NIO?的类库和 API?繁杂?, 使用麻烦: 需要熟练掌握Selector、?ServerSocketChannel、SocketChannel、?ByteBuffer等。
开发工作量和难度都非常大: 例如客户端面临断线重连、?网络闪断、心跳处理、半包读写、?网络拥塞和异常流的处理等等。
Netty?对 JDK?自带的?NIO?的 API?进行了良好的封装?,解决了上述问题。且Netty拥有高性能、 吞吐量更高?,延迟更?低?,减少资源消耗?,最小化不必要的内存复制等优点。
Netty?现在都在用的是4.x?,?5.x版本已经废弃?,?Netty?4.x 需要JDK?6以上版本支持
1)互联网行业:在分布式系统中?,各个节点之间需要远程服务调用?,高性能的?RPC?框架必不可少?,?Netty?作为异步?高性能的通信框架?,往往作为基础通信组件被这些?RPC?框架使用。典型的应用有?:阿里分布式服务框架?Dubbo?的 ??RPC?框架使用?Dubbo?协议进行节点间通信?,?Dubbo?协议默认使用?Netty?作为基础通信组件?,用于实现。各进程节?点之间的内部通信。?Rocketmq底层也是用的Netty作为基础通信组件。
2)游戏行业:无论是手游服务端还是大型的网络游戏?,Java?语言得到了越来越广泛的应用。?Netty?作为高性能的基?础通信组件?,它本身提供了 TCP/UDP?和?HTTP?协议栈。
3)大数据领域?:经典的?Hadoop?的高性能通信和序列化组件?Avro?的?RPC?框架?,默认采用?Netty?进行跨界点通?信?,它的?Netty?Service?基于?Netty?框架二次封装实现。
netty相关开源项目?:Netty.docs: Related projects
Netty的maven依赖:
<dependency>
<groupId>io.netty</groupId>
<artifactId>netty ‐all</artifactId>
<version>4.1.35.Final</version>
</dependency>
import io.netty.bootstrap.ServerBootstrap;
import io.netty.channel.ChannelFuture;
import io.netty.channel.ChannelInitializer;
import io.netty.channel.ChannelOption;
import io.netty.channel.EventLoopGroup;
import io.netty.channel.nio.NioEventLoopGroup;
import io.netty.channel.socket.SocketChannel;
import io.netty.channel.socket.nio.NioServerSocketChannel;
public class NettyServer {
public static void main(String[] args) throws Exception {
// 创建两个线程组bossGroup和workerGroup, 含有的子线程NioEventLoop的个数默认为cpu核数的两倍
// bossGroup只是处理连接请求 ,真正的和客户端业务处理,会交给workerGroup完成
EventLoopGroup bossGroup = new NioEventLoopGroup(1);
EventLoopGroup workerGroup = new NioEventLoopGroup();
try {
// 创建服务器端的启动对象
ServerBootstrap bootstrap = new ServerBootstrap();
// 使用链式编程来配置参数
bootstrap.group(bossGroup, workerGroup) //设置两个线程组
.channel(NioServerSocketChannel.class) //使用NioServerSocketChannel作为服务器的通道实现
// 初始化服务器连接队列大小,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。
// 多个客户端同时来的时候,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
.option(ChannelOption.SO_BACKLOG, 1024)
.childHandler(new ChannelInitializer<SocketChannel>() {//创建通道初始化对象,设置初始化参数
@Override
protected void initChannel(SocketChannel ch) throws Exception {//对workerGroup的SocketChannel设置处理器
ch.pipeline().addLast(new NettyServerHandler());
}
});
System.out.println("netty server start。。");
// 绑定一个端口并且同步, 生成了一个Channel Future异步对象,通过isDone()等方法可以判断异步事件的执行情况
// 启动服务器(并绑定端口),bind是异步操作,sync方法是等待异步操作执行完毕
ChannelFuture cf = bootstrap.bind(9000).sync();
// 对通道关闭进行监听,closeFuture是异步操作,监听通道关闭
// 通过sync方法同步等待通道关闭处理完毕,这里会阻塞等待通道关闭完成
cf.channel().closeFuture().sync();
} finally {
bossGroup.shutdownGracefully();
workerGroup.shutdownGracefully();
}
}
}
import io.netty.buffer.ByteBuf;
import io.netty.buffer.Unpooled;
import io.netty.channel.ChannelHandlerContext;
import io.netty.channel.ChannelInboundHandlerAdapter;
import io.netty.util.CharsetUtil;
public class NettyServerHandler extends ChannelInboundHandlerAdapter {
@Override
public void channelRead(ChannelHandlerContext ctx, Object msg) throws Exception {
ByteBuf buf = (ByteBuf) msg;
System.out.println("客户端发来的消息:" + buf.toString(CharsetUtil.UTF_8));
}
@Override
public void channelReadComplete(ChannelHandlerContext ctx) throws Exception {
ctx.writeAndFlush(Unpooled.copiedBuffer("Hello, 客户端~", CharsetUtil.UTF_8));
}
@Override
public void exceptionCaught(ChannelHandlerContext ctx, Throwable cause) throws Exception {
ctx.close();
}
}
import io.netty.bootstrap.Bootstrap;
import io.netty.buffer.ByteBuf;
import io.netty.buffer.Unpooled;
import io.netty.channel.ChannelFuture;
import io.netty.channel.ChannelInitializer;
import io.netty.channel.EventLoopGroup;
import io.netty.channel.nio.NioEventLoopGroup;
import io.netty.channel.socket.SocketChannel;
import io.netty.channel.socket.nio.NioSocketChannel;
import io.netty.util.CharsetUtil;
public class NettyClient {
public static void main(String[] args) throws Exception {
// 客户端需要一个事件循环组
EventLoopGroup group = new NioEventLoopGroup();
try {
// 创建客户端启动对象
// 注意客户端使用的不是 ServerBootstrap 而是 Bootstrap
Bootstrap bootstrap = new Bootstrap();
// 设置相关参数
bootstrap.group(group) // 设置线程组
.channel(NioSocketChannel.class) // 使用 NioSocketChannel 作为客户端的通道实现
.handler(new ChannelInitializer<SocketChannel>() {
@Override
protected void initChannel(SocketChannel channel) throws Exception {
// 加入处理器
channel.pipeline().addLast(new NettyClientHandler());
}
});
System.out.println("netty client start");
// 启动客户端去连接服务器端
ChannelFuture channelFuture = bootstrap.connect("127.0.0.1", 9000).sync();
// 对关闭通道进行监听
channelFuture.channel().closeFuture().sync();
} finally {
group.shutdownGracefully();
}
}
}
????????
import io.netty.buffer.ByteBuf;
import io.netty.buffer.Unpooled;
import io.netty.channel.ChannelHandlerContext;
import io.netty.channel.ChannelInboundHandlerAdapter;
import io.netty.util.CharsetUtil;
public class NettyClientHandler extends ChannelInboundHandlerAdapter {
/**
* 当客户端连接服务器完成就会触发该方法
*
* @param ctx
* @throws Exception
*/
@Override
public void channelActive(ChannelHandlerContext ctx) throws Exception {
ByteBuf buf = Unpooled.copiedBuffer("HelloServer", CharsetUtil.UTF_8);
ctx.writeAndFlush(buf);
}
// 当通道有读取事件时会触发,即服务端发送数据给客户端
@Override
public void channelRead(ChannelHandlerContext ctx, Object msg) throws Exception {
ByteBuf buf = (ByteBuf) msg;
System.out.println("收到服务端的消息 :" + buf.toString(CharsetUtil.UTF_8));
System.out.println("服务端的地址: " + ctx.channel().remoteAddress());
}
@Override
public void exceptionCaught(ChannelHandlerContext ctx, Throwable cause) throws Exception {
cause.printStackTrace();
ctx.close();
}
}
????????看完代码?,我们发现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?,让你可以专注业务的开?发?,而不需写一大堆类似NIO的网络处理操作。
可以先理解下《Scalable?IO?in?Java》这篇文章里说的一些IO处理模式?,?Netty的线程模型如下图所示:
【?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。
【?Future、Channel?Future】:
正如前面介绍?,在?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Channel?Futures?,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。
【Channel】:
Netty?网络通信的组件?,能够用于执行网络?I/O 操作。Channel?为用户提供:
1)当前网络连接的通道的状态(例如是否打开?是否已连接?)
2)?网络连接的配置参数 (例如接收缓冲区大小)
3)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。
4)调用立即返回一个 Channel?Future?实例?,通过注册监听器到 Channel?Future?上?,可以?I/O?操作成功、失败或取?消时回调通知调用方。
5)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。
下面是一些常用的 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。
6 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?。
【?NioEventLoop】:
NioEventLoop?中维护了一个线程和任务队列?,支持异步提交执行任务?,线程启动时会调用?NioEventLoop?的?run?方?法?,执行?I/O 任务和非?I/O 任务:
I/O 任务?,即 selectionKey?中?ready?的事件?,如 accept、connect、?read、write?等?,?由?processSelected?Keys?方?法触发。
非?IO?任务?,添加到 taskQueue?中的任务?,如?register0、?bind0 等任务?,?由?runAllTasks?方法触发。
【?NioEventLoopGroup】:
NioEventLoopGroup?,主要管理 eventLoop?的生命周期?,可以理解为一个线程池?,?内部维护了一组线程?,每个线程?(NioEventLoop)负责处理多个 Channel?上的事件?,而一个 Channel?只对应于一个线程。
【Channel?Handler】:
Channel?Handler?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Channel?Pipeline(业务处理链)中的?下一个处理程序。
Channel?Handler?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:
1 ChannelInboundHandler 用于处理入站 I/O 事件。
2 ChannelOutboundHandler 用于处理出站 I/O 操作。
或者使用以下适配器类:
1 ChannelInboundHandlerAdapter 用于处理入站 I/ 0 事件。
2 ChannelOutboundHandlerAdapter 用于处理出站 I/0 操作。
【ChannelHandlerContext】:
保存?Channel?相关的所有上下文信息,同时关联一个?ChannelHandler?对象。
【ChannelPipline】:
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。
????????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。
????????read事件(入站事件)和write 事件(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。
ByteBuf详解
????????从结构上来说, ByteBuf???由一串字节数组构成。数组中每个字节用来存放信息。
????????ByteBuf?提供了两个索引,?一个用于读取数据,?一个用于写入数据。这两个索引通过在字节数组中移动,来定位需要读或者写信息的位置。
????????当从?ByteBuf??读取时,它的?readerlndex????(读索引)将会根据读取的字节数递增。
同样,当写?ByteBuf??时,它的?writerlndex????也会根据写入的字节数进行递增。
需要注意的是极限的情况是?readerlndex?刚好读到了?writerlndex?写入的地方。
如果?readerlndex ???超过了?writerlndex ???的?时?候?,Netty ??会抛出?IndexOutOf-BoundsException 异常。
示例代码:
public class NettyByteBuf {
public static void main(String[] args) {
// 创建byteBuf对象,该对象内部包含一个字节数组byte[10]
// 通过readerindex和writerIndex和capacity, 将buffer分成三个区域
// 已经读取的区域:(0,readerindex)
// 可读取的区域: (readerindex,writerIndex)
// 可写的区域: (writerIndex,capacity)
ByteBuf byteBuf = Unpooled.buffer(10);
System.out.println("byteBuf=" + byteBuf);
for (int i = 0; i < 8; i++) {
byteBuf.writeByte(i);
}
System.out.println("byteBuf=" + byteBuf);
for (int i = 0; i < 5; i++) {
System.out.println(byteBuf.getByte(i));
}
System.out.println("byteBuf=" + byteBuf);
for (int i = 0; i < 5; i++) {
System.out.println(byteBuf.readByte());
}
System.out.println("byteBuf=" + byteBuf);
// 用Unpooled工具类创建ByteBuf
ByteBuf byteBuf2 = Unpooled.copiedBuffer("hello,笑傲!", CharsetUtil.UTF_8);
// 使用相关的方法
if (byteBuf2.hasArray()) {
byte[] content = byteBuf2.array();
// 将 content 转成字符串
System.out.println(new String(content, CharsetUtil.UTF_8));
System.out.println("byteBuf=" + byteBuf2);
System.out.println(byteBuf2.readerIndex()); // 0
System.out.println(byteBuf2.writerIndex()); // 12
System.out.println(byteBuf2.capacity()); // 36
System.out.println(byteBuf2.getByte(0)); // 获取数组0这个位置的字符h的ascii码,h=104
int len = byteBuf2.readableBytes(); // 可读的字节数 12
System.out.println("len=" + len);
// 使用for取出各个字节
for (int i = 0; i < len; i++) {
System.out.println((char) byteBuf2.getByte(i));
}
// 范围读取
System.out.println(byteBuf2.getCharSequence(0, 6, CharsetUtil.UTF_8));
System.out.println(byteBuf2.getCharSequence(6, 6, CharsetUtil.UTF_8));
}
}
}