Netty基础介绍（使用场景组件模型代码示例等）

　　Netty简介
　　Netty 对 JDK 自带的 NIO 的 API 进行了良好的封装，解决了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。 Netty的使用场景
　　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： https://netty.io/wiki/related-projects.html Netty示例
　　Netty示例idea中代码结构：
　　示例代码结构
　　pom文件中添加Netty的maven依赖：      io.netty     netty-all     4.1.35.Final 
　　Netty服务端示例代码：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(3);         EventLoopGroup workerGroup = new NioEventLoopGroup(8);         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                     // 使用NioServerSocketChannel作为服务器的通道实现                     .channel(NioServerSocketChannel.class)                     // 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() {//创建通道初始化对象，设置初始化参数，在 SocketChannel 建立起来之前执行                          @Override                         protected void initChannel(SocketChannel ch) throws Exception {                             //对workerGroup的SocketChannel设置处理器，Handler示例见下面                             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ChannelFuture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();             // 给cf注册监听器，监听我们关心的事件             cf.addListener(new ChannelFutureListener() {                 @Override                 public void operationComplete(ChannelFuture future) throws Exception {                     if (cf.isSuccess()) {                         System.out.println(＂监听端口9000成功＂);                     } else {                         System.out.println(＂监听端口9000失败＂);                     }                 }             });             // 等待服务端监听端口关闭，closeFuture是异步操作             // 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，内部调用的是Object的wait()方法             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;  /**  * 自定义Handler需要继承netty规定好的某个HandlerAdapter(规范)  */ public class NettyServerHandler 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) {         System.out.println(＂客户端连接通道建立完成＂);     }      /**      * 读取客户端发送的数据      *      * @param ctx 上下文对象, 含有通道channel，管道pipeline      * @param msg 就是客户端发送的数据      * @throws Exception      */     @Override     public void channelRead(ChannelHandlerContext ctx, Object msg) {         //Channel channel = ctx.channel();         //ChannelPipeline pipeline = ctx.pipeline(); //本质是一个双向链接, 出站入站         //将 msg 转成一个 ByteBuf，类似NIO 的 ByteBuffer         ByteBuf buf = (ByteBuf) msg;         System.out.println(＂收到客户端的消息:＂ + buf.toString(CharsetUtil.UTF_8));     }      /**      * 数据读取完毕处理方法      *      * @param ctx      * @throws Exception      */     @Override     public void channelReadComplete(ChannelHandlerContext ctx) {         ByteBuf buf = Unpooled.copiedBuffer(＂HelloClient＂.getBytes(CharsetUtil.UTF_8));         ctx.writeAndFlush(buf);     }      /**      * 处理异常, 一般是需要关闭通道      *      * @param ctx      * @param cause      * @throws Exception      */     @Override     public void exceptionCaught(ChannelHandlerContext ctx, Throwable cause) {         ctx.close();     } }
　　Netty客户端示例代码：import io.netty.bootstrap.Bootstrap; 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;  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() {                         @Override                         protected void initChannel(SocketChannel ch) throws Exception {                             //加入处理器，Handler代码见下面                             ch.pipeline().addLast(new NettyClientHandler());                         }                     });              System.out.println(＂netty client start…＂);             //启动客户端去连接服务器端             ChannelFuture cf = bootstrap.connect(＂127.0.0.1＂, 9000).sync();             //对通道关闭进行监听             cf.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) {         ByteBuf buf = Unpooled.copiedBuffer(＂HelloServer＂.getBytes(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) {         ByteBuf buf = (ByteBuf) msg;         System.out.println(＂收到服务端的消息:＂ + buf.toString(CharsetUtil.UTF_8));     }      @Override     public void exceptionCaught(ChannelHandlerContext ctx, Throwable cause) {         cause.printStackTrace();         ctx.close();     } }Netty线程模型
　　Netty的线程模型如下图所示：
　　线程模型
　　模型解释 ：
　　1) Netty 抽象出两组线程池BossGroup和WorkerGroup，BossGroup专门负责接收客户端的连接, WorkerGroup专门负责网络的读写
　　2) BossGroup和WorkerGroup类型都是NioEventLoopGroup
　　3) NioEventLoopGroup 相当于一个事件循环 线程组 , 这个组中含有多个事件循环线程 ， 每一个事件循环线程是NioEventLoop
　　4) 每个NioEventLoop都有一个selector , 用于监听注册在其上的socketChannel的网络通讯
　　5) 每个Boss NioEventLoop线程内部循环执行的步骤有 3 步：
　　处理accept事件 , 与client 建立连接 , 生成 NioSocketChannel
　　将NioSocketChannel注册到某个worker NIOEventLoop上的selector
　　处理任务队列的任务 ， 即runAllTasks
　　6) 每个worker NIOEventLoop线程循环执行的步骤：
　　轮询注册到自己selector上的所有NioSocketChannel 的read, write事件
　　处理 I/O 事件， 即read , write 事件， 在对应NioSocketChannel 处理业务
　　runAllTasks处理任务队列TaskQueue的任务 ，一些耗时的业务处理一般可以放入
　　TaskQueue中慢慢处理，这样不影响数据在 pipeline 中的流动处理
　　7) 每个worker NIOEventLoop处理NioSocketChannel业务时，会使用 pipeline (管道)，管道中维护了很多 handler处理器用来处理 channel 中的数据 Netty模块组件
　　【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。
　　【Future、ChannelFuture】：
　　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 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。
　　【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 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。
　　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：   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 。
　　【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 processSelectedKeys 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。
　　【ChannelHandler】：
　　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： ChannelInboundHandler 用于处理入站  I / O  事件。 ChannelOutboundHandler 用于处理出站  I / O  操作。
　　或者使用以下适配器类： ChannelInboundHandlerAdapter 用于处理入站  I / O  事件。   ChannelOutboundHandlerAdapter 用于处理出站  I / O  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。
　　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图：
　　ChannelPipeline
　　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 readerIndex（读索引）将会根据读取的字节数递增。同样，当写 ByteBuf 时，它的 writerIndex 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 readerIndex 刚好读到了 writerIndex 写入的地方。如果 readerIndex 超过了 writerIndex 的时候，Netty 会抛出 IndexOutOf-BoundsException 异常。 声明
　　本文来自于图灵学院课堂讲义。