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，Netty4。x需要JDK6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TCPUDP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NettyService基于Netty框架二次封装实现。
　　netty相关开源项目：https：netty。iowikirelatedprojects。htmlNetty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：dependencygroupIdio。nettygroupIdnettyallartifactIdversion4。1。35。Finalversiondependency
　　Netty服务端示例代码：importio。netty。bootstrap。ServerBootstrap；importio。netty。channel。ChannelFuture；importio。netty。channel。ChannelInitializer；importio。netty。channel。ChannelOption；importio。netty。channel。EventLoopGroup；importio。netty。channel。nio。NioEventLoopGroup；importio。netty。channel。socket。SocketChannel；importio。netty。channel。socket。nio。NioServerSocketChannel；publicclassNettyServer｛publicstaticvoidmain（String〔〕args）throwsException｛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EventLoopGroupbossGroupnewNioEventLoopGroup（3）；EventLoopGroupworkerGroupnewNioEventLoopGroup（8）；try｛创建服务器端的启动对象ServerBootstrapbootstrapnewServerBootstrap（）；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。SOBACKLOG，1024）。childHandler（newChannelInitializerSocketChannel（）｛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OverrideprotectedvoidinitChannel（SocketChannelch）throwsException｛对workerGroup的SocketChannel设置处理器，Handler示例见下面ch。pipeline（）。addLast（newNettyServerHandler（））；｝｝）；System。out。println（nettyserverstart）；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ChannelFuturecfbootstrap。bind（9000）。sync（）；给cf注册监听器，监听我们关心的事件cf。addListener（newChannelFutureListener（）｛OverridepublicvoidoperationComplete（ChannelFuturefuture）throwsException｛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（）；｝｝｝importio。netty。buffer。ByteBuf；importio。netty。buffer。Unpooled；importio。netty。channel。ChannelHandlerContext；importio。netty。channel。ChannelInboundHandlerAdapter；importio。netty。util。CharsetUtil；自定义Handler需要继承netty规定好的某个HandlerAdapter（规范）publicclassNettyServerHandlerextendsChannelInboundHandlerAdapter｛当客户端连接服务器完成就会触发该方法paramctxthrowsExceptionOverridepublicvoidchannelActive（ChannelHandlerContextctx）｛System。out。println（客户端连接通道建立完成）；｝读取客户端发送的数据paramctx上下文对象，含有通道channel，管道pipelineparammsg就是客户端发送的数据throwsExceptionOverridepublicvoidchannelRead（ChannelHandlerContextctx，Objectmsg）｛Channelchannelctx。channel（）；ChannelPipelinepipelinectx。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ByteBufferByteBufbuf（ByteBuf）msg；System。out。println（收到客户端的消息：buf。toString（CharsetUtil。UTF8））；｝数据读取完毕处理方法paramctxthrowsExceptionOverridepublicvoidchannelReadComplete（ChannelHandlerContextctx）｛ByteBufbufUnpooled。copiedBuffer（HelloClient。getBytes（CharsetUtil。UTF8））；ctx。writeAndFlush（buf）；｝处理异常，一般是需要关闭通道paramctxparamcausethrowsExceptionOverridepublicvoidexceptionCaught（ChannelHandlerContextctx，Throwablecause）｛ctx。close（）；｝｝
　　Netty客户端示例代码：importio。netty。bootstrap。Bootstrap；importio。netty。channel。ChannelFuture；importio。netty。channel。ChannelInitializer；importio。netty。channel。EventLoopGroup；importio。netty。channel。nio。NioEventLoopGroup；importio。netty。channel。socket。SocketChannel；importio。netty。channel。socket。nio。NioSocketChannel；publicclassNettyClient｛publicstaticvoidmain（String〔〕args）throwsException｛客户端需要一个事件循环组EventLoopGroupgroupnewNioEventLoopGroup（）；try｛创建客户端启动对象注意客户端使用的不是ServerBootstrap而是BootstrapBootstrapbootstrapnewBootstrap（）；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（newChannelInitializerSocketChannel（）｛OverrideprotectedvoidinitChannel（SocketChannelch）throwsException｛加入处理器，Handler代码见下面ch。pipeline（）。addLast（newNettyClientHandler（））；｝｝）；System。out。println（nettyclientstart）；启动客户端去连接服务器端ChannelFuturecfbootstrap。connect（127。0。0。1，9000）。sync（）；对通道关闭进行监听cf。channel（）。closeFuture（）。sync（）；｝finally｛group。shutdownGracefully（）；｝｝｝importio。netty。buffer。ByteBuf；importio。netty。buffer。Unpooled；importio。netty。channel。ChannelHandlerContext；importio。netty。channel。ChannelInboundHandlerAdapter；importio。netty。util。CharsetUtil；publicclassNettyClientHandlerextendsChannelInboundHandlerAdapter｛当客户端连接服务器完成就会触发该方法paramctxthrowsExceptionOverridepublicvoidchannelActive（ChannelHandlerContextctx）｛ByteBufbufUnpooled。copiedBuffer（HelloServer。getBytes（CharsetUtil。UTF8））；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OverridepublicvoidchannelRead（ChannelHandlerContextctx，Objectmsg）｛ByteBufbuf（ByteBuf）msg；System。out。println（收到服务端的消息：buf。toString（CharsetUtil。UTF8））；｝OverridepublicvoidexceptionCaught（ChannelHandlerContextctx，Throwablecause）｛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BossNioEventLoop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workerNIOEventLoop上的selector
　　处理任务队列的任务，即runAllTasks
　　6）每个workerNIOEventLoop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IO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workerNIOEventLoop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IO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IO操作（如建立连接，读写，绑定端口），异步调用意味着任何IO调用都将立即返回，并且不保证在调用结束时所请求的IO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IO操作成功、失败或取消时回调通知调用方。
　　5）支持关联IO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TCPSocket连接。NioServerSocketChannel，异步的服务器端TCPSocket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IO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IO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IO任务和非IO任务：
　　IO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IO事件或拦截IO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IO事件。ChannelOutboundHandler用于处理出站IO操作。
　　或者使用以下适配器类：ChannelInboundHandlerAdapter用于处理入站IO事件。ChannelOutboundHandlerAdapter用于处理出站IO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IndexOutOfBoundsException异常。声明
　　本文来自于图灵学院课堂讲义。