Netty网络编程

入门案例

1、服务器端代码

public class HelloServer {public static void main(String[] args) {// 1、启动器，负责装配netty组件，启动服务器new ServerBootstrap()// 2、创建 NioEventLoopGroup，可以简单理解为 线程池 + Selector.group(new NioEventLoopGroup())// 3、选择服务器的 ServerSocketChannel 实现.channel(NioServerSocketChannel.class)// 4、child 负责处理读写，该方法决定了 child 执行哪些操作// ChannelInitializer 处理器（仅执行一次）// 它的作用是待客户端SocketChannel建立连接后，执行initChannel以便添加更多的处理器.childHandler(//channel 代表和客户端进行数据读写的通道,InitiaLizer 初始化,负责添加别的handlernew ChannelInitializer<NioSocketChannel>() {@Overrideprotected void initChannel(NioSocketChannel nioSocketChannel) throws Exception {// 5、SocketChannel的处理器，使用StringDecoder解码，ByteBuf=>StringnioSocketChannel.pipeline().addLast(new StringDecoder());// 6、SocketChannel的业务处理，使用上一个处理器的处理结果//SimpleChannelInboundHandler 自定义的handlernioSocketChannel.pipeline().addLast(new SimpleChannelInboundHandler<String>() {@Override//读事件protected void channelRead(ChannelHandlerContext channelHandlerContext, String s) throws Exception {//打印上一步转换好的字符串System.out.println(s);}});}// 7、ServerSocketChannel绑定8080端口}).bind(8080);}
}

2、客户端代码

public class HelloClient {public static void main(String[] args) throws InterruptedException {new Bootstrap().group(new NioEventLoopGroup())// 选择客户 Socket 实现类，NioSocketChannel 表示基于 NIO 的客户端实现.channel(NioSocketChannel.class)// ChannelInitializer 处理器（仅执行一次）// 它的作用是待客户端SocketChannel建立连接后，执行initChannel以便添加更多的处理器.handler(new ChannelInitializer<Channel>() {@Overrideprotected void initChannel(Channel channel) throws Exception {// 消息会经过通道 handler 处理，这里是将 String => ByteBuf 编码发出channel.pipeline().addLast(new StringEncoder());}})// 指定要连接的服务器和端口.connect(new InetSocketAddress("localhost", 8080))// Netty 中很多方法都是异步的，如 connect// 这时需要使用 sync 方法等待 connect 建立连接完毕.sync()// 获取 channel 对象，它即为通道抽象，可以进行数据读写操作.channel()// 写入消并清空缓冲区,向客户端发送数据.writeAndFlush("hello world");}
}

组件解释

channel 可以理解为数据的通道
msg 理解为流动的数据，最开始输入是 ByteBuf，但经过 pipeline 中的各个 handler 加工，会变成其它类型对象，最后输出又变成 ByteBuf
handler 可以理解为数据的处理工序
- 工序有多道，合在一起就是 pipeline（传递途径），pipeline 负责发布事件（读、读取完成…）传播给每个 handler， handler 对自己感兴趣的事件进行处理（重写了相应事件处理方法）
  - pipeline 中有多个 handler，处理时会依次调用其中的 handler
- handler 分 Inbound 和 Outbound 两类
  - Inbound 入站
  - Outbound 出站
eventLoop 可以理解为处理数据的工人
- eventLoop 可以管理多个 channel 的 io 操作，并且一旦 eventLoop 负责了某个 channel，就会将其与channel进行绑定，以后该 channel 中的 io 操作都由该 eventLoop 负责
- eventLoop 既可以执行 io 操作，也可以进行任务处理，每个 eventLoop 有自己的任务队列，队列里可以堆放多个 channel 的待处理任务，任务分为普通任务、定时任务
- eventLoop 按照 pipeline 顺序，依次按照 handler 的规划（代码）处理数据，可以为每个 handler 指定不同的 eventLoop

三、组件

1、EventLoop

事件循环对象 EventLoop

EventLoop 本质是一个单线程执行器（同时维护了一个 Selector），里面有 run 方法处理一个或多个 Channel 上源源不断的 io 事件

它的继承关系如下

继承自 j.u.c.ScheduledExecutorService 因此包含了线程池中所有的方法
继承自 netty 自己的 OrderedEventExecutor
- 提供了 boolean inEventLoop(Thread thread) 方法判断一个线程是否属于此 EventLoop
- 提供了 EventLoopGroup parent() 方法来看看自己属于哪个 EventLoopGroup

事件循环组 EventLoopGroup

EventLoopGroup 是一组 EventLoop，Channel 一般会调用 EventLoopGroup 的 register 方法来绑定其中一个 EventLoop，后续这个 Channel 上的 io 事件都由此 EventLoop 来处理（保证了 io 事件处理时的线程安全）

继承自 netty 自己的 EventExecutorGroup
- 实现了 Iterable 接口提供遍历 EventLoop 的能力
- 另有 next 方法获取集合中下一个 EventLoop

处理普通与定时任务

public class TestEventLoop {public static void main(String[] args) {// 创建拥有两个EventLoop的NioEventLoopGroup，对应两个线程EventLoopGroup group = new NioEventLoopGroup(2);// 通过next方法可以获得下一个 EventLoopSystem.out.println(group.next());System.out.println(group.next());// 通过EventLoop执行普通任务group.next().execute(()->{System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " hello");});// 通过EventLoop执行定时任务group.next().scheduleAtFixedRate(()->{System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " hello2");}, 0, 1, TimeUnit.SECONDS);// 优雅地关闭group.shutdownGracefully();}
}

输出结果如下

io.netty.channel.nio.NioEventLoop@7bb11784 io.netty.channel.nio.NioEventLoop@33a10788

nioEventLoopGroup-2-1 hello

nioEventLoopGroup-2-2 hello2

nioEventLoopGroup-2-2 hello2

nioEventLoopGroup-2-2 hello2

关闭 EventLoopGroup

优雅关闭 shutdownGracefully 方法。该方法会首先切换 EventLoopGroup 到关闭状态从而拒绝新的任务的加入，然后在任务队列的任务都处理完成后，停止线程的运行。从而确保整体应用是在正常有序的状态下退出的

处理IO任务

服务器代码

public class MyServer {public static void main(String[] args) {new ServerBootstrap().group(new NioEventLoopGroup()).channel(NioServerSocketChannel.class).childHandler(new ChannelInitializer<SocketChannel>() {@Overrideprotected void initChannel(SocketChannel socketChannel) throws Exception {socketChannel.pipeline().addLast(new ChannelInboundHandlerAdapter() {@Overridepublic void channelRead(ChannelHandlerContext ctx, Object msg) throws Exception {ByteBuf buf = (ByteBuf) msg;System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " " + buf.toString(StandardCharsets.UTF_8));}});}}).bind(8080);}
}

客户端代码

public class MyClient {public static void main(String[] args) throws IOException, InterruptedException {Channel channel = new Bootstrap().group(new NioEventLoopGroup()).channel(NioSocketChannel.class).handler(new ChannelInitializer<SocketChannel>() {@Overrideprotected void initChannel(SocketChannel socketChannel) throws Exception {socketChannel.pipeline().addLast(new StringEncoder());}}).connect(new InetSocketAddress("localhost", 8080)).sync().channel();System.out.println(channel);// 此处打断点调试，调用 channel.writeAndFlush(...);System.in.read();}
}

分工

Bootstrap的group()方法可以传入两个EventLoopGroup参数，分别负责处理不同的事件

public class MyServer {public static void main(String[] args) {new ServerBootstrap()// 两个Group，第一个负责Accept连接事件，第二个负责读写事件//默认可以不用传 第一个还是1 第二个是电脑核心线程*2.group(new NioEventLoopGroup(1), new NioEventLoopGroup(2))...}
}

多个客户端分别发送 hello 结果

nioEventLoopGroup-3-1 hello1

nioEventLoopGroup-3-2 hello2

nioEventLoopGroup-3-1 hello3

nioEventLoopGroup-3-2 hello4

nioEventLoopGroup-3-2 hello4

可以看出，一个EventLoop可以负责多个Channel，且EventLoop一旦与Channel绑定，则一直负责处理该Channel中的事件

增加自定义EventLoopGroup

当有的任务需要较长的时间处理时，可以使用非NioEventLoopGroup，避免同一个NioEventLoop中的其他Channel在较长的时间内都无法得到处理

public class MyServer {public static void main(String[] args) {// 增加自定义的非NioEventLoopGroup 独立的EventLoopGroupEventLoopGroup group = new DefaultEventLoopGroup();new ServerBootstrap().group(new NioEventLoopGroup(1), new NioEventLoopGroup(2)).channel(NioServerSocketChannel.class).childHandler(new ChannelInitializer<SocketChannel>() {@Overrideprotected void initChannel(SocketChannel socketChannel) throws Exception {// 增加两个handler，第一个使用NioEventLoopGroup处理，第二个使用自定义EventLoopGroup处理socketChannel.pipeline().addLast("nioHandler",new ChannelInboundHandlerAdapter() {@Overridepublic void channelRead(ChannelHandlerContext ctx, Object msg) throws Exception {ByteBuf buf = (ByteBuf) msg;System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " " + buf.toString(StandardCharsets.UTF_8));// 将消息传给下一个handlerctx.fireChannelRead(msg);}})// 该handler绑定自定义的Group线程.addLast(group, "myHandler", new ChannelInboundHandlerAdapter() {@Overridepublic void channelRead(ChannelHandlerContext ctx, Object msg) throws Exception {ByteBuf buf = (ByteBuf) msg;System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " " + buf.toString(StandardCharsets.UTF_8));}});}}).bind(8080);}
}

启动四个客户端发送数据

nioEventLoopGroup-4-1 hello1

defaultEventLoopGroup-2-1 hello1

nioEventLoopGroup-4-2 hello2

defaultEventLoopGroup-2-2 hello2

nioEventLoopGroup-4-1 hello3

defaultEventLoopGroup-2-3 hello3

nioEventLoopGroup-4-2 hello4

defaultEventLoopGroup-2-4 hello4

可以看出，客户端与服务器之间的事件，被nioEventLoopGroup和defaultEventLoopGroup分别处理

切换的实现

不同的EventLoopGroup切换的实现原理如下

由上面的图可以看出，当handler中绑定的Group不同时，需要切换Group来执行不同的任务

static void invokeChannelRead(final AbstractChannelHandlerContext next, Object msg) {final Object m = next.pipeline.touch(ObjectUtil.checkNotNull(msg, "msg"), next);// 获得下一个EventLoop, excutor 即为 EventLoopGroupEventExecutor executor = next.executor();// 如果下一个EventLoop 在当前的 EventLoopGroup中//当前header中的线程是否和EventLoop是同一线程if (executor.inEventLoop()) {// 使用当前 EventLoopGroup 中的 EventLoop 来处理任务next.invokeChannelRead(m);} else {// 否则让另一个 EventLoopGroup 中的 EventLoop 来创建任务并执行executor.execute(new Runnable() {public void run() {next.invokeChannelRead(m);}});}
}