Netty in action ——— Bootstrapping

本文是Netty文集中“Netty in action”系列的文章。主要是对Norman Maurer and Marvin Allen Wolfthal 的 《Netty in action》一书简要翻译，同时对重要点加上一些自己补充和扩展。

概要

• 引导客户端和服务器端
• 从一个Channel里的引导客户端
• 添加ChannelHandlers
• 使用ChannelOptions 和 属性

Netty使用引导的方式来使得你的应用(无论是客户端还是服务器端)同网络层隔离。

Bootstrap 类

一个服务器致力于通过一个parent channel用于接收客户端的连接并且创建child channel用于和对应的客户端的通信。然后一个客户端很可能只需要一个channel，在整个网络交互中是没有parent channel 的。正如我们所看到，这也适用于无连接的传输，如UDP，因为它们不需要一个channel在每次连接时。

AbstractBoostrap处理两个种类应用的共同引导步骤，然后特定的步骤客户端由Bootstrap、服务端有ServerBootstrap分别处理。

为什么bootstrap类是可克隆的？
在某些时候你需要创建许多相似或完全相同设置的channels。为了支持在无需创建一个新的bootstrap实例并能配置每个channel的模式，AbstractBootstrap被标志为Cloneable。在一个已经配置好的bootstrap上调用clone()方法将返回另一个可立即使用的boostrap实例。
注意，这里创建的只是一个bootstrap的EventLoopGroup的浅拷贝，所以这个EventLoopGroup会被所有拷贝生成的channels共享。这是可以理解的，作为拷贝而来的channel经常都是短暂的，一个典型的场景是一个channel的创建用于生成一个HTTP请求。

AbstractBootstrap的完整描述：
public abstract class AbstractBootstrap, C extends Channel> implements Cloneable
子类B是父类的一个类型参数，所以一个运行时期的实例引用能被返回用于支持方法链(流式语法)。如:

Bootstrap bootstrap = new Bootstrap();
bootstrap.group(workerGroup).channel(NioSocketChannel.class).handler(new MyClientInitializer());

引导一个客户端

Bootstrap负责创建客户端或使用无连接协议应用的channels。

bootstrap的bind()是用于无连接协议的。

代码示例：

引导一个客户端，该客户端使用了 NIO TCP 传输

Channel 和 EventLoopGroup 的兼容性

EventLoopGroup 和 Channel 都实现了 NIO 和 OIO 的传输。

这个兼容性是需要维护的，你不能够混合不同前缀(nio or oio)的组件使用，比如像NioEventLoopGroup 和 OioSocketChannel，否则将会触发IllegalStateException异常。

更多关于 IllegalStateException
** 在你调用bing()或connect()方法前下面的方法必须被调用，以是设置必要的组件(下面组件的设置并没有任何顺序要求)。**
① group()
② channel() or channelFactory()
③ handler() or childHandler()
handler()方法的调用特别重要，因为它需要去配置ChannelPipeline。

引导一个服务端

ServerChannel的实现负责创建child Channels，这些child Channels代表了接收的连接。

下图展示了一个ServerBootstrap在bind()时会创建一个ServerChannel，并且这个ServerChannel管理着若干child Channels。

ServerBootstrap 和 ServerChannel

代码示例：

通过一个Channel去引导一个客户端

假设你的服务端正在处理一个客户端请求，该请求要求你(即，服务端)作为第三个系统的客户端。这将发生在一个如代理服务器的应用上。在这种情况，你需要从一个ServerChannel去引导一个客户端channel。
你能够创建一个新的Bootstrap，但这不是最高效的解决方法，因为它将要求你去声明另一个EventLoop用于新的客户端Channel。这将产生附加线程，并且在从接收的channel交换数据到新的客户端channel的时候需要上下文切换。
一个比较好的解决方法是共享接收channel的EventLoop，通过传递该EventLoop给Bootstrap的group()方法来实现共享。因为所有分配给一个EventLoop的Channels都是用相同的线程，这避免了额外的线程创建和上下文切换。

在channels间共享EventL oop

代码示例：

添加多个ChannelHandlers在一个引导程序期间

Netty提供了一个ChannelInboundHandlerAdapter的特殊子类：
public abstract class ChannelInitializer extends ChannelInboundHandlerAdapter
该类定义了如下方法：
protected abstract void initChannel(C ch) throws Exception
该方法提供了一个简单的方式去添加多个ChannelHandlers到一个ChannelPipeline中。你只要简单提供ChannelInitializer实现给引导程序，一旦Channel注册到EventLoop，initChannel()方法就会被调用。在该方法返回后，ChannelInitializer实例将从ChannelPipeline中移除它自己。

代码示例：

使用Netty 的 ChannelOptions 和 attributes

你能通过option()去使用ChannelOptions到一个引导程序中。你提供的值将被自动引用于该引导程序创建的所有Channel上。ChannelOptions的可用性包括了底层连接的细节，比如keep-alive或超时属性和缓存设置。
在某些常规属性和数据不可用的情况下，Netty提供AttributeMap抽象概念，一个由通道和引导类提供的集合，以及AttributeKey ，用于插入和检索属性值的通用类。通过这些工具，你能够安全的关联任何类型的数据项到服务端或客户端的Channels。

考虑一种情况，一个服务端应用它追踪用户和channels间的关系。这能够通过存储用户ID为一个Channel的attribute来实现。一个类似的技术，基于用户ID来路由消息到相关用户或关闭一个低活跃度的channel。
示例代码：

引导一个数据报通道

Netty提供了多种DatagramChannel的实现用于无连接协议的引导程序。它和基于TCP的SocketChannel的不同仅在于，你不需要调用connect() 只需要调用bind()即可。

代码示例：

bootstrap.bind(new InetSocketAddress(0)) //调用 bind() 方法，因为该协议是无连接的

关闭

优雅的关闭你的Netty应用，你需要记住下面几点。
首先，你需要关闭EventLoopGroup，这将处理所有等待执行的事件和任务，随后释放所有的活跃线程。这是一个调用EventLoopGroup.shutdownGracefully()的问题。该调用将返回一个Future，该future在关闭完成是会进行通知。注意，shutdownGracefully()也是一个异步的操作，所以你要么去阻塞直到它完成，要么注册一个事件到future用于在完成时得到通知。
代码示例：

或者，你可以在调用EventLoopGroup.shutdownGracefully()方法前对所有活动的channel显示的调用Channel.close()方法来释放channel的资源。但是在所有情况下，记得要关闭EventLoopGroup本身。

后记

本文主要对Netty的引导概念进行了介绍，包括对NIO IO的服务端、客户端的启动引导，以及通过一个Channel去引导启动一个客户端，和如果引导一个无连接的数据报服务等等。
若文章有任何错误，望大家不吝指教:)

参考

《Netty in action》