给企业做网站赚钱吗,深圳微信小程序开发网站建设,html布局模板,wordpress归档页面自定义目录 前言阅读对象阅读导航前置知识课程内容一、Netty简介1.1 Netty是什么1.2 Netty有什么优势 二、第一个Netty程序2.1 Netty简单使用示例2.2 代码解读2.3 Netty的特性2.3.1 Netty的事件 2.4 Netty线程模型 三、Netty核心组件详解#xff08;未完待续#xff09;3.1 EventLo… 目录 前言阅读对象阅读导航前置知识课程内容一、Netty简介1.1 Netty是什么1.2 Netty有什么优势 二、第一个Netty程序2.1 Netty简单使用示例2.2 代码解读2.3 Netty的特性2.3.1 Netty的事件 2.4 Netty线程模型 三、Netty核心组件详解未完待续3.1 EventLoopGroup和EventLoop3.1.1 EventLoop事件循环3.1.2 NioEventLoopGroup事件循环组3.1.3 所谓异步的体现 3.2 Channel通道3.2.1 Channel接口 3.3 ChannelPipeline 和 ChannelHandlerContext3.3.1 ChannelPipeline 接口 学习总结感谢 前言
Netty啊真的是大名鼎鼎Netty之于Java网络编程相当于Spring之于Java开发。两者都是Java生态的金字塔尖的【框架】所以非常推荐Java程序员学习这个框架。 Netty有多牛逼据说曾经在性能上把谷歌公司一个用C写的网络通信框架都给人干碎了。后来后者参照了Netty的设计方案才完成了超越。 阅读对象
需要有一定的网络编程基础。如若没有请务必要学习下【阅读导航】中提到的系列上一篇文章。
另外如果你们了解【设计模式】中的【责任链模式】就更好了。因为在Netty的开发中Handler使用了【责任链模式】的方式将各个Handler链化起来。
而且很负责地告诉大家好多优秀的Java源码都有【责任链模式】的影子。所以去学习吧能帮助你阅读源码以及提升自己的编程技巧。传送门《史上最全设计模式导学目录完整版》
阅读导航
系列上一篇文章《【Netty专题】【网络编程】从OSI、TCP/IP网络模型开始到BIO、NIONetty前置知识》
前置知识
Reactor模型未完待续
课程内容
一、Netty简介
1.1 Netty是什么
Netty是由 JBOSS 提供的一个Java开源网络通信框架。它是一个【异步事件驱动】的网络应用程序框架用于快速开发可维护的高性能协议服务器和客户端。 也就是说Netty 是一个基于NIO的客户、服务器端的编程通信框架使用Netty 可以确保你快速和简单的开发出一个网络应用例如实现了某种协议的客户、服务端应用。Netty相当于简化和流线化了网络应用的编程开发过程例如基于TCP和UDP的socket服务开发。 上面有个2细节很重要 Netty是一个【异步事件驱动】的网络应用程序框架异步事件驱动如何理解Netty 是一个基于NIO的客户、服务器端的编程通信框架。NIONIONIO讲三遍 PS有心的同学这个时候应该回忆以下Java的NIO编程里面有什么组件或者细节来着 1.2 Netty有什么优势
相比传统Java Socket编程、Java NIONetty具有如下明显优势
提供了更高层次的封装API使用简单降低了网络编程开发门槛 传统的NIO开发你需要独自考虑、处理网络编程中遇到的一些常见问题。如【断线重连】、【 网络闪断】、【心跳处理】、【粘包】、【半包读写】、【网络拥塞】和【异常流】 功能强大预制了多种编解码功能 支持多种主流的协议 编解码网络编程一定要处理的环节。因为数据在网络中传输是需要转换为二进制的不可能是明文 支持的协议传输层有TCP、UDP、本地传输应用层有HTTP、WebSocket等 定制能力强通过自定义的ChannelHandler实现更灵活的拓展性能高对比其他主流的NIO框架Netty的综合性能更优成熟、稳定。Netty目前基本没有大更新了基本上已经修复了所有JDK NIO的BUG社区活跃已经经历了大规模商业应用的考验质量有保证
二、第一个Netty程序
2.1 Netty简单使用示例
话不多说我们先来简单使用一下开始我们的第一个Netty程序然后再一点一点推敲。 先导入pom
dependencygroupIdio.netty/groupIdartifactIdnetty-all/artifactIdversion4.1.42.Final /versionscopecompile/scope
/dependency然后引入服务端代码
/*** Netty服务端** author zhangshen* date 2023/10/21 14:52* slogan 编码即学习注释断语义**/
public class NettyServer {static final int PORT 9999;public static void main(String[] args) throws InterruptedException {EventLoopGroup bossEventLoopGroup new NioEventLoopGroup();EventLoopGroup wokerEventLoopGroup new NioEventLoopGroup();try {ServerBootstrap bootstrap new ServerBootstrap();bootstrap.group(bossEventLoopGroup, wokerEventLoopGroup).channel(NioServerSocketChannel.class).localAddress(new InetSocketAddress(PORT)).childHandler(new ChannelInitializerSocketChannel() {Overrideprotected void initChannel(SocketChannel ch) throws Exception {ch.pipeline().addLast(new NettyServerHandler());}});System.out.println(Netty服务端正在启动...);// 异步绑定到服务器sync()会阻塞到完成ChannelFuture channelFuture bootstrap.bind().sync();// 对通道关闭进行监听closeFuture是异步操作监听通道关闭// 通过sync()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channelFuture.channel().closeFuture().sync();} finally {bossEventLoopGroup.shutdownGracefully().sync();}}
}/*** Netty服务端自定义handler** author zhangshen* date 2023/10/21 15:01* slogan 编码即学习注释断语义**/
public class NettyServerHandler extends ChannelInboundHandlerAdapter {Overridepublic void channelActive(ChannelHandlerContext ctx) throws Exception {System.out.println(Netty服务器客户端连接已建立);super.channelActive(ctx);}Overridepublic void channelRead(ChannelHandlerContext ctx, Object msg) throws Exception {ByteBuf in (ByteBuf) msg;System.out.println(Netty服务器收到消息 in.toString(CharsetUtil.UTF_8));String responseMsg 你好啊Netty客户端;ByteBuf buf Unpooled.copiedBuffer(responseMsg, CharsetUtil.UTF_8);ctx.writeAndFlush(buf);}Overridepublic void exceptionCaught(ChannelHandlerContext ctx, Throwable cause) throws Exception {super.exceptionCaught(ctx, cause);}
}接着是Netty客户端代码示例 /*** Netty客户端代码示例** author zhangshen* date 2023/10/21 15:05* slogan 编码即学习注释断语义**/
public class NettyClient {static final int NETTY_SERVER_PORT 9999;public static void main(String[] args) throws InterruptedException {EventLoopGroup eventLoopGroup new NioEventLoopGroup();try {Bootstrap bootstrap new Bootstrap();bootstrap.group(eventLoopGroup).channel(NioSocketChannel.class).remoteAddress(new InetSocketAddress(127.0.0.1, NETTY_SERVER_PORT)).handler(new ChannelInitializerSocketChannel() {Overrideprotected void initChannel(SocketChannel ch) throws Exception {ch.pipeline().addLast(new NettyClientHandler());}});// 异步连接到服务器sync()会阻塞到完成和服务器的不同点ChannelFuture channelFuture bootstrap.connect().sync();// 阻塞当前线程直到客户端的Channel被关闭channelFuture.channel().closeFuture().sync();} finally {eventLoopGroup.shutdownGracefully().sync();}}
}/*** Netty客户端代码自定义handler** author zhangshen* date 2023/10/21 15:05* slogan 编码即学习注释断语义**/
public class NettyClientHandler extends SimpleChannelInboundHandlerByteBuf {Overrideprotected void channelRead0(ChannelHandlerContext ctx, ByteBuf msg) throws Exception {System.out.println(客户端收到消息 msg.toString(CharsetUtil.UTF_8));}Overridepublic void channelActive(ChannelHandlerContext ctx) throws Exception {String msgAfterTCP 你好啊Netty服务器;ctx.writeAndFlush(Unpooled.copiedBuffer(msgAfterTCP, CharsetUtil.UTF_8));ctx.alloc().buffer();}
}2.2 代码解读
我们先来简单总结下服务端NettyServer的流程
先声明一个ServerBootstrapBootstrap的一种、EventLoopGroup。服务端声明了2个EventLoopGroup其实1个也可以。这个跟Reactor模式有关初始化bootstrap。通过链式调用设置一些属性比如group()、localAddress()、childHandler()其实这些方法我们可以看成Java POJO中的setXxx() 。最核心的是新增了一个自定义的NettyClientHandler然后bootstrap.bind()监听通道关闭在finally块内关闭EventLoopGroup
而客户端NettyClient呢它的流程如下
先声明一个Bootstrap、EventLoopGroup初始化bootstrap。通过链式调用设置一些属性比如group()、channel()、remoteAddress()、handler()其实这些方法我们可以看成Java POJO中的setXxx() 。最核心的是新增了一个自定义的NettyServerHandler然后bootstrap.connect()监听通道关闭在finally块内关闭EventLoopGroup
看看从代码主流程来看其实客户端跟服务端基本没什么很大的区别。当然这不是主要的东西。最重要的是大家发现没有这里出现了好几个陌生的API这就是Netty提供给我们的核心组件这些组件会在后面给大家详解介绍也是本文的核心所在这些组件分别是EventLoopGroup、 BootstrapServerBootstrap、 NioServerSocketChannelNioSocketChannel、 ChannelHandler、 ChannelPipeline这个需要点进去才能看到、ByteBuf。
这些API组件有什么特别吗 同学们还记得我们说【Netty是什么吗】【Netty 是一个基于NIO的客户、服务器端的编程通信框架】啊那同学们还记得Java NIO 3个核心组件吗Channel通道、Selector多路复用器、ByteBuffer缓冲区嘛其实还要考虑一个多线程。 好了就算我不说你们通过英文翻译也稍微能一一对应上了既然Netty是基于NIO的那NIO的这些细节肯定也会被包含在Netty的组件中比如
EventLoopGroup直译【事件循环组】。NIO代码里面很多while(true)然后不断循环检测事件发生像不像对的EventLoopGroup可以看成是一个【线程池】Channel通道嘛这个大家最容易理解了。可能有些朋友还不明白Channel通道是什么其实就是BIO演变到NIO之后Socket被封装到了Channel里面
OK更多详细介绍我会在【三、Netty核心组件详解】中讲到。
2.3 Netty的特性
我们在最开始介绍Netty的时候有这么描述过它是一个【异步事件驱动】的网络应用程序框架。并且向大家抛出了这么个问题如何理解【异步事件驱动】 如果你们看了我上一篇文章其实不难理解。【异步事件驱动】【异步】【事件驱动】。
异步跟同步相对。异步在编程中的体现就是新开一条线程去处理任务事件驱动其实就是Reactor模式在Netty中的体现。Netty是基于Reactor模式设计的
只不过稍微有些不同的是Netty对于事件的定义。
2.3.1 Netty的事件
Netty 使用不同的事件来通知我们状态的改变或者是操作的状态。这使得我们能够基于已经发生的事件来触发适当的动作。Netty 事件是按照它们与入站或出站数据流的相关性进行分类的。
可能由入站数据或者相关的状态更改而触发的事件包括 连接已被激活或者连接失活数据读取用户事件错误事件 出站事件是未来将会触发的某个动作的操作结果这些动作包括 打开或者关闭到远程节点的连接将数据写到或者冲刷到套接字
每个事件都可以被分发给 ChannelHandler 类中的某个用户实现的方法既然事件分为入站和出站用来处理事件的 ChannelHandler 也被分为可以处理入站事件的 Handler 和出站事件的 Handler当然有些 Handler 既可以处理入站也可以处理出站。 Netty 提供了大量预定义的可以开箱即用的 ChannelHandler 实现包括用于各种协议如 HTTP 和 SSL/TLS的 ChannelHandler。
基于 Netty 的网络应用程序中根据业务需求会使用 Netty 已经提供的 ChannelHandler 或者自行开发 ChannelHandler这些 ChannelHandler 都放在 ChannelPipeline 中统一管理事件就会在 ChannelPipeline 中流动并被其中一个或者多个 ChannelHandler 处理。
它的原理图如下
2.4 Netty线程模型 模型解读 1 Netty 抽象出两组线程池BossGroup和WorkerGroupBossGroup专门负责接收客户端的连接, WorkerGroup专门负责网络的读写 不就是Reactor模型的主从架构吗 2BossGroup和WorkerGroup类型都是NioEventLoopGroup NIO是一种IO方式epollBIO都是。所以其实还有EpollEventLoopGroup以此类推 3NioEventLoopGroup 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继续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线程池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
三、Netty核心组件详解未完待续
我们在【2.2 代码解读】中除了简单分析了Netty服务端客户端使用流程外还给大家挖掘出了一些Netty的核心组件。分别是EventLoopGroup、 BootstrapServerBootstrap、 NioServerSocketChannelNioSocketChannel、 ChannelHandler、 ChannelPipeline这个需要点进去才能看到、ByteBuf。接下来我们就开始着手研究研究。 这些组件出现的位置大概就是代码流程【自上而下】、【自内而外】吧。
3.1 EventLoopGroup和EventLoop EventLoop直译事件循环EventLoopGroup直译事件循环组。 虽然我不知道这是啥但是基本上可以猜测后者是对前者做管理的类。所以我们还是要了解一下EventLoop先。 回想一下我们在 NIO 中是如何处理我们关心的事件的很简单就是在一个 while 循环中 select 出事件然后依次处理每种事件这不就是【事件循环】嘛。
3.1.1 EventLoop事件循环
EventLoop是Netty 的核心接口用于处理网络连接的生命周期中所发生的事件。它的类结构如下 再来看看接口定义 再看看对应的实现类 看我们用到的NioEventLoop就在里面了。如果大家翻开里面的源码会发现NioEventLoop里面有几个重要的属性我这边用伪代码写一下有一些属性是在父类中的
class NioEventLoop {Selector selector;Thread thread;QueueRunnable taskQueue;SelectedSelectionKeySet selectedKeys;
}由上面的伪代码可以看到NioEventLoop 中
维护了一条线程和任务队列是否似曾相识线程池呀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 维护了一个Selector选择器多路复用器。这个在NIO里面就是循环遍历注册在Selector上的所有Socket然后响应对应事件嘛。所以从这个东西一定能看出一个东西那就是【一个EventLoop里面肯定管理了多个Channel】维护了一个SelectionKeySet。这个不知道大家有没有印象在NIO模型中我说向Selector注册了Channel和感兴趣事件后就会被包装成一个SelectionKey
3.1.2 NioEventLoopGroup事件循环组
NioEventLoopGroup事件循环组。它是做什么的呢其实它主要干下面几件事情
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负责为每个新建的Channel分配一个 EventLoop
EventLoop的分配 异步传输实现只使用了少量的 EventLoop以及和它们相关联的 Thread而且在当前的线程模型中它们可能会被多个 Channel 所共享。这使得可以通过尽可能少量的 Thread 来支撑大量的 Channel而不是每个 Channel 分配一个ThreadEventLoop。 EventLoopGroup 负责为每个新创建的 Channel 分配一个 EventLoop。怎么实现的呢顺序分配。
在当前实现中使用顺序循环round-robin的方式进行分配以获取一个均衡的分布并且相同的 EventLoop 可能会被分配给多个 Channel。一旦一个 Channel 被分配给一个 EventLoop它将在它的整个生命周期中都使用这个EventLoop以及相关联的 Thread。
3.1.3 所谓异步的体现
我们在一开始说Netty的时候提到过Netty是一个【异步事件驱动】的网络应用程序框架。 事件驱动跟Reactor模型有关嘛看了上面的EventLoop估计有一点感觉了。那【异步】呢其实这里已经有体现了。怎么说
首先我们说了NioEventLoop它是有自己线程的所以我们服务端绑定ServerSocketChannel的时候肯定会给他分配一个EventLoop。 那么我们点开来看服务端绑定的时候是怎样的可以稍微窥见一点Netty的异步所在以及EventLoop是如何工作的。 但是追踪链比较深我只能告诉大家在服务端调用这个bind的时候会新建一条Channel并且把真正的bind操作投递给Channel里面的QueueTask任务队列里面。
3.2 Channel通道
我们在之前的NIO里面包括上文中也提到过NIO以后使用了Channel来封装Socket。但是
3.2.1 Channel接口
Channel即Java NIO编程里面的Socket。Netty 的 Channel 接口所提供的 API被用于所有的 I/O 操作bind、connect、read和 write。大大地降低了直接使用 Socket 类的复杂性。此外Channel也是拥有许多预定义的、专门化实现的广泛类层次结构的根。 由于 Channel 是独一无二的所以为了保证顺序将 Channel 声明为 java.lang.Comparable的一个子接口。因此如果两个不同的 Channel 实例都返回了相同的散列码那么AbstractChannel 中的 compareTo()方法的实现将会抛出一个 Error。
说到Channel如果大伙有手敲过上面的示例代码的话你会有点印象诶我们自己手写ChannelInboudHandler的时候貌似看到过不少如下的方法哦 我想有过自己思考的朋友估计通过英文多少能猜到了这些肯定涉及【生命周期】、【事件】之类的说法。下面就是想给大家介绍一下【Channel的生命周期】
Channel 的生命周期状态
ChannelUnregistered Channel 已经被创建但还未注册到 EventLoopChannelRegistered Channel 已经被注册到了 EventLoopChannelActive Channel 处于活动状态已经连接到它的远程节点。它现在可以接收和发送数据了ChannelInactive Channel 没有连接到远程节点
当这些状态发生改变时将会生成对应的事件。这些事件将会被转发给 ChannelPipeline中的 ChannelHandler其可以随后对它们做出响应。在我们的编程中关注 ChannelActive 和ChannelInactive 会更多一些。
重要 Channel 的方法
eventLoop返回分配给 Channel 的 EventLooppipeline返回 Channel 的 ChannelPipeline也就是说每个 Channel 都有自己的ChannelPipelineisActive如果 Channel 是活动的则返回 true。活动的定义依赖于底层的传输协议。例如一个 Socket 传输一旦连接到了远程节点便是活动的而一个 Datagram 传输一旦被打开便是活动的localAddress返回本地的 SokcetAddressremoteAddress返回远程的 SocketAddresswrite将数据写到远程节点注意这个写只是写往 Netty 内部的缓存还没有真正写往 socketflush将之前已写的数据冲刷到底层 socket 进行传输writeAndFlush一个简便的方法等同于调用 write()并接着调用 flush()
3.3 ChannelPipeline 和 ChannelHandlerContext
3.3.1 ChannelPipeline 接口
当 Channel 被创建时它将会被自动地分配一个新的 ChannelPipeline每个 Channel 都有自己的 ChannelPipeline。这项关联是永久性的。在 Netty 组件的生命周期中这是一项固定的操作不需要开发人员的任何干预。 ChannelPipeline 提供了 ChannelHandler 链的容器并定义了用于在该链上传播入站也就是从网络到业务处理和 出站也就是从业务处理到网络各种事件流的 API我们代码中的 ChannelHandler 都是放在 ChannelPipeline 中的。 使得事件流经 ChannelPipeline 是 ChannelHandler 的工作它们是在应用程序的初始化或者引导阶段被安装的。这些 ChannelHandler 对象接收事件、执行它们所实现的处理逻辑并将数据传递给链中的下一个 ChannelHandler而且 ChannelHandler 对象也完全可以拦截事件不让事件继续传递。它们的执行顺序是由它们被添加的顺序所决定的。 说到ChannelPipeline 有一个关于ChannelHandler的生命周期得跟大家伙说一说ChannelHandler 的生命周期。
学习总结
感谢
