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小六六学 Netty 系列之再遇 Netty

作者:自然
  • 2022 年 9 月 08 日
    广东
  • 本文字数:6741 字

    阅读完需:约 22 分钟

前言

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种一棵树最好的时间是十年前,其次是现在

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絮叨

为了学习 Netty,我们前面铺垫了那么多,NIO Java 的零拷贝,UNIX 的 I/O 模型等等。下面是前面系列的链接


昨天我们看了一个 Netty 的基本介绍,那么今天我们继续学习 Netty

异步模型

  • 异步的概念和同步相对。当一个异步过程调用发出后,调用者不能立刻得到结果。实际处理这个调用的组件在完成后,通过状态、通知和回调来通知调用者。

  • Netty 中的 I/O 操作是异步的,包括 Bind、Write、Connect 等操作会简单的返回一个 ChannelFuture。调用者并不能立刻获得结果,而是通过 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 的异步模型是建立在 future 和 callback 的之上的。callback 就是回调。重点说 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(即 : Future-Listener 机制)


Future 说明


表示异步的执行结果, 可以通过它提供的方法来检测执行是否完成,比如检索计算等等.ChannelFuture 是一个接口 : public interface ChannelFuture extends Future<Void> 我们可以添加监听器,当监听的事件发生时,就会通知到监听器.



当 Future 对象刚刚创建时,处于非完成状态,调用者可以通过返回的 ChannelFuture 来获取操作执行的状态,注册监听函数来执行完成后的操作。常见有如下操作


  • 通过 isDone 方法来判断当前操作是否完成;

  • 通过 isSuccess 方法来判断已完成的当前操作是否成功;

  • 通过 getCause 方法来获取已完成的当前操作失败的原因;

  • 通过 isCancelled 方法来判断已完成的当前操作是否被取消;

  • 通过 addListener 方法来注册监听器,当操作已完成(isDone 方法返回完成),将会通知指定的监听器;如果 Future 对象已完成,则通知指定的监听器

  • 使用Netty实现HTTP服务



目的:Netty 可以做 Http 服务开发,并且理解 Handler 实例和客户端及其请求的关系.


  • TestHttpServer


  package com.liuliu.nio.http;
import io.netty.bootstrap.Bootstrap;import io.netty.bootstrap.ServerBootstrap;import io.netty.channel.ChannelFuture;import io.netty.channel.nio.NioEventLoopGroup;import io.netty.channel.socket.ServerSocketChannel;import io.netty.channel.socket.nio.NioServerSocketChannel;
/** * @author 小六六 * @version 1.0 * @date 2020/8/18 14:57 */public class TestHttpServer {
public static void main(String[] args) throws Exception {
NioEventLoopGroup bossGroup = new NioEventLoopGroup(1); NioEventLoopGroup workGroup = new NioEventLoopGroup(8); try { ServerBootstrap serverBootstrap = new ServerBootstrap(); serverBootstrap.group(bossGroup,workGroup).channel(NioServerSocketChannel.class).childHandler(new TestServerInitializer()); ChannelFuture cf = serverBootstrap.bind(8868).sync(); cf.channel().closeFuture().sync(); }finally { bossGroup.shutdownGracefully(); workGroup.shutdownGracefully(); }

}}
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  • TestServerInitializer


    package com.liuliu.nio.http;

import io.netty.channel.ChannelInitializer;import io.netty.channel.ChannelPipeline;import io.netty.channel.socket.SocketChannel;import io.netty.handler.codec.http.HttpServerCodec;
/** * @author 小六六 * @version 1.0 * @date 2020/8/18 15:04 */public class TestServerInitializer extends ChannelInitializer<SocketChannel> {
@Override protected void initChannel(SocketChannel ch) throws Exception {
//向管道加入处理器 //得到管道 ChannelPipeline pipeline = ch.pipeline();
//加入一个netty 提供的httpServerCodec codec =>[coder - decoder] //HttpServerCodec 说明 //1. HttpServerCodec 是netty 提供的处理http的 编-解码器
pipeline.addLast("MyHttpServerCodec",new HttpServerCodec());

//2. 增加一个自定义的handler pipeline.addLast("MyTestHttpServerHandler", new TestHttpServerHandler());
System.out.println("ok~~~~");
}}
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  • TestHttpServerHandler


    package com.liuliu.nio.http;
import io.netty.buffer.ByteBuf;import io.netty.buffer.Unpooled;import io.netty.channel.ChannelHandlerContext;import io.netty.channel.SimpleChannelInboundHandler;import io.netty.handler.codec.http.*;import io.netty.util.CharsetUtil;
import java.net.URI;
/** * @author 小六六 * @version 1.0 * @date 2020/8/18 14:56 * * 说明 * 1. SimpleChannelInboundHandler 是 ChannelInboundHandlerAdapter * 2. HttpObject 客户端和服务器端相互通讯的数据被封装成 HttpObject * */public class TestHttpServerHandler extends SimpleChannelInboundHandler<HttpObject> {



@Override protected void channelRead0(ChannelHandlerContext ctx, HttpObject msg) throws Exception { System.out.println("对应的channel=" + ctx.channel() + " pipeline=" + ctx .pipeline() + " 通过pipeline获取channel" + ctx.pipeline().channel());
System.out.println("当前ctx的handler=" + ctx.handler());
if (msg instanceof HttpRequest){ System.out.println("ctx 类型="+ctx.getClass());
System.out.println("pipeline hashcode" + ctx.pipeline().hashCode() + " TestHttpServerHandler hash=" + this.hashCode());
System.out.println("msg 类型=" + msg.getClass()); System.out.println("客户端地址" + ctx.channel().remoteAddress());
HttpRequest httpRequest=(HttpRequest)msg; URI uri = new URI(httpRequest.uri()); if("/favicon.ico".equals(uri.getPath())) { System.out.println("请求了 favicon.ico, 不做响应"); return; }
//回复信息给浏览器 [http协议] ByteBuf content = Unpooled.copiedBuffer("hello,小六六服务器", CharsetUtil.UTF_8); //构造一个http的相应,即 httpresponse //构造一个http的相应,即 httpresponse FullHttpResponse response = new DefaultFullHttpResponse(HttpVersion.HTTP_1_1, HttpResponseStatus.OK, content);
response.headers().set(HttpHeaderNames.CONTENT_TYPE, "text/plain;charset=utf-8"); response.headers().set(HttpHeaderNames.CONTENT_LENGTH, content.readableBytes());
//将构建好 response返回 ctx.writeAndFlush(response); } }}
复制代码


  • 结果



Netty 核心组件一一讲解

大家看上面的案例我估计都很懵逼,其实小六六也是一样的,那接下来我们就要好好的学习学习它的各个组件

Bootstrap、ServerBootstrap

Bootstrap 意思是引导,一个 Netty 应用通常由一个 Bootstrap 开始,主要作用是配置整个 Netty 程序,串联各个组件,Netty 中 Bootstrap 类是客户端程序的启动引导类,ServerBootstrap 是服务端启动引导类


常见的方法有


  • 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 <T> B option(ChannelOption<T> option, T value),用来给 ServerChannel 添加配置

  • public <T> ServerBootstrap childOption(ChannelOption<T> 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

Future、ChannelFuture

  • Netty 中所有的 IO 操作都是异步的,不能立刻得知消息是否被正确处理。但是可以过一会等它执行完成或者直接注册一个监听,具体的实现就是通过 Future 和 ChannelFutures,他们可以注册一个监听,当操作执行成功或失败时监听会自动触发注册的监听事件

  • 常见的方法有

  • 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

Channel

  • Netty 网络通信的组件,能够用于执行网络 I/O 操作。

  • 通过 Channel 可获得当前网络连接的通道的状态

  • 通过 Channel 可获得 网络连接的配置参数 (例如接收缓冲区大小)

  • Channel 提供异步的网络 I/O 操作(如建立连接,读写,绑定端口),异步调用意味着任何 I/O 调用都将立即返回,并且不保证在调用结束时所请求的 I/O 操作已完成

  • 调用立即返回一个 ChannelFuture 实例,通过注册监听器到 ChannelFuture 上,可以 I/O 操作成功、失败或取消时回调通知调用方

  • 支持关联 I/O 操作与对应的处理程序

  • 不同协议、不同的阻塞类型的连接都有不同的 Channel 类型与之对应,常用的 Channel 类型:


  1. NioSocketChannel,异步的客户端 TCP Socket 连接。

  2. NioServerSocketChannel,异步的服务器端 TCP Socket 连接。

  3. NioDatagramChannel,异步的 UDP 连接。

  4. NioSctpChannel,异步的客户端 Sctp 连接。

  5. NioSctpServerChannel,异步的 Sctp 服务器端连接,这些通道涵盖了 UDP 和 TCP 网络 IO 以及文件 IO。

Selector

Netty 基于 Selector 对象实现 I/O 多路复用,通过 Selector 一个线程可以监听多个连接的 Channel 事件。当向一个 Selector 中注册 Channel 后,Selector 内部的机制就可以自动不断地查询(Select) 这些注册的 Channel 是否有已就绪的 I/O 事件(例如可读,可写,网络连接完成等),这样程序就可以很简单地使用一个线程高效地管理多个 Channel

ChannelHandler 及其实现类

  • ChannelHandler 是一个接口,处理 I/O 事件或拦截 I/O 操作,并将其转发到其 ChannelPipeline(业务处理链)中的下一个处理程序。

  • ChannelHandler 本身并没有提供很多方法,因为这个接口有许多的方法需要实现,方便使用期间,可以继承它的子类

  • ChannelHandler 及其实现类一览图


  • ChannelInboundHandler 用于处理入站 I/O 事件。

  • ChannelOutboundHandler 用于处理出站 I/O 操作。

  • //适配器

  • ChannelInboundHandlerAdapter 用于处理入站 I/O 事件。

  • ChannelOutboundHandlerAdapter 用于处理出站 I/O 操作。

  • ChannelDuplexHandler 用于处理入站和出站事件。

ChannelHandler 及其实现类

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



    //通道就绪事件    public void channelActive(ChannelHandlerContext ctx) throws Exception {        ctx.fireChannelActive();    }    //通道读取数据事件    public void channelRead(ChannelHandlerContext ctx, Object msg) throws Exception {        ctx.fireChannelRead(msg);    }    //数据读取完毕事件    public void channelReadComplete(ChannelHandlerContext ctx) throws Exception {        ctx.fireChannelReadComplete();    }   //通道发生异常事件    public void exceptionCaught(ChannelHandlerContext ctx, Throwable cause) throws Exception {        ctx.fireExceptionCaught(cause);    }
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Pipeline 和 ChannelPipeline

ChannelPipeline 是一个重点:


  • 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。(也可以这样理解:ChannelPipeline 是 保存 ChannelHandler 的 List,用于处理或拦截 Channel 的入站事件和出站操作)

  • ChannelPipeline 实现了一种高级形式的拦截过滤器模式,使用户可以完全控制事件的处理方式,以及 Channel 中各个的 ChannelHandler 如何相互交互

  • 在 Netty 中每个 Channel 都有且仅有一个 ChannelPipeline 与之对应,它们的组成关系如下


  • 一个 Channel 包含了一个 ChannelPipeline,而 ChannelPipeline 中又维护了一个由 ChannelHandlerContext 组成的双向链表,并且每个 ChannelHandlerContext 中又关联着一个 ChannelHandler

  • 入站事件和出站事件在一个双向链表中,入站事件会从链表 head 往后传递到最后一个入站的 handler,出站事件会从链表 tail 往前传递到最前一个出站的 handler,两种类型的 handler 互不干扰


常用方法


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
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ChannelHandlerContext

  • 保存 Channel 相关的所有上下文信息,同时关联一个 ChannelHandler 对象

  • 即 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


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)
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ChannelOption

Netty 在创建 Channel 实例后,一般都需要设置 ChannelOption 参数。ChannelOption 参数如下:


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。
ChannelOption.SO_KEEPALIVE一直保持连接活动状态
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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。
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EventLoopGroup 和其实现类 NioEventLoopGroup

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 WorkerEventLoopGroupWorkerEventLoopGroup 会由 next 选择其中一个 EventLoop 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

Unpooled 类

Netty 提供一个专门用来操作缓冲区(即 Netty 的数据容器)的工具类常用方法如下所示


//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 但有区别)
public static ByteBuf copiedBuffer(CharSequence string, Charset charset)
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结尾

反正大家就多熟悉熟悉哈


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