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Netty 源码分析系列(十一)Netty 工作原理详解

这是我参与8月更文挑战的第16天,活动详情查看:8月更文挑战

前言

上一篇文章我们对 Reactor 模型进行了详细的讲解,

没看的,可以去瞅瞅:Netty 源码分析系列(十)Reactor 模型

其他关于 Netty 源码分析的文章链接如下:

Netty 源码分析系列(九)Netty 程序引导类

Netty 源码分析系列(八)Netty 如何实现零拷贝

Netty 源码分析系列(七)字节缓冲区 ByteBuf(下)

Netty 源码分析系列(六)字节缓冲区 ByteBuf(上)

Netty 源码分析系列(五)ChannelPipeline源码分析

Netty 源码分析系列(四)ChannelHandler

Netty 源码分析系列(三)Channel 概述

Netty 源码分析系列(二)Netty 架构设计

Netty 源码分析系列(一)Netty 概述

下面我们就来探究一下 Netty 模型,Netty 采用的就是 主从 Reactor 多线程模型。

Netty 模型

下图就是 Netty 的工作原理图:

image-20210815210630321

执行流程如下:

  • Netty 抽象出两组线程池 BossGroup 专门负责接收客户端的连接,WorkerGroup 专门负责网络的读写。

  • BossGroup 和 WorkerGroup 类型都是 NioEventLoopGroup

  • NioEventLoopGroup 相当于一个事件循环组,这个组中含有多个事件循环 ,每一个事件循环是 NioEventLoop

  • NioEventLoop 表示一个不断循环的执行处理任务的线程, 每个NioEventLoop 都有一个selector ,用于监听绑定在其上的 socket 的网络通讯。

  • NioEventLoopGroup 可以有多个线程,即可以含有多个 NioEventLoop

  • 每个Boss NioEventLoop 循环执行的步骤有3步 :

    • 1、轮询accept 事件 ;
    • 2、处理accept 事件 ,与 client 建立连接 ,生成 NioScocketChannel,并将其注册到某个 worker NIOEventLoop 上的 selector;
    • 3、处理任务队列的任务 , 即 runAllTasks。
  • 每个 Worker NIOEventLoop 循环执行的步骤 :

    • 1、轮询readwrite 事件 处理 I/O 事件, 即 read , write 事件;
    • 2、在对应NioScocketChannel处理;
    • 3、处理任务队列的任务 , 即 runAllTasks
  • 每个Worker NIOEventLoop 处理业务时,会使用pipeline(管道),pipeline 中包含了channel ,即通过pipeline 可以获取到对应通道,管道中维护了很多的 处理器(ChannelHandler)。

代码示例

引入Maven依赖

<dependency>
    <groupId>io.netty</groupId>
    <artifactId>netty-all</artifactId>
    <version>4.1.49.Final</version>
</dependency>
复制代码

服务端的管道处理器

public class NettyServerHandler extends ChannelInboundHandlerAdapter {

    //读取数据实际(这里我们可以读取客户端发送的消息)
    /*
    1. ChannelHandlerContext ctx:上下文对象, 含有 管道pipeline , 通道channel, 地址
    2. Object msg: 就是客户端发送的数据 默认Object
     */
    @Override
    public void channelRead(ChannelHandlerContext ctx, Object msg) throws Exception {
        System.out.println("server ctx =" + ctx);
        Channel channel = ctx.channel();
        //将 msg 转成一个 ByteBuf
        //ByteBuf 是 Netty 提供的,不是 NIO 的 ByteBuffer.
        ByteBuf buf = (ByteBuf) msg;
        System.out.println("客户端发送消息是:" + buf.toString(CharsetUtil.UTF_8));
        System.out.println("客户端地址:" + channel.remoteAddress());
    }


    //数据读取完毕
    @Override
    public void channelReadComplete(ChannelHandlerContext ctx) throws Exception {
        //writeAndFlush 是 write + flush
        //将数据写入到缓存,并刷新
        //一般讲,我们对这个发送的数据进行编码
        ctx.writeAndFlush(Unpooled.copiedBuffer("公司最近账户没啥钱,再等几天吧!", CharsetUtil.UTF_8));
    }

    //处理异常, 一般是需要关闭通道
    @Override
    public void exceptionCaught(ChannelHandlerContext ctx, Throwable cause) throws Exception {
        ctx.close();
    }
}
复制代码

服务端主程序

public class NettyServer {

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        //创建BossGroup 和 WorkerGroup
        //说明
        //1. 创建两个线程组 bossGroup 和 workerGroup
        //2. 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
        //3. 两个都是无限循环
        //4. bossGroup 和 workerGroup 含有的子线程(NioEventLoop)的个数
        //   默认实际 cpu核数 * 2
        //
        EventLoopGroup bossGroup = new NioEventLoopGroup(1);
        EventLoopGroup workerGroup = new NioEventLoopGroup(); //8
        try {
            //创建服务器端的启动对象,配置参数
            ServerBootstrap bootstrap = new ServerBootstrap();
            //使用链式编程来进行设置
            bootstrap.group(bossGroup, workerGroup) //设置两个线程组
                    .channel(NioServerSocketChannel.class) //bossGroup使用NioSocketChannel 作为服务器的通道实现
                    .option(ChannelOption.SO_BACKLOG, 128) // 设置线程队列得到连接个数 option主要是针对boss线程组,
                    .childOption(ChannelOption.SO_KEEPALIVE, true) //设置保持活动连接状态 child主要是针对worker线程组
                    .childHandler(new ChannelInitializer<SocketChannel>() {//workerGroup使用 SocketChannel创建一个通道初始化对象																														(匿名对象)
                        //给pipeline 设置处理器
                        @Override
                        protected void initChannel(SocketChannel ch) throws Exception {
                            //可以使用一个集合管理 SocketChannel, 再推送消息时,可以将业务加入到各个channel 对应的 NIOEventLoop 的 									taskQueue 或者 scheduleTaskQueue
                            ch.pipeline().addLast(new NettyServerHandler());
                        }
                    }); // 给我们的workerGroup 的 EventLoop 对应的管道设置处理器

            System.out.println(".....服务器 is ready...");
            //绑定一个端口并且同步, 生成了一个 ChannelFuture 对象
            //启动服务器(并绑定端口)
            ChannelFuture cf = bootstrap.bind(7788).sync();
            //给cf 注册监听器,监控我们关心的事件
            cf.addListener(new ChannelFutureListener() {
                @Override
                public void operationComplete(ChannelFuture future) throws Exception {
                    if (cf.isSuccess()) {
                        System.out.println("服务已启动,端口号为7788...");
                    } else {
                        System.out.println("服务启动失败...");
                    }
                }
            });
            //对关闭通道进行监听
            cf.channel().closeFuture().sync();
        } finally {
            bossGroup.shutdownGracefully();
            workerGroup.shutdownGracefully();
        }
    }
}
复制代码

NioEventLoopGroup是用来处理I/O操作的多线程事件循环器。Netty 提供了许多不同的EventLoopGroup的实现来处理不同的传输。

上面的服务端应用中,有两个NioEventLoopGroup被使用。第一个叫作bossGroup,用来接收进来的连接。第二个叫作workerGroup,用来处理已经被接收的连接,一旦 bossGroup接收连接,就会把连接的信息注册到workerGroup上。

ServerBootstrap是一个NIO服务的引导启动类。可以在这个服务中直接使用Channel

  • group方法用于 设置EventLoopGroup
  • 通过Channel方法,可以指定新连接进来的Channel类型为NioServerSocketChannel类。
  • childHandler用于指定ChannelHandler,也就是前面实现的NettyServerHandler
  • 可以通过option设置指定的Channel来实现NioServerSocketChannel的配置参数。
  • childOption主要设置SocketChannel的子Channel的选项。
  • bind用于绑定端口启动服务。

客户端管道处理器

public class NettyClientHandler extends ChannelInboundHandlerAdapter {

    //当通道就绪就会触发该方法
    @Override
    public void channelActive(ChannelHandlerContext ctx) throws Exception {
        System.out.println("client ctx =" + ctx);
        ctx.writeAndFlush(Unpooled.copiedBuffer("老板,工资什么时候发给我啊?", CharsetUtil.UTF_8));
    }

    //当通道有读取事件时,会触发
    @Override
    public void channelRead(ChannelHandlerContext ctx, Object msg) throws Exception {
        ByteBuf buf = (ByteBuf) msg;
        System.out.println("服务器回复的消息:" + buf.toString(CharsetUtil.UTF_8));
        System.out.println("服务器的地址: "+ ctx.channel().remoteAddress());
    }

    //处理异常, 一般是需要关闭通道
    @Override
    public void exceptionCaught(ChannelHandlerContext ctx, Throwable cause) throws Exception {
        cause.printStackTrace();
        ctx.close();
    }
}
复制代码

客户端主程序

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) // 设置客户端通道的实现类(反射)
                    .handler(new ChannelInitializer<SocketChannel>() {
                        @Override
                        protected void initChannel(SocketChannel ch) throws Exception {
                            ch.pipeline().addLast(new NettyClientHandler()); //加入自己的处理器
                        }
                    });
            System.out.println("客户端 ok..");
            //启动客户端去连接服务器端
            //关于 ChannelFuture 要分析,涉及到netty的异步模型
            ChannelFuture channelFuture = bootstrap.connect("127.0.0.1", 7788).sync();
            //给关闭通道进行监听
            channelFuture.channel().closeFuture().sync();
        } finally {
            group.shutdownGracefully();
        }
    }
}
复制代码

客户端只需要一个NioEventLoopGroup就可以了。

测试运行

分别启动服务器 NettyServer 和客户端 NettyClient程序

服务端控制台输出内容:

.....服务器 is ready...
服务已启动,端口号为7788...
server ctx =ChannelHandlerContext(NettyServerHandler#0, [id: 0xa1b2233c, L:/127.0.0.1:7788 - R:/127.0.0.1:63239])
客户端发送消息是:老板,工资什么时候发给我啊?
客户端地址:/127.0.0.1:63239
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客户端控制台输出内容:

客户端 ok..
client ctx =ChannelHandlerContext(NettyClientHandler#0, [id: 0x21d6f98e, L:/127.0.0.1:63239 - R:/127.0.0.1:7788])
服务器回复的消息:公司最近账户没啥钱,再等几天吧!
服务器的地址: /127.0.0.1:7788
复制代码

至此,一个简单的基于Netty开发的服务端和客户端就完成了。

总结

本篇文章主要讲解了 Netty 的工作原理及简单应用。下节我们来讲解 Netty 的编解码。

结尾

我是一个正在被打击还在努力前进的码农。如果文章对你有帮助,记得点赞、关注哟,谢谢!

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