的代码如下：
当我们初始化后拿到 bootstrap 对象后，就可以去通过其对象的 connect 方法去创建连接，返回 ChannelFuture 对象，我们就可以通过 ChannelFuture 对象中获取其内部的 Channel 对象，调用 Channel 对象中的 write 方法向服务端发送请求；
三. 原理
3.1 启动器
启动器的类图如下：
客户端以及服务端启动器都共同继承了 AbstractBootstrap 抽象类。其属性的具体用途介绍如下：
group 线程模型，也就是说当一个连接请求，或者交互请求，是如何处理的一种模型；其采用了一种叫做 Reactor 设计模式来实现。在客户端，其就一个线程池，一个线程处理所有的连接请求、发送请求、接收响应；在服务端，就是一个线程池，只负责接收连接请求；
channelFactory 创建 channel 的工厂类，在 netty 内封装了 jdk 原生中的 channel；例如 NioServerSocketChannel 以及 NioSocketChannel 等我们常见的 channel 实现类；
localAddress 就是 TCP 信息，即本地创建的 TCP。在服务端，就是对外服务的 IP 以及端口。而客户端，并没有使用该字段信息；
options 就是向目标 socket 设置相关属性的对象；
attrs 是向 channel 设置相关属性的对象
handler 是收到请求后处理器，如 IO 处理等，在客户端主要是协议解析，而在服务端主要的接受连接请求后创建 socket 对象；在服务端，我们一般不设置该属性；
3.1.1 客户端
客户端只记录两个属性，一个是服务端的目标地址；一个是配置对象 BootstrapConfig，其是一个建造类对象，最终相关的初始化信息都会落在 Bootstrap 对象中对应的属性字段；
我们将客户端连接服务端的过程梳理如下：
3.1.2 服务端
服务端的字段跟抽象类有点相似，只是父类中的是针对 ServerSocket 的，而 ServerBootstrap 类中的属性是针对 Socket 的；稍微需要特别说的是 childHandler 是针对协议解析的等功能；
我们将服务端连接服务端的过程梳理如下
其中稍微注意的初始化相关属性步骤，关键的代码如下：
3.2 线程模型
有看过聊聊Linux 五种IO模型文章的朋友都知道 IO 读写是非常慢的，在 netty 框架是采用了多路复用。另外可以学习《Scalable IO in Java》，可以对 reactor 模式有更多的认知，如果英文不行的话，可以阅读《传说中神一样的Reactor反应器模式》。
这里我简单整理出来几大关键步骤：
连接请求（Connection request）
接收请求（Read request）
解析请求（Decode request）
处理服务（Process service）
序列化（Encode reply）
发送响应结果（Send reply）
其服务端的交互图如下：
对应 netty 的接口 EventLoopGroup，类图如下：
分别的流程如下：
客户端接收响应跟上图是差不多的；
这里值得注意的是，netty 都是采用异步操作，其机制跟 jdk 中的 Future 原理差不多。当我查看 netty 的源码时候，都会看到 ChannelFuture，它们的关系如下图：
线程中负责读写操作，而 ChannelFuture 充当桥梁；业务代码可以往 ChannelFuture 添加对应的监听器，监听一旦已处理完则会触发监听器所对应的动作。
3.3 处理器以及管道
在 netty 框架中，处理器是非常重要的地位；上面介绍的线程模型是负责监听 socket 的相关事件，具体的事件的如何处理，还得交给处理器来处理；类图如下：
这里理清楚下面的几个接口的用途：
ChannelHandler 处理 IO 事件或者拦截 IO 操作，以及转发到下一个处理器操作。
ChannelOutboundHandler 接收 IO 操作的通知
ChannelInboundHandler 监听有关状态变更，可以触发对应的回调函数，如注册（Register）、读（Read）等状态的变更；
ChannelInboundInvoker、ChannelOutboundInvoker 是有关抽象出来的方法
ChannelPipeline 是管道接口
状图如下：
我们从几个动作所处的流程进行了解：
比如说服务器绑定端口所触发的逻辑，客户端连接所触发的流程，跟上面相似；可以去查阅；
3.3.1 处理器
处理是对 IO 传过来的信息进行处理，跟 tomcat 的过滤器有点相似。下面我所列的是常见的处理器；
IdleStateHandler 心跳机制，其通过 fireUserEventTriggered 来触发，所以业务端需要实现 ChannelInboundHandler 类来收集这些事件来做对应的处理。
FlowControlHandler 流量管控，但其比较粗糙。一般不会用；但是可以借鉴。
CorsHandler 跨域处理器
ProxyHandler 代理服务处理器
MessageToMessageCodec 类型转换处理器
ByteToMessageCodec 将 ByteBuf 转换成目标对象的类型处理器
ByteToMessageDecoder 将 ByteBuf 转换成目标对象的类型处理器
MessageToMessageDecoder 将匹配好的源对象转换成目标对象的类型转换处理器
AbstractTrafficShapingHandler 限流器
ServerBootstrapAcceptor 客户端连接处理器
ChannelInitializer 处理器追加处理，当启动器启动时，会将 ChannelInitializer 中的一些处理器追加到管道中；上面例子就可以看出来
我们常说的协议解析，主要介绍的 ByteToMessageDecoder。该类是抽象类，我们常用的定长报文解析 FixedLengthFrameDecoder，当然还有根据一个规则，如前面几个字节来确定一个完整的报文的长度是多少，如 LengthFieldBasedFrameDecoder，在 RocketMQ 就是使用该类来解析报文的；http 协议对应的 HttpObjectDecoder 下面的子类。redis 协议对应的 RedisDecoder。具体使用时具体找到 ByteToMessageDecoder 下面的实现类具体逻辑，现在对其有一个初步认知，后面继续加深认识。
除了协议解析之外，还有增加额外的功能，如限流 AbstractTrafficShapingHandler ，跨域处理 CorsHandler ，日志打印 LoggingHandler，压缩等。
在服务端，netty 默认会管道中添加 ServerBootstrapAcceptor 处理器，当客户端连接请求过来，会将该 socket 注册到 Selector 中。
四. 字节操作
字节操作也就是 netty 将 jdk 提供的 ByteBuffer 封装成了 ByteBuf 对象。便于操作；具体会在另外一篇详细介绍。
五.总结
通过上面的介绍，我们知道了启动器 AbstractBootstrap，启动器包含客户端、服务端。以及线程模型 EventLoopGroup 以及 EventLoop。以及管道 ChannelPipeline，以及 ChannelHandler，以及 ByteBuf。下面列出它们之间的关系；
版权声明: 本文为 InfoQ 作者【邱学喆】的原创文章。
原文链接:【http://xie.infoq.cn/article/69b8b26fc47d1a76ca39a31db】。文章转载请联系作者。
计算机原理的深度解读，源码分析。 2018.08.26 加入
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