Netty核心功能与线程模型入门示例 1.导入依赖 2.服务端代码 3.客户端代码 Netty线程模型 Netty抽象出

入门示例

1.导入依赖

<dependency>
    <groupId>io.netty</groupId>
    <artifactId>netty-all</artifactId>
    <version>4.1.35.Final</version>
</dependency>

2.服务端代码

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(1);
        EventLoopGroup workerGroup = new NioEventLoopGroup();
        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
                    .channel(NioServerSocketChannel.class) //使用NioServerSocketChannel作为服务器的通道实现
                    // 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<SocketChannel>() {//创建通道初始化对象，设置初始化参数

                        @Override
                        protected void initChannel(SocketChannel ch) throws Exception {
                            //对workerGroup的SocketChannel设置处理器
                            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");
                    }
                }
            });*/
            //对通道关闭进行监听，closeFuture是异步操作，监听通道关闭
            // 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
            cf.channel().closeFuture().sync();
        } finally {
            bossGroup.shutdownGracefully();
            workerGroup.shutdownGracefully();
        }
    }
}


/**
 * 自定义Handler需要继承netty规定好的某个HandlerAdapter(规范)
 */
public class NettyServerHandler extends ChannelInboundHandlerAdapter {

    /**
     * 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) throws Exception {
        System.out.println("服务器读取线程 " + Thread.currentThread().getName());
        //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("客户端发送消息是:" + 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) throws Exception {
        ByteBuf buf = Unpooled.copiedBuffer("HelloClient", 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) throws Exception {
        ctx.close();
    }
}

3.客户端代码

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<SocketChannel>() {
                        @Override
                        protected void initChannel(SocketChannel channel) throws Exception {
                            //加入处理器
                            channel.pipeline().addLast(new NettyClientHandler());
                        }
                    });
            System.out.println("netty client start");
            //启动客户端去连接服务器端
            ChannelFuture channelFuture = bootstrap.connect("127.0.0.1", 9000).sync();
            //对关闭通道进行监听
            channelFuture.channel().closeFuture().sync();
        } finally {
            group.shutdownGracefully();
        }
    }
}

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) throws Exception {
        ByteBuf buf = Unpooled.copiedBuffer("HelloServer", 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) throws Exception {
        ByteBuf buf = (ByteBuf) msg;
        System.out.println("收到服务端的消息:" + buf.toString(CharsetUtil.UTF_8));
        System.out.println("服务端的地址： " + ctx.channel().remoteAddress());
    }

    @Override
    public void exceptionCaught(ChannelHandlerContext ctx, Throwable cause) throws Exception {
        cause.printStackTrace();
        ctx.close();
    }
}

Netty线程模型

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专门复制网络的读写。
BossGroup和WorkerGroup类型都是NioEventLoopGroup
NioEventLoopGroup相当于一个事件循环线程组，这个组合中含有多个事件循环线程，每一个事件循环线程是NioEventLoop。即一个NioEventLoopGroup包含有多个NioEventLoop。
每个NioEventLoop都有一个selector，用于监听注册在其上的socketChannel的网络通讯。
每个Boss NioEventLoop线程内部循环执行的步骤有3步： 1.处理accept接收实现，与client建立连接，生成NioSocketChannel。
2.将NioSocketChannel注册到某个worker NioEventLoop上的selector。
3.处理任务队列任务，即runAllTasks。
每个worker NioEventLoop线程循环执行的步骤 1.轮询注册到自己selector上的所有NioSocketChannel的read/write事件。
2.处理I/O事件，即read/write事件，在对应NioSocketChannel处理业务。
3.runAllTasks处理任务队列TaskQueue的任务，一些耗时的业务处理逻辑一般可以放入TaskQueue中慢慢处理，这样在不影响数据在pipeline中流动处理。
每个worker NioEventLoop处理NioSocketChannel业务时，会使用pipeline，管道中维护了很多handler处理器来处理channel中的数据。

Netty模块组件

Bootstrap、ServerBootstrap 一个netty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是服务端启动该引导类。
Future、ChannelFuture 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ChannelFuture，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。
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：
1.ChannelInboundHandler、ChannelInboundHandlerAdapter 用于处理入站 I/O 事件。
2.ChannelOutboundHandler、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：
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。

Netty编解码

当通过Netty发送或者接受一个消息的时候，就将会发生一次数据转换。入站消息会被解码：从字节转换为另一种格式（比如java对象）；如果是出站消息，它会被编码成字节。
Netty提供了一系列实用的编码解码器，他们都实现了ChannelInboundHadnler或者ChannelOutboundHandler接口。在这些类中，channelRead方法已经被重写了。以入站为例，对于每个从入站Channel读取的消息，这个方法会被调用。随后，它将调用由已知解码器所提供的decode()方法进行解码，并将已经解码的字节转发给ChannelPipeline中的下一个ChannelInboundHandler。
Netty提供了很多编解码器，比如编解码字符串的StringEncoder和StringDecoder，编解码对象的ObjectEncoder和ObjectDecoder等。
如果要实现高效的编解码可以用protobuf，但是protobuf需要维护大量的proto文件比较麻烦，现在一般可以使用protostuff。

`protostuff`示例

引入依赖

<dependency>
    <groupId>com.dyuproject.protostuff</groupId>
    <artifactId>protostuff-api</artifactId>
    <version>1.0.10</version>
</dependency>
<dependency>
    <groupId>com.dyuproject.protostuff</groupId>
    <artifactId>protostuff-core</artifactId>
    <version>1.0.10</version>
</dependency>
<dependency>
    <groupId>com.dyuproject.protostuff</groupId>
    <artifactId>protostuff-runtime</artifactId>
    <version>1.0.10</version>
</dependency>

import com.dyuproject.protostuff.LinkedBuffer;
import com.dyuproject.protostuff.ProtostuffIOUtil;
import com.dyuproject.protostuff.Schema;
import com.dyuproject.protostuff.runtime.RuntimeSchema;

import java.util.Map;
import java.util.concurrent.ConcurrentHashMap;

/**
 * protostuff 序列化工具类，基于protobuf封装
 */
public class ProtostuffUtil {

    private static Map<Class<?>, Schema<?>> cachedSchema = new ConcurrentHashMap<Class<?>, Schema<?>>();

    private static <T> Schema<T> getSchema(Class<T> clazz) {
        @SuppressWarnings("unchecked")
        Schema<T> schema = (Schema<T>) cachedSchema.get(clazz);
        if (schema == null) {
            schema = RuntimeSchema.getSchema(clazz);
            if (schema != null) {
                cachedSchema.put(clazz, schema);
            }
        }
        return schema;
    }

    /**
     * 序列化
     *
     * @param obj
     * @return
     */
    public static <T> byte[] serializer(T obj) {
        @SuppressWarnings("unchecked")
        Class<T> clazz = (Class<T>) obj.getClass();
        LinkedBuffer buffer = LinkedBuffer.allocate(LinkedBuffer.DEFAULT_BUFFER_SIZE);
        try {
            Schema<T> schema = getSchema(clazz);
            return ProtostuffIOUtil.toByteArray(obj, schema, buffer);
        } catch (Exception e) {
            throw new IllegalStateException(e.getMessage(), e);
        } finally {
            buffer.clear();
        }
    }

    /**
     * 反序列化
     *
     * @param data
     * @param clazz
     * @return
     */
    public static <T> T deserializer(byte[] data, Class<T> clazz) {
        try {
            T obj = clazz.newInstance();
            Schema<T> schema = getSchema(clazz);
            ProtostuffIOUtil.mergeFrom(data, obj, schema);
            return obj;
        } catch (Exception e) {
            throw new IllegalStateException(e.getMessage(), e);
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        byte[] userBytes = ProtostuffUtil.serializer(new User(1, "zhuge"));
        User user = ProtostuffUtil.deserializer(userBytes, User.class);
        System.out.println(user);
    }
}

`Netty`粘包拆包

client发了两个数据包D1和D2，但是server端可能会收到以上几种情况的数据。

解决方案

消息定长度，传输的数据大小固定长度，例如每段的长度固定为100字节，如果不够空位补空格
在数据包尾部添加特殊分隔符，比如下划线，中划线等，这种方法简单易行，但选择分隔符的时候一定要注意每条数据的内部一定不能出现分隔符。
发送长度：发送每条数据的时候，将数据的长度一并发送，比如可以选择每条数据的前4位是数据的长度，应用层处理时可以根据长度来判断每条数据的开始和结束。
Netty提供了多个解码器，可以进行分包的操作，如下：
LineBasedFrameDecoder （回车换行分包）
DelimiterBasedFrameDecoder（特殊分隔符分包）
FixedLengthFrameDecoder（固定长度报文来分包）

`Netty`心跳检测

在 Netty 中, 实现心跳机制的关键是 IdleStateHandler, 看下它的构造器：

public IdleStateHandler(int readerIdleTimeSeconds, int writerIdleTimeSeconds, int allIdleTimeSeconds) {
    this((long)readerIdleTimeSeconds, (long)writerIdleTimeSeconds, (long)allIdleTimeSeconds, TimeUnit.SECONDS);
}

readerIdleTimeSeconds: 读超时. 即当在指定的时间间隔内没有从 Channel 读取到数据时, 会触发一个 READER_IDLE 的 IdleStateEvent 事件.
writerIdleTimeSeconds: 写超时. 即当在指定的时间间隔内没有数据写入到 Channel 时, 会触发一个 WRITER_IDLE 的 IdleStateEvent 事件.
allIdleTimeSeconds: 读/写超时. 即当在指定的时间间隔内没有读或写操作时, 会触发一个 ALL_IDLE 的 IdleStateEvent 事件.

`IdleStateHandler`源码

IdleStateHandler是ChannelHandler的子类。这里有个initialize的方法，这是IdleStateHandler的精髓。
这边会触发一个Task，ReaderIdleTimeoutTask。这个task里的run方法源码是这样的：

Netty核心功能与线程模型

入门示例

Netty线程模型

Netty模块组件

Netty编解码

protostuff示例

Netty粘包拆包

解决方案

Netty心跳检测

IdleStateHandler源码

`protostuff`示例

`Netty`粘包拆包

`Netty`心跳检测

`IdleStateHandler`源码