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Netty框架学习之(一):Netty框架简介

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一,Netty简介

1,什么是Netty?为什么要使用Netty?

netty是jboss提供的一个java开源框架,netty提供异步的、事件驱动的网络应用程序框架和工具,用以快速开发高性能、高可用性的网络服务器和客户端程序。也就是说netty是一个基于nio的编程框架,使用netty可以快速的开发出一个网络应用。
由于java 自带的nio api使用起来非常复杂,并且还可能出现 Epoll Bug,这使得我们使用原生的nio来进行网络编程存在很大的难度且非常耗时。但是netty良好的设计可以使开发人员快速高效的进行网络应用开发。

2,Netty的特点

2.1 设计优雅。适用于各种传输类型的统一API,阻塞和非阻塞Socket基于灵活且可扩展的事件模型,可以清晰地分离关注点。
2.2 使用方便 详细记录的Javadoc,用户指南和示例 没有其他依赖项,只需要提供JDK即可。
2.3 高性能。延迟更低,减少资源消耗,最小化不必要的内存复制。
2.4 安全完整的SSL / TLS和StartTLS支持。
2.5 社区活跃,不断更新 社区活跃,版本迭代周期短,发现的BUG可以被及时修复,同时,更多的新功能会被加入。

3,常用的使用场景

分布式开源框架中dubbo,Zookeeper,RocketMQ底层rpc通讯使用就是netty.

3.1 互联网行业

  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.
  2. 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.

3.2 游戏行业

  1. 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
  2. Netty 作为高性能的基础通信组件, 提供了 TCP/UDP 和 HTTP 协议栈,方便定制和开发私有协议栈, 账号登录服务器
  3. 地图服务器之间可以方便的通过 Netty 进行高性能的通信

二,Netty的功能特性和架构思想

1. Netty的整体架构

下面我们通过一张图片大致了解一下netty框架

前面有说,netty是基于NIO的一个网络编程框架,故而上图NIO的模型图可以最为间接的说明netty的一个基本流程--当一个Socket建立好之后,Thread并不会阻塞去接受这个Socket,而是将这个请求交给Selector,Selector会不断的去遍历所有的Socket,一旦有一个Socket建立完成,他会通知Thread,然后Thread处理完数据再返回给客户端——这个过程是不阻塞的,这样就能让一个Thread处理更多的请求了.

2.Netty线程模型


img
netty的线程模型在主从Reactor多线程模型基础上做了一定的改进,这个会在以后的文章中单独叙述,这里为了文章的完整性所以简述一下.

三,Netty核心API简介

1.Bootstrap、ServerBootstrap

  1. 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
  2. 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 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。

2.Future、ChannelFuture

  1. 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.
  2. 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

3.Channel

  1. Netty 网络通信的组件,能够用于执行网络 I/O 操作;
  2. 通过Channel 可获得当前网络连接的通道的状态;
  3. 通过Channel 可获得 网络连接的配置参数 (例如接收缓冲区大小);
  4. 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;
  5. 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;
  6. 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;
  7. 常用的 Channel 类型:
  • NioSocketChannel,异步的客户端 TCP Socket 连接;
  • NioServerSocketChannel,异步的服务器端 TCP Socket 连接;
  • NioDatagramChannel,异步的 UDP 连接;
  • NioSctpChannel,异步的客户端 Sctp 连接;
  • 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。

4.Selector

  1. 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;
  2. 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。

5.ChannelHandler 及其实现类

  1. 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。
  2. 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.
  3. ChannelHandler 及其实现结构图如下

    1)ChannelInboundHandler 用于处理入站 I/O 事件。
    2)ChannelOutboundHandler 用于处理出站 I/O 操作。
    3)ChannelInboundHandlerAdapter 适配器用于处理入站 I/O 事件。
    4)ChannelOutboundHandlerAdapter 适配器用于处理出站 I/O 操作。
    5)ChannelDuplexHandler 适配器处理入站和出站事件。
  4. Handler使用,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,下面列出一些常用的需要重写的方法.
public class ChannelInboundHandlerAdapter extends ChannelHandlerAdapter implements ChannelInboundHandler {
public ChannelInboundHandlerAdapter() {

    }
    
    public void channelRegistered(ChannelHandlerContext ctx) throws Exception {
        ctx.fireChannelRegistered();
    }

    public void channelUnregistered(ChannelHandlerContext ctx) throws Exception {
        ctx.fireChannelUnregistered();
    }
 
    //通道就绪事件
    public void channelActive(ChannelHandlerContext ctx) throws Exception {
        ctx.fireChannelActive();
    }
    
    public void channelInactive(ChannelHandlerContext ctx) throws Exception {
        ctx.fireChannelInactive();
    }
    
    //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();
    }

    public void userEventTriggered(ChannelHandlerContext ctx, Object evt) throws Exception {
        ctx.fireUserEventTriggered(evt);
    }

    public void channelWritabilityChanged(ChannelHandlerContext ctx) throws Exception {
        ctx.fireChannelWritabilityChanged();
    }
    //通道发生异常事件
    public void exceptionCaught(ChannelHandlerContext ctx, Throwable cause) throws Exception {
        ctx.fireExceptionCaught(cause);
    }
}

6.Pipeline 和 ChannelPipeline

  1. 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)
  2. 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.

7.ChannelHandlerContex

  1. 保存 Channel 相关的所有上下文信息,同时关联一个 ChannelHandler 对象;
  2. 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.
  3. 常用方法 :
    1)ChannelFuture close(),关闭通道
    2)ChannelOutboundInvoker flush(),刷新
    3)ChannelFuture writeAndFlush(Object msg) , 将 数 据 写 到 ChannelPipeline 中 当 前
    4)ChannelHandler 的下一个 ChannelHandler 开始处理(出栈).

8.ChannelOption

  1. Netty 在创建 Channel 实例后,一般都需要设置 ChannelOption 参数。
  2. 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.

9.EventLoopGroup 和其实现类 NioEventLoopGroup

  1. 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;
  2. 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;
  3. 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.

10.Unpooled 类

  1. 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
  2. 常用方法:
//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 CompositeByteBuf compositeBuffer(int maxNumComponents) {
return new CompositeByteBuf(ALLOC, false, maxNumComponents);
}

好啦,以上内容就是Netty的一个基本介绍了,希望大家互相学习共同进步.


标题:Netty框架学习之(一):Netty框架简介
作者:tangdou
地址:https://www.mmzsblog.cn/articles/2020/11/28/1606550201272.html
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