Netty入门 -- 什么是Netty？

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一、BIO、NIO、AIO

学习Netty需要了解BIO、NIO、AIO，具体可参考

Java网络编程IO模型 — BIO、NIO、AIO详解

二、什么是Netty？

官网介绍

Netty is an asynchronous event-driven network application framework
for rapid development of maintainable high performance protocol servers & clients.

Netty 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。

Netty 是一个 NIO 客户端服务器框架，可以快速轻松地开发协议服务器和客户端等网络应用程序。它极大地简化和流线了网络编程，例如 TCP 和 UDP 套接字服务器。

“快速和简单”并不意味着生成的应用程序会受到可维护性或性能问题的影响。Netty 是经过精心设计的，它借鉴了许多协议（如 FTP、SMTP、HTTP 以及各种基于二进制和基于文本的遗留协议）的实现经验。因此，Netty 成功地找到了一种方法，可以在不妥协的情况下实现易于开发、性能、稳定性和灵活性。

三、为什么学习Netty？

Netty在NIO的基础上进行了封装，比NIO强大，Netty使用很广泛，用的企业多，所以需要去学习，Netty支持高并发，在高并发的情况下具有良好的吞吐量，是网络通讯的首选框架

四、原生NIO存在的问题

1. NIO的类库和API繁杂，使用麻烦，需要熟练掌握Selector、ServerSocketChannel、SocketChannel、ByteBuffer等
2. 需要具备其他额外技能，要熟悉Java多线程编程，因为NIO编程涉及到Reactor模式，你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
3. 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
4. JDK NIO的Bug：例如臭名昭著的 Epoll Bug，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

五、Netty有什么好处

Netty对JDK自带的NIO的API进行了封装，解决了上述问题

1. 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
2. 使用方便，详细记录的JavaDoc，用户指南和示例，没有其它依赖项，JDK5（Netty3.x）或6（Netty4.x）就可以
3. 安全，完整的SSL/TLS和StartTLS支持
4. 社区活跃，不断更新；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

• 更高的吞吐量，更低的延迟
• 更少的资源消耗
• 最小化不必要的内存拷贝

Netty模型图

六、那些领域用到了Netty

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，一些业界著名的开源组件也基于Netty的NIO框架构建 (文章尾有详细介绍)。 2.Netty的特点 高并发 Netty是一款基于NIO（Nonblocking IO，非阻塞 IO）开发的网络通信框架，对比于BIO（Blocking IO，阻塞IO），他的并发性能得到了很大提高 。

七、Netty模型

♨️简单版本

工作原理示意图-简单版

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多线程有多个Reactor

对上图说明

1. BoosGroup线程维护Selector，只关注Accept
2. 当接受到Accept事件，获取到对应的SocketChannel，封装成NIOSocketChannel并注册到Worker线程（事件循环），并进行维护
3. 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已经加入通道。

♨️进阶版本

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

♨️详细版本

对上图的说明

1. Netty抽象出两组线程池， BossGroup专门负责客户端的连接，WorkerGroup专门负责网络的读写
2. BossGroup和WorkerGroup类型都是NIOEventLoopGroup
3. NIOEventLoopGroup相当于**一个事件循环组，**这个组中有多个事件循环，每一个事件循环是NIOEventLoop
4. 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网络通讯
5. NIOEventLoopGroup 可以有多个线程，即可以含有多个NIOEventLoop
6. 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NIoSocketChannel，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
7. 每个Worker NIOEventLoop 循环执行的步骤
   1. 轮询read，write事件
   2. 处理i/o事件，在对应的NIOSocketChannel处理
   3. 处理任务队列的任务，即runAllTasks
8. 每个Worker NIoEventLoop 处理业务时，会使用pipeline（管道）pipeline中包含了channel，即通过了pipelien可以获取到对应通道，管道中维护了很多的处理器

八、Netty入门案例 — TCP服务

✅ 需求说明

Netty服务器在6666端口监听，客户端发送消息给服务器 “Hello，服务器”

服务器可以回复消息给客户端 “hello 客户端”

✅ 效果图

✅ 核心源码

NettyServer

服务器，监听6666端口

package com.wanshi.netty.simple;

import io.netty.bootstrap.ServerBootstrap;
import io.netty.channel.*;
import io.netty.channel.nio.NioEventLoopGroup;
import io.netty.channel.socket.SocketChannel;
import io.netty.channel.socket.nio.NioServerSocketChannel;

public class NettyServer {

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        // 创建BossGroup 和 WorkerGroup
        //说明
        //1.创建2个线程组，分别是boosGroup和workerGroup
        //2.boosGroup只是处理连接请求，真正的与客户端业务处理，会交给workerGroup完成
        //3.两个都是无限循环
        //4. boosGroup 和 workerGroup 含有的子线程（NioEventLoop）的个数
        // 默认实际 CPU核数*2
        EventLoopGroup boosGroup = new NioEventLoopGroup();
        EventLoopGroup workerGroup = new NioEventLoopGroup();

        try {
            //创建服务器端的启动的对象，配置参数
            ServerBootstrap bootstrap = new ServerBootstrap();

            //使用链式编程来进行设置
            bootstrap.group(boosGroup, workerGroup) // 设置两个线程组
                    .channel(NioServerSocketChannel.class) //使用NioServerSocketChannel作为服务器的通道实现
                    .option(ChannelOption.SO_BACKLOG, 128) // 设置线程队列等待连接个数
                    .childOption(ChannelOption.SO_KEEPALIVE, true) // 设置保持活动连接状态
                    .childHandler(new ChannelInitializer<SocketChannel>() { // 创建一个通道初始化对象（匿名对象）
                        //给pipeline 设置处理器
                        @Override
                        protected void initChannel(SocketChannel socketChannel) 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
                            System.out.println("客户 SocketChannel：" + socketChannel.hashCode());
                            socketChannel.pipeline().addLast(new NettyServerHandler());
                        }
                    }); //给我们的workerGroup的某一个EventLoop的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 channelFuture = bootstrap.bind(6668).sync();
            channelFuture.addListener(new ChannelFutureListener() {
                @Override
                public void operationComplete(ChannelFuture future) throws Exception {
                    if (channelFuture.isSuccess()) {
                        System.out.println("监听端口 6668 成功");
                    } else {
                        System.out.println("监听端口 6668 失败");

                    }
                }
            });
            //对关闭通道进行监听
            channelFuture.channel().closeFuture().sync();
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            //优雅关闭
            boosGroup.shutdownGracefully();
            workerGroup.shutdownGracefully();
        }


    }
}

NettyServerHandler

服务器处理器，处理客户端发送的消息并输出到控制台，并向服务端发送消息

package com.wanshi.netty.simple;

import io.netty.buffer.ByteBuf;
import io.netty.buffer.Unpooled;
import io.netty.channel.ChannelHandlerContext;
import io.netty.channel.ChannelInboundHandlerAdapter;
import io.netty.util.CharsetUtil;

import java.util.concurrent.TimeUnit;

/**
 * 自定义一个Handler，需要继承netty规定好的某个HandlerAdapter
 * 这时我们自定义的handler才能称为一个handler
 */
public class NettyServerHandler extends ChannelInboundHandlerAdapter {

    //读取数据事件（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
     * @param ctx
     * @param msg
     * @throws Exception
     */
    @Override
    public void channelRead(ChannelHandlerContext ctx, Object msg) throws Exception {
        System.out.println("server ctx =" + ctx);
        //将 msg 转成一个ByteBuf
//        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：" + ctx.channel().remoteAddress());

        //自定义普通任务队列，将耗时长的任务加入队列，定义到NioEventLoop --> taskQueue
        ctx.channel().eventLoop().execute(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                try {
                    Thread.currentThread().sleep(10 * 1000);
                    ctx.writeAndFlush(Unpooled.copiedBuffer("hello，客户端：喵2~", CharsetUtil.UTF_8));
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        });

        ctx.channel().eventLoop().execute(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                try {
                    Thread.currentThread().sleep(20 * 1000);
                    ctx.writeAndFlush(Unpooled.copiedBuffer("hello，客户端：喵3~", CharsetUtil.UTF_8));
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        });


        //用户自定义定时任务 --》 该任务是提交到 scheduleQueue中
        ctx.channel().eventLoop().schedule(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                try {
                    Thread.currentThread().sleep(5 * 1000);
                    ctx.writeAndFlush(Unpooled.copiedBuffer("hello，客户端：喵4~", CharsetUtil.UTF_8));
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }, 5, TimeUnit.SECONDS);

        System.out.println("go ~");
    }

    /**
     * 数据读取完毕
     * @param ctx
     * @throws Exception
     */
    @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，需要对发送的数据进行编码
        ctx.writeAndFlush(Unpooled.copiedBuffer("hello，客户端：喵1~", 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();
    }
}

NettyClient

客户端，用于连接服务器

package com.wanshi.netty.simple;

import io.netty.bootstrap.Bootstrap;
import io.netty.channel.ChannelFuture;
import io.netty.channel.ChannelInitializer;
import io.netty.channel.EventLoopGroup;
import io.netty.channel.nio.NioEventLoopGroup;
import io.netty.channel.socket.SocketChannel;
import io.netty.channel.socket.nio.NioSocketChannel;

public class NettyClient {

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        //客户端需要一个事件循环组
        EventLoopGroup eventExecutors = new NioEventLoopGroup();
        try {
            //创建一个客户端启动对象
            //客户端使用的不是ServerGroup 而是Bootstrap
            Bootstrap bootstrap = new Bootstrap();

            //设置相关参数
            bootstrap.group(eventExecutors) //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 socketChannel) throws Exception {
                            socketChannel.pipeline().addLast(new NettyClientHandler()); //加入自己的处理器
                        }
                    });

            System.out.println("客户端 is ok...");

            //启动客户端去连接服务器端， netty异步模型ChannelFuture
            ChannelFuture channelFuture = bootstrap.connect("127.0.0.1", 6668).sync();
            //给关闭通道进行监听
            channelFuture.channel().closeFuture().sync();
        } finally {
            //优雅关闭线程池
            eventExecutors.shutdownGracefully();
        }

    }
}

NettyClientHandler

客户端处理器，处理服务器发送的消息输出到控制台，并向服务器发送消息

package com.wanshi.netty.simple;

import io.netty.buffer.ByteBuf;
import io.netty.buffer.Unpooled;
import io.netty.channel.ChannelHandlerContext;
import io.netty.channel.ChannelInboundHandlerAdapter;
import io.netty.util.CharsetUtil;


public class NettyClientHandler extends ChannelInboundHandlerAdapter {

    /**
     * 当通道就绪就会触发该方法
     * @param ctx
     * @throws Exception
     */
    @Override
    public void channelActive(ChannelHandlerContext ctx) throws Exception {
        System.out.println("client " + ctx);
        ctx.writeAndFlush(Unpooled.copiedBuffer("hello，服务端Server：喵~", CharsetUtil.UTF_8));
    }

    /**
     * 当通道有读取事件时，会触发
     * @param ctx
     * @param msg
     * @throws Exception
     */
    @Override
    public void channelRead(ChannelHandlerContext ctx, Object msg) throws Exception {
        //将msg转成buf
        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());
    }

	// 当通道发生异常时执行此方法    
    @Override
    public void exceptionCaught(ChannelHandlerContext ctx, Throwable cause) throws Exception {
        cause.printStackTrace();
        ctx.close();
    }
}

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⛲小结

以上就是【Bug 终结者】对Netty入门简单的理解，小编认为Java中支持三种网络编程IO模型，BIO、NIO、AIO，Netty对NIO又做了一层封装，本文我们已大致了解Netty到底是什么，Netty入门案例还需多敲，多练，方可掌握，通过本文能加固你对Netty的理解

如果这篇【文章】有帮助到你，希望可以给【Bug 终结者】点个赞，创作不易，如果有对【后端技术】、【前端领域】感兴趣的小可爱，也欢迎关注❤️❤️❤️ 【Bug 终结者】❤️❤️❤️，我将会给你带来巨大的【收获与惊喜】！