Netty学习笔记（三）：Netty简介、线程模型、Netty应用实例、Netty核心组件介绍
第 4 章 Netty 详解
一、Netty简介
1、NIO 存在的问题
- NIO 的类库和 API 繁杂，使用麻烦：需要熟练掌握 Selector、ServerSocketChannel、SocketChannel、ByteBuffer等。
- 需要具备其他的额外技能：要熟悉 Java 多线程编程，因为 NIO 编程涉及到 Reactor 模式，必须对多线程 和网络编程非常熟悉，才能编写出高质量的 NIO 程序。
- 开发工作量和难度都非常大：例如客户端面临断连重连、网络闪断、半包读写、失败缓存、网络拥塞和异常流
的处理等等。 - JDKNIO 的 Bug：例如臭名昭著的 EpollBug，它会导致 Selector 空轮询，最终导致 CPU100%。直到 JDK1.7
版本该问题仍旧存在，没有被根本解决。
就因为上述原因，所以JBoss基于NIO开发了Netty。
2、Netty介绍
- Netty 是由 JBOSS 提供的一个 Java 开源框架。Netty 提供异步的、基于事件驱动的网络应用程序框架，用以快速开发高性能、高可靠性的网络 IO 程序
- Netty 可以帮助你快速、简单的开发出一个网络应用，相当于简化和流程化了 NIO 的开发过程
- Netty 是目前最流行的 NIO 框架，Netty 在互联网领域、大数据分布式计算领域、游戏行业、通信行业等获得了广泛的应用，知名的 Elasticsearch 、Dubbo 框架内部都采用了 Netty。
官网：https://netty.io/
Netty is an asynchronous event-driven network application framework
for rapid development of maintainable high performance protocol servers & clients
3、Netty的优点
Netty 对 JDK 自带的 NIO 的 API 进行了封装，解决了上述NIO所带的问题。
- 设计优雅：适用于各种传输类型的统一 API 阻塞和非阻塞 Socket；基于灵活且可扩展的事件模型，可以清晰地分离关注点；高度可定制的线程模型 - 单线程，一个或多个线程池.
- 使用方便：详细记录的 Javadoc，用户指南和示例；没有其他依赖项，JDK 5（Netty 3.x）或 6（Netty 4.x）就足够了。
- 高性能、吞吐量更高：延迟更低；减少资源消耗；最小化不必要的内存复制。
- 安全：完整的 SSL/TLS 和 StartTLS 支持。
- 社区活跃、不断更新：社区活跃，版本迭代周期短，发现的 Bug 可以被及时修复，同时，更多的新功能会被加入
4、Netty版本说明
- netty版本分为 netty3.x 和 netty4.x、netty5.x
- 因为Netty5出现重大bug，已经被官网废弃了，目前推荐使用的是Netty4.x的稳定版本
- netty 下载地址： https://bintray.com/netty/downloads/netty/
二、线程模型介绍
1、线程模型基本介绍
不同的线程模式，对程序的性能有很大影响，为了搞清 Netty 线程模式，我们来系统的讲解下 各个线程模式
目前存在的线程模型有：
- 传统阻塞 I/O 服务模型 。
- Reactor 模式 。根据 Reactor 的数量和处理资源池线程的数量不同，有 3 种典型的实现
- 单 Reactor 单线程；
- 单 Reactor 多线程；
- 主从 Reactor 多线程
Netty 主要基于主从 Reactor 多线程模型做了一定的改进，其中主从 Reactor 多线程模型有多 个 Reactor
2、传统阻塞 I/O 服务模型
传统阻塞 I/O 服务模型工作原理如下图所示：
其中：黄色的框表示对象， 蓝色的框表示线程，白色的框表示方法(API)
传统阻塞 I/O 服务模型特点：
- 采用阻塞 IO 模式获取输入的数据
- 每个连接都需要独立的线程完成数据的输入，业务处理, 数据返回
传统阻塞 I/O 服务模型存在的问题：
- 当并发数很大，就会创建大量的线程，占用很大系统资源
- 连接创建后，如果当前线程暂时没有数据可读，该线程会阻塞在 read 操作，造成线程资源浪费3、
3、 Reactor 模式简介
Reactor 模式有多种翻译:1. 反应器模式 2. 分发者模式(Dispatcher)3. 通知者模式(notifier)
针对上面所述的传统阻塞 I/O 服务模型的 2 个缺点，Reactor提出了下面的解决方案：
- 基于 I/O 复用模型：多个连接共用一个阻塞对象，应用程序只需要在一个阻塞对象等待，无需阻塞等待所有连
接。当某个连接有新的数据可以处理时，操作系统通知应用程序，线程从阻塞状态返回，开始进行业务处理 - 基于线程池复用线程资源：不必再为每个连接创建线程，将连接完成后的业务处理任务分配给线程进行处理
I/O复用结合线程池，就是 Reactor 模式基本设计思想，如图：
说明：
- 通过一个或多个输入同时传递给服务处理器（ServiceHandler）的模式(基于事件驱动)
- 服务器端程序处理传入的多个请求,并将它们同步分派到相应的处理线程， 因此 Reactor 模式也叫 Dispatcher
模式 - Reactor 模式使用IO复用监听事件, 收到事件后，分发给某个线程(进程), 这点就是网络服务器高并发处理关键
Reactor 模式中 核心组成：
- Reactor：Reactor （就是服务处理器（ServiceHandler））在一个单独的线程中运行，负责监听和分发事件，分发给适当的处理程序来对 IO 事件做出反应。 它就像公司的电话接线员，它接听来自客户的电话并将线路转移到适当的联系人；
- Handlers：Handlers（就是事件处理器（EventHandler）），处理程序执行 I/O 事件要完成的实际事件，类似于客户想要与之交谈的公司中的实际官员。Reactor 通过调度适当的处理程序来响应 I/O 事件，处理程序执行非阻塞操作。
根据 Reactor 的数量和处理资源池线程的数量不同，有 3 种典型的实现，下面将分别进行介绍：
- 单 Reactor 单线程
- 单 Reactor 多线程
- 主从 Reactor 多线程
Reactor 模式具有如下的优点：
- 响应快，不必为单个同步时间所阻塞，虽然 Reactor 本身依然是同步的
- 可以最大程度的避免复杂的多线程及同步问题，并且避免了多线程/进程的切换开销
- 扩展性好，可以方便的通过增加 Reactor 实例个数来充分利用 CPU 资源
- 复用性好，Reactor 模型本身与具体事件处理逻辑无关，具有很高的复用性
4、单 Reactor 单线程模式
原理图：
原理说明：
- Select 是前面 I/O 复用模型介绍的标准网络编程 API，可以实现应用程序通过一个阻塞对象监听多路连接请求
- Reactor 对象通过 select 监控客户端请求事件, 收到事件后，通过 dispatch 进行分发
- 如果建立连接请求, 则右 Acceptor 通过 accept 处理连接请求, 然后创建一个 Handler 对象处理完成连接后的各种事件
- 如果不是连接请求，则由 reactor 分发调用连接对应的 handler 来处理
- Handler 会完成 Read→业务处理→Send 的完整业务流程
前面的 NIO 群聊系统就是单 Reactor 单线程模式
方案优缺点分析：
- 优点：模型简单，没有多线程、进程通信、竞争的问题，全部都在一个线程中完成
- 缺点：性能问题，只有一个线程，无法完全发挥多核 CPU 的性能。Handler 在处理某个连接上的业务时，整
个进程无法处理其他连接事件，很容易导致性能瓶颈 - 缺点：可靠性问题，线程意外终止，或者进入死循环，会导致整个系统通信模块不可用，不能接收和处理外部
消息，造成节点故障
使用场景：客户端的数量有限，业务处理非常快速，比如 Redis 在业务处理的时间复杂度 O(1) 的情况
5、单 Reactor 多线程模式
原理图：
原理说明：
- Reactor 对象通过 select 监控客户端请求 事件, 收到事件后，通过 dispatch 进行分发
- 如果建立连接请求, 则右 Acceptor 通过 accept 处理连接请求, 然后创建一个 Handler 对象处理完成连接后的各种事件
- 如果不是连接请求，则由 reactor 分发调用连接对应的 handler 来处理
- handler 只负责响应事件，不做具体的业务处理, 通过 read 读取数据后，会分发给后面的 worker 线程池的某个线程处理业务
- worker 线程池会分配独立线程完成真正的业务，并将结果返回给 handler
- handler 收到响应后，通过 send 将结果返回给 client
方案优缺点分析：
- 优点：可以充分的利用多核 cpu 的处理能力
- 缺点：多线程数据共享和访问比较复杂
- 缺点： reactor 处理所有的事件的监听和响应，在单线程运行， 在高并发场 景容易出现性能瓶颈.
6、主从 Reactor 多线程
针对单 Reactor 多线程模型中，Reactor 在单线程中运行，高并发场景下容易成为性能瓶颈，可以让 Reactor 在多线程中运行
工作原理图 ：
原理说明：
-
Reactor 主线程 MainReactor 对象通过 select 监听连接事件, 收到事件后，通过 Acceptor 处理连接事件
-
当 Acceptor 处理连接事件后，MainReactor 将连接分配给 SubReactor（有多个）
-
SubReactor 将连接加入到连接队列进行监听,并创建 handler 进行各种事件处理
-
当有新事件发生时， subreactor 就会调用对应的 handler 处理
-
handler 先read 读取数据，然后分发给后面的 worker 线程池处理
-
worker 线程池分配独立的 worker 线程进行业务处理，并返回结果
-
handler 收到响应的结果后，再通过 send 将结果返回给 client
-
Reactor 主线程可以对应多个 Reactor 子线程, 即 MainRecator 可以关联多个 SubReactor
原理图的另一种表示，结构和上面是类似的：
方案优缺点说明：
- 优点：父线程与子线程的数据交互简单职责明确，父线程只需要接收新连接，子线程完成后续的业务处理。
- 优点：父线程与子线程的数据交互简单，Reactor 主线程只需要把新连接传给子线程，子线程无需返回数据。
- 缺点：编程复杂度较高
这种模型在许多项目中广泛使用，包括 Nginx 主从 Reactor 多进程模型，Memcached 主从多线程， Netty 主从多线程模型的支持
三、Netty 模型
1、模型原理
Netty 主要基于主从 Reactors 多线程模型（如图）做了一定的改进，其中主从 Reactor 多线程模型有多个 Reactor
从整体上看，Netty 模型如图所示：
说明：
- BossGroup 线程维护 Selector, 只关注 Accecpt
- 当接收到 Accept 事件，获取到对应的 SocketChannel, 封装成 NIOScoketChannel 并注册到 Worker 线程(事件循环), 并进行维护
- 当 Worker 线程监听到 selector 中通道发生自己感兴趣的事件后，就进行处理(就由 handler)， 注意 handler 已经加入到通道
更加详细的的模型如下图所示：
Netty模型原理说明：
-
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
-
每个 BossNioEventLoop 循环执行的步骤有 3 步
- 轮询 accept 事件
- 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
- 处理任务队列的其他任务 ， 即 runAllTasks
-
每个 WorkerNIOEventLoop 循环执行的步骤
- 轮询 read,write 事件
- 在对应 NioScocketChannel上进行 处理 i/o 事件， 即 read,write 事件
- 处理任务队列的其他任务 ， 即 runAllTasks
-
每个WorkerNIOEventLoop 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
2、应用实例1-服务器客户端通信
Netty 服务器在 6666 端口监听，客户端能发送消息给服务器 “hello, 服务器”。服务器可以回复消息给客户端 “hello, 客户端”
注意运行前需要使用Maven导入Netty的包或者依赖
服务器端代码：
public class NettyServer {
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
//创建 bossGroup 和 workerGroup
//bossGroup 只处理连接请求，workerGroup 处理客户端业务
//两个都是无限循环
EventLoopGroup bossGroup = new NioEventLoopGroup();
EventLoopGroup workerGroup = new NioEventLoopGroup();
try {
//创建一个服务器端启动对象，并设置参数
ServerBootstrap serverBootstrap = new ServerBootstrap();
//使用链式编程来设置启动器
serverBootstrap.group(bossGroup, workerGroup) //设置两个线程组
.channel(NioServerSocketChannel.class)//设置使用NioServerSocketChannel作为服务器的通道实现
.option(ChannelOption.SO_BACKLOG, 128) //设置线程队列可以得到的连接个数
.childOption(ChannelOption.SO_KEEPALIVE, true) //设置保持活动连接状态
.childHandler(new ChannelInitializer<SocketChannel>() { //创建一个管道测试对象
//给pipeline设置处理器
@Override
protected void initChannel(SocketChannel ch) throws Exception {
//在管道中加入自定义的处理器（NettyServerHandler）
ch.pipeline().addLast(new NettyServerHandler());
}
}); //给workerGroup 的 EventLoop 对应的管道设置处理器
System.out.println("服务器 is ready");
//绑定端口并同步，生成一个 ChannelFuture对象
//启动服务器
ChannelFuture cf = serverBootstrap.bind(6666).sync();
//对关闭通道进行监听
cf.channel().closeFuture().sync();
} finally {
//关闭线程组
bossGroup.shutdownGracefully();
workerGroup.shutdownGracefully();
}
}
}NettyServerHandler：
/**
* 该类用于实际处理数据，需要继承Netty规定好的HandlerAdapter
*
*/
public class NettyServerHandler extends ChannelInboundHandlerAdapter {
/**
* 用于读取（接收）数据
* @param ctx 上下文对象，其中包含了管道pipeline，通道channel，地址等信息
* @param msg 客户端发送的信息
* @throws Exception
*/
@Override
public void channelRead(ChannelHandlerContext ctx, Object msg) throws Exception {
System.out.println("server ctx = " + ctx);
//将msg转为一个ByteBuf对象
//ByteBuf是 Netty提供的，与NIO的ByteBuffer不同
ByteBuf buf = (ByteBuf) msg;
System.out.println("客户端发送的信息是：" + buf.toString(CharsetUtil.UTF_8));
System.out.println("客户端地址为：" + ctx.channel().remoteAddress());
}
/**
* 定义数据读取完毕后的操作
* @param ctx
* @throws Exception
*/
@Override
public void channelReadComplete(ChannelHandlerContext ctx) throws Exception {
//writeAndFlush作用的是将数据写到缓冲区并发送
//需要对发送的数据进行编码
ctx.writeAndFlush(Unpooled.copiedBuffer("hello,客户端", CharsetUtil.UTF_8));
}
/**
* 处理异常，一般是关闭通道
* @param ctx
* @param cause
* @throws Exception
*/
@Override
public void exceptionCaught(ChannelHandlerContext ctx, Throwable cause) throws Exception {
ctx.close();
}
}客户端代码：
public class NettyClient {
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
//创建事件组
EventLoopGroup eventLoopGroup = new NioEventLoopGroup();
try {
//创建客户端启动对象
//注意客户端是Bootstrap，不是ServerBootstrap
Bootstrap bootstrap = new Bootstrap();
//设置相关的参数
bootstrap.group(eventLoopGroup) //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());
}
});
System.out.println("客户端 is ok");
//启动客户端连接服务器端，异步
ChannelFuture sync = bootstrap.connect(new InetSocketAddress("127.0.0.1", 6666)).sync();
//对通道关闭进行监听
sync.channel().closeFuture().sync();
} finally {
eventLoopGroup.shutdownGracefully();
}
}
}NettyClientHandler:
public class NettyClientHandler extends ChannelInboundHandlerAdapter {
//当通道就绪就会触发
@Override
public void channelActive(ChannelHandlerContext ctx) throws Exception {
System.out.println("client ctx : " + ctx);
//向服务器端发送消息
ctx.writeAndFlush(Unpooled.copiedBuffer("hello, 服务器", CharsetUtil.UTF_8));
}
//接收服务端发送的消息
@Override
public void channelRead(ChannelHandlerContext ctx, Object msg) throws Exception {
ByteBuf buf = (ByteBuf) msg;
System.out.println("服务器回复：" + buf.toString(CharsetUtil.UTF_8));
System.out.println("服务器地址：" + ctx.channel().remoteAddress());
}
//处理异常
@Override
public void exceptionCaught(ChannelHandlerContext ctx, Throwable cause) throws Exception {
cause.printStackTrace();
ctx.close();
}
}运行结果：
服务端输出：
服务器 is ready
server ctx = ChannelHandlerContext(NettyServerHandler#0, [id: 0x67909ee8, L:/127.0.0.1:6666 - R:/127.0.0.1:3991])
客户端发送的信息是：hello, 服务器
客户端地址为：/127.0.0.1:3991客户端输出：
客户端 is ok
client ctx : ChannelHandlerContext(NettyClientHandler#0, [id: 0xabaaab32, L:/127.0.0.1:3991 - R:/127.0.0.1:6666])
服务器回复：hello,客户端
服务器地址：/127.0.0.1:6666注意：
对于服务器端的 bossGroup 和 workerGroup 分别对应模型中的两个NioEventLoopGroup。其中每个NioEventLoopGroup下面NioEventLoop的数目（线程数目）默认为CPU的核数 * 2。如果需要设定，可以直接在构造函数传入，如代码第一行
//EventLoopGroup bossGroup = new NioEventLoopGroup(1);
EventLoopGroup bossGroup = new NioEventLoopGroup(1);
EventLoopGroup workerGroup = new NioEventLoopGroup();CPU的核数可以通过下面的代码查看，我的是4核，而创建的NioEventLoop就是8个
System.out.println(NettyRuntime.availableProcessors());可以在debug中看到从看到，如下图。同时也可以看出多个NioEventLoop是使用EventExecutor管理的。
任务队列中的 Task 有 3 种典型使用场景
- 用户程序自定义的普通任务
- 用户自定义定时任务
- 非当前 Reactor 线程调用 Channel 的各种方法
示例：
/**
* 该类用于实际处理数据，需要继承Netty规定好的HandlerAdapter
*
*/
public class NettyServerHandler extends ChannelInboundHandlerAdapter {
/**
* 用于读取（接收）数据
* @param ctx 上下文对象，其中包含了管道pipeline，通道channel，地址等信息
* @param msg 客户端发送的信息
* @throws Exception
*/
@Override
public void channelRead(ChannelHandlerContext ctx, Object msg) throws Exception {
//比如这里我们有一个非常耗时长的业务-> 异步执行
// -> 提交该 channel 对应的 NIOEventLoop 的 taskQueue 中,
ctx.channel().eventLoop().execute(()->{
try {
Thread.sleep(5000);
ctx.writeAndFlush(Unpooled.copiedBuffer("hello 客户端-1", CharsetUtil.UTF_8));
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
});
//这个任务和上面的任务放到同一个eventLoop的taskQueue
//所以这两个任务是串行执行的
ctx.channel().eventLoop().execute(()->{
try {
Thread.sleep(10000);
ctx.writeAndFlush(Unpooled.copiedBuffer("hello 客户端-2", CharsetUtil.UTF_8));
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
});
//解决方案 2: 用户自定义定时任务 -》 该任务是提交到 scheduledTaskQueue 中
ctx.channel().eventLoop().schedule(()->{
try {
Thread.sleep(10000);
ctx.writeAndFlush(Unpooled.copiedBuffer("hello 客户端-2", CharsetUtil.UTF_8));
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}, 5, TimeUnit.SECONDS);
}
}3、应用实例2-实现HTTP 服务
Netty 服务器在 8888 端口监听，浏览器发出请求 http://localhost:8888/
服务器可以回复消息给客户端 “Hello,客户端”, 并对特定请求资源进行过滤.
实例代码：
NettyHttpServer（Http服务器）
public class NettyHttpServer {
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
//创建 bossGroup 和 workerGroup
//bossGroup 只处理连接请求，workerGroup 处理客户端业务
//两个都是无限循环
EventLoopGroup bossGroup = new NioEventLoopGroup();
EventLoopGroup workerGroup = new NioEventLoopGroup();
try {
//创建一个服务器端启动对象，并设置参数
ServerBootstrap serverBootstrap = new ServerBootstrap();
serverBootstrap.group(bossGroup, workerGroup)
.channel(NioServerSocketChannel.class)
.childHandler(new NettyHttpServerInitializer());
ChannelFuture channelFuture = serverBootstrap.bind(8888).sync();
System.out.println("服务端 is ready");
channelFuture.channel().closeFuture().sync();
} finally {
bossGroup.shutdownGracefully();
workerGroup.shutdownGracefully();
}
}
}NettyHttpServerInitializer（Channel初始化器），可以向ChannelPipeline加入handler
public class NettyHttpServerInitializer extends ChannelInitializer<SocketChannel> {
//向管道加入处理器
@Override
protected void initChannel(SocketChannel ch) throws Exception {
//得到管道
ChannelPipeline pipeline = ch.pipeline();
//加入netty提供的httpServerCodec =》（code + decode）
//HttpServerCodec 是netty提供的http编码-解码器
pipeline.addLast(new HttpServerCodec());
//添加自定义handler
pipeline.addLast(new NettyHttpServerHandler());
}
}NettyHttpServerHandler（用于处理Http请求）
/**
* 说明：
* SimpleChannelInboundHandler 是 ChannelInboundHandlerAdapter 的子类
* HttpObject ：客户端和服务器端通信的数据被封装成 HttpObject
*/
public class NettyHttpServerHandler extends SimpleChannelInboundHandler<HttpObject> {
//读取客户端发来的数据
@Override
protected void channelRead0(ChannelHandlerContext ctx, HttpObject msg) throws Exception {
//判断是否是HttpRequest
if (msg instanceof HttpRequest) {
//对图标资源获取进行过滤
HttpRequest request = (HttpRequest) msg;
URI uri = new URI(request.uri());
if ("/favicon.ico".equals(uri.getPath())) {
System.out.println("请求了 favicon.ico ，不做响应");
return;
}
System.out.println("pipeline = " + ctx.pipeline().hashCode() + " handlder = " + this.hashCode());
System.out.println("msg 类型：" + msg.getClass());
System.out.println("客户端地址：" + ctx.channel().remoteAddress());
//回复信息给浏览器（Http协议）
ByteBuf content = Unpooled.copiedBuffer("hello,客户端", CharsetUtil.UTF_8);
//构造http响应，即httpResponse
DefaultFullHttpResponse response = new DefaultFullHttpResponse(
HttpVersion.HTTP_1_1, HttpResponseStatus.OK, content);
response.headers().set(HttpHeaderNames.CONTENT_TYPE, "text/plain;charset=utf-8");
response.headers().set(HttpHeaderNames.CONTENT_LENGTH, content.readableBytes());
//返回httpResponse
ctx.writeAndFlush(response);
}
}
}运行服务器之后，在浏览器内输入地址，可以看到下面的结果：
服务器端控制台输出：
服务端 is ready
pipeline = 1328644476 handlder = 5644135
msg 类型：class io.netty.handler.codec.http.DefaultHttpRequest
客户端地址：/0:0:0:0:0:0:0:1:8247
请求了 favicon.ico ，不做响应其中最后第5行的输出是浏览器获取图标的请求，被拦截。对应NettyHttpServerHandler类中第12~22行代码所对应的功能
另外http是连接不是长连接，每次发送请求都会重新建立连接，而且在Netty中每次处理都会生成pipeline和handlder，下面再次刷新可以看出：
服务端 is ready
pipeline = 1328644476 handlder = 5644135
msg 类型：class io.netty.handler.codec.http.DefaultHttpRequest
客户端地址：/0:0:0:0:0:0:0:1:8247
请求了 favicon.ico ，不做响应
pipeline = 99933460 handlder = 1089885134
msg 类型：class io.netty.handler.codec.http.DefaultHttpRequest
客户端地址：/0:0:0:0:0:0:0:1:8255
请求了 favicon.ico ，不做响应4、模型方案再说明
Netty 抽象出两组线程池，BossGroup 专门负责接收客户端连接，WorkerGroup 专门负责网络读写操作。
NioEventLoop 表示一个不断循环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 网络通道。
NioEventLoop 内部采用串行化设计（taskQueue），从消息的读取->解码->处理->编码->发送，始终由 IO 线程 NioEventLoop负责
其中：
- NioEventLoopGroup 下包含多个 NioEventLoop
- 每个 NioEventLoop 中包含有一个 Selector，一个 taskQueue
- 每个 NioEventLoop 的 Selector 上可以注册监听多个 NioChannel
- 每个 NioChannel 只会绑定在唯一的 NioEventLoop 上
- 每个 NioChannel 都绑定有一个自己的 ChannelPipeline
四、异步模型
1、基本介绍
-
异步的概念和同步相对。当一个异步过程调用发出后，调用者不能立刻得到结果。实际处理这个调用的组件在
完成后，通过状态、通知和回调来通知调用者。 -
Netty 中的 I/O 操作是异步的，包括 Bind、Write、Connect 等操作会简单的返回一个 ChannelFuture。
-
调用者并不能立刻获得结果，而是通过 Future-Listener 机制，用户可以方便的主动获取或者通过通知机制获得 IO 操作结果
-
Netty 的异步模型是建立在 future 和 callback 的之上的。callback 就是回调。重点说 Future，它的核心思想 是：假设一个方法 fun，计算过程可能非常耗时，等待 fun 返回显然不合适。那么可以在调用 fun 的时候，立 马返回一个 Future，后续可以通过 Future 去监控方法 fun 的处理过程(即 ： Future-Listener 机制)
2、Future -Listener 机制
- Future 表示异步的执行结果, 可以通过它提供的方法来检测执行是否完成，比如检索计算等等.
- ChannelFuture 是一个接口 ：
public interface ChannelFuture extends Future我们可以添加监听器，当监听的事件发生时，就会通知到监听器 - 当 Future 对象刚刚创建时，处于非完成状态，调用者可以通过返回的 ChannelFuture 来获取操作执行的状态，注册监听函数来执行完成后的操作。
常见有如下操作：
- 通过 isDone 方法来判断当前操作是否完成；
- 通过 isSuccess 方法来判断已完成的当前操作是否成功；
- 通过 getCause 方法来获取已完成的当前操作失败的原因
- 通过 isCancelled 方法来判断已完成的当前操作是否被取消；
- 通过 addListener 方法来注册监听器，如当操作已完成(isDone 方法返回完成)，将会通知指定的监听器；如果 Future 对象已完成，则通知指定的监听器
3、应用示例
举例说明：绑定端口是异步操作，当绑定操作处理完，将会调用相应的监听器处理逻辑
//绑定端口并同步，生成一个 ChannelFuture对象
//启动服务器
ChannelFuture cf = serverBootstrap.bind(6666).sync();
//为ChannelFuture注册监听器，监听关心的事件
cf.addListener(new ChannelFutureListener() {
@Override
public void operationComplete(ChannelFuture future) throws Exception {
if (future.isSuccess()){
System.out.println("服务器绑定 6666 端口成功");
} else {
System.out.println("服务器绑定 6666 端口失败");
}
}
});五、Netty 核心模块组件
1、 Bootstrap、ServerBootstrap
Bootstrap 意思是引导，一个 Netty 应用通常由一个 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 是服务端启动引导类
常见的方法有 ：
//该方法用于服务器端，用来设置两个 EventLoop
public ServerBootstrap group(EventLoopGroup parentGroup, EventLoopGroup childGroup);
//该方法用于客户端，用来设置一个 EventLoop
public B group(EventLoopGroup group);
//该方法用来设置一个服务器端的通道实现
public B channel(Class<? extends C> channelClass);
//用来给 ServerChannel 添加配置
public <T> B option(ChannelOption<T> option, T value);
//用来给接收到的通道添加配置
public <T> ServerBootstrap childOption(ChannelOption<T> childOption, T value);
//该方法用来设置业务处理类（自定义的 handler）
public ServerBootstrap childHandler(ChannelHandler childHandler);
//该方法用于服务器端，用来设置占用的端口号
public ChannelFuture bind(int inetPort);
//该方法用于客户端，用来连接服务器端
public ChannelFuture connect(String inetHost, int inetPort)2、Future、ChannelFuture
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 ChannelFutures，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
常见的方法有 ：
Channel channel();//返回当前正在进行 IO 操作的通道
ChannelFuture sync();//等待异步操作执行完毕3、Channel
-
Channel 是Netty 网络通信的组件，能够用于执行网络 I/O 操作。
-
通过 Channel 可获得当前网络连接的通道的状态
-
通过 Channel 可获得 网络连接的配置参数 （例如接收缓冲区大小）
-
Channel 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
-
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
-
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，常用的 Channel 类型:
- NioSocketChannel，异步的客户端 TCPSocket 连接。
- NioServerSocketChannel，异步的服务器端 TCPSocket 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
4、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
5、ChannelHandler 及其实现类
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
ChannelHandler 及其实现类一览图
- ChannelInboundHandler 用于处理入站 I/O 事件。
- ChannelOutboundHandler 用于处理出站 I/O 操作。
- ChannelInboundHandlerAdapter 用于处理入站 I/O 事件。
- ChannelOutboundHandlerAdapter 用于处理出站 I/O 操作。
- ChannelDuplexHandler 用于处理入站和出站事件。
经常需要自定义一个 Handler 类去继承 ChannelInboundHandlerAdapter，然后通过重写相应方法实现业务
逻辑，我们接下来看看一般都需要重写哪些方法
public class ChannelInboundHandlerAdapter extends ChannelHandlerAdapter implements ChannelInboundHandler {
public ChannelInboundHandlerAdapter() {
}
public void channelRegistered(ChannelHandlerContext ctx) throws Exception {
ctx.fireChannelRegistered();
}
public void channelUnregistered(ChannelHandlerContext ctx) throws Exception {
ctx.fireChannelUnregistered();
}
//通道就绪事件
public void channelActive(ChannelHandlerContext ctx) throws Exception {
ctx.fireChannelActive();
}
public void channelInactive(ChannelHandlerContext ctx) throws Exception {
ctx.fireChannelInactive();
}
//通道读取数据事件
public void channelRead(ChannelHandlerContext ctx, Object msg) throws Exception {
ctx.fireChannelRead(msg);
}
//通道读取数据完毕事件
public void channelReadComplete(ChannelHandlerContext ctx) throws Exception {
ctx.fireChannelReadComplete();
}
public void userEventTriggered(ChannelHandlerContext ctx, Object evt) throws Exception {
ctx.fireUserEventTriggered(evt);
}
public void channelWritabilityChanged(ChannelHandlerContext ctx) throws Exception {
ctx.fireChannelWritabilityChanged();
}
//通道发生异常事件
public void exceptionCaught(ChannelHandlerContext ctx, Throwable cause) throws Exception {
ctx.fireExceptionCaught(cause);
}
}6、Pipeline 和 ChannelPipeline
ChannelPipeline 是一个 Handler 的集合，它负责处理和拦截 inbound 或者 outbound 的事件和操作，相当于 一个贯穿 Netty 的链。(也可以这样理解：ChannelPipeline 是 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 （就是ctx）组成的双向链表，并且每个 ChannelHandlerContext 中又关联着一个 ChannelHandler
- 入站事件和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
常用方法:
ChannelPipeline addFirst(ChannelHandler... handlers)：把一个业务处理类（handler）添加到链中的第一个位置ChannelPipeline addLast(ChannelHandler... handlers)：把一个业务处理类（handler）添加到链中的最后一个位置
7、ChannelHandlerContext
保存 Channel 相关的所有上下文信息，同时关联一个 ChannelHandler 对象
ChannelHandlerContext 中 包 含 一 个 具 体 的 事 件 处 理 器 ChannelHandler ， 同 时ChannelHandlerContext 中也绑定了对应的 pipeline 和 Channel 的信息，方便对 ChannelHandler进行调用.
常用方法：
ChannelFuture close()：关闭通道ChannelOutboundInvoker flush()：刷新ChannelFuture writeAndFlush(Object msg)： 将 数据写到 ChannelPipeline 中当前ChannelHandler 的下一个 ChannelHandler 开始处理（出站）
8、ChannelOption
Netty 在创建 Channel 实例后,一般都需要设置 ChannelOption 参数。
ChannelOption 参数如下:
- ChannelOption.SO_BACKLOG：对应 TCP/IP 协议 listen 函数中的 backlog 参数，用来初始化服务器可连接队列大小。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，backlog 参数指定了队列的大小。
- ChannelOption.SO_KEEPALIVE：设置一直保持连接活动状态
9、EventLoopGroup 和其实现类 NioEventLoopGroup
EventLoopGroup 是一组 EventLoop 的抽象，Netty 为了更好的利用多核 CPU 资源，一般会有多个 EventLoop 同时工作，每个 EventLoop 维护着一个 Selector 实例。
EventLoopGroup 提供 next 接口，可以从组里面按照一定规则获取其中一个 EventLoop来处理任务。
在 Netty 服务器端编程中，我们一般都需要提供两个 EventLoopGroup，例如：BossEventLoopGroup 和 WorkerEventLoopGroup。
通常一个服务端口即一个 ServerSocketChannel对应一个Selector 和一个EventLoop线程。BossEventLoop 负责接收客户端的连接并将 SocketChannel 交给 WorkerEventLoopGroup 来进行 IO 处理，如下图所示
- BossEventLoopGroup 通常是一个单线程的 EventLoop，EventLoop 维护着一个注册了ServerSocketChannel 的 Selector 实例。BossEventLoop 不断轮询， Selector 将连接事件分离出来
- 连接完成后，将接收到的 SocketChannel 交给 WorkerEventLoopGroup
- WorkerEventLoopGroup 会由 next 选择其中一个 EventLoop来将这个 SocketChannel 注册到其维护的 Selector 并对其后续的 IO 事件进行处理
常用方法：
public NioEventLoopGroup()：构造方法public Future shutdownGracefully()：断开连接，关闭线程
10、Unpooled 类
Unpooled 类是Netty 提供一个专门用来操作缓冲区(即Netty的数据容器，如ByteBuf)的工具类
常用方法：
////通过给定的数据和字符编码返回一个 ByteBuf 对象（类似于 NIO 中的 ByteBuffer 但有区别）
public static ByteBuf copiedBuffer(CharSequence string, Charset charset);
//使用
ByteBuf content = Unpooled.copiedBuffer("hello,客户端", CharsetUtil.UTF_8);使用示例：
public class NettyByteBuf01 {
public static void main(String[] args) {
//创建一个ByteBuf
//说明
//1. 创建 对象，该对象包含一个数组arr , 是一个byte[10]
//2. 在netty 的buffer中，不需要使用flip 进行反转
// 底层维护了 readerindex 和 writerIndex
//3. 通过 readerindex 和 writerIndex 和 capacity， 将buffer分成三个区域
// 0---readerindex 已经读取的区域
// readerindex---writerIndex ， 可读的区域
// writerIndex -- capacity, 可写的区域
ByteBuf buffer = Unpooled.buffer(10);
for(int i = 0; i < 10; i++) {
buffer.writeByte(i);
}
System.out.println("capacity=" + buffer.capacity());//10
//输出
// for(int i = 0; i
// System.out.println(buffer.getByte(i));
// }
for(int i = 0; i < buffer.capacity(); i++) {
System.out.println(buffer.readByte());
}
System.out.println("执行完毕");
}
} public class NettyByteBuf02 {
public static void main(String[] args) {
//创建ByteBuf
ByteBuf byteBuf = Unpooled.copiedBuffer("hello,world!", Charset.forName("utf-8"));
//使用相关的方法
if(byteBuf.hasArray()) { // true
byte[] content = byteBuf.array();
//将 content 转成字符串
System.out.println(new String(content, Charset.forName("utf-8")));
System.out.println("byteBuf=" + byteBuf);
System.out.println(byteBuf.arrayOffset()); // 0
System.out.println(byteBuf.readerIndex()); // 0
System.out.println(byteBuf.writerIndex()); // 12
System.out.println(byteBuf.capacity()); // 36
//System.out.println(byteBuf.readByte()); //
System.out.println(byteBuf.getByte(0)); // 104
int len = byteBuf.readableBytes(); //可读的字节数 12
System.out.println("len=" + len);
//使用for取出各个字节
for(int i = 0; i < len; i++) {
System.out.println((char) byteBuf.getByte(i));
}
//按照某个范围读取
System.out.println(byteBuf.getCharSequence(0, 4, Charset.forName("utf-8")));
System.out.println(byteBuf.getCharSequence(4, 6, Charset.forName("utf-8")));
}
}
}