Netty核心技术五--Netty高性能架构设计

1. 线程模型基本介绍

1. 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， 最后看看Netty 线程模型有什么优越性.
2. 目前存在的线程模型有:
   • 传统阻塞 I/O 服务模型
   • Reactor 模式
3. 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
4. Netty 线程模式(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

2.1 工作原理图

• 蓝色的框表示线程
• 黄色的框表示对象，
• 白色的框表示方法(API)

2.2 模型特点

1. 采用阻塞IO模式获取输入的数据
2. 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

2.3 问题分析

1. 当并发数很大，就会创建大量的线程，占用很大系统资源
2. 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. Reactor 模式

3.1 针对传统阻塞 I/O 服务模型的 2 个缺点，解决方案：

1. 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Reactor 对应的叫法: 1. 反应器模式 2. 分发者模式(Dispatcher) 3. 通知者模式(notifier)
2. 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，一个线程可以处理多个连接的业务。

3.2 I/O 复用结合线程池，就是 Reactor 模式基本设计思想， 如图：

1. Reactor 模式，通过一个或多个输 入同时传递给服务处理器的模式 (基于事件驱动)
2. 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
3. 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

3.3 Reactor 模式中 核心组成：

1. Reactor：Reactor 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；
2. Handlers：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。

3.4 单 Reactor 单线程

3.4.1 工作原理及示意图

1. 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
2. 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
3. 如果是建立连接请求事件，则由 Acceptor 通过Accept 处理连接请求，然后创建一个Handler 对象处理连接完成后的后续业务处理
4. 如果不是建立连接事件，则 Reactor 会分发调用连接对应的Handler 来响应
5. Handler 会完成 Read→业务处理→Send 的完整业务流程

在Netty核心技术三中第四章节的应用实例六--群聊系统就是单 Reactor 单线程

• 结合实例：服务器端用一个线程通过多路复用搞定所有的IO 操作（包括连接，读、写等），编码简单，清晰明了，但是如果客户端连接数量较多，将无法支撑，前面的NIO案例就属于这种模型。
• 但是实例中没有写对应的handler,只需要将对应处理方法封装为一个个的handler就与图中一致了

3.4.2 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

3.5 单Reactor多线程

3.5.1 工作原理及示意图

1. 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
2. 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
3. 如果不是连接请求，则由reactor分发调用连接对 应的handler 来处理
4. 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
5. 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
6. handler收到响应后，通过send 将结果返回给 client

3.5.2 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， 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.

3.6 主从 Reactor 多线程

3.6.1 工作原理及示意图

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

1. 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
2. 当 Acceptor 处理连接事件后，MainReactor 将连接分配给 SubReactor
3. 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
4. 当有新事件发生时， subreactor 就会调用对应的handler处 理
5. handler 通过read 读取数据，分发给后面的worker 线程处理
6. worker 线程池分配独立的worker 线程进行业务处理，并返 回结果

3.6.2 Scalable IO in Java 对 Multiple Reactors 的原理图解

3.6.3 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

结合实例：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

3.7 Reactor 模式小结

1. 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
2. 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
3. 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
4. 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. Netty模型

4.1 工作原理示意图1-简单版

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

1. BossGroup 线程维护Selector , 只关注Accecpt
2. 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
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 已经加入到通道

4.2 工作原理示意图2-进阶版

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 Reacto

1. BossGroup 中有多个循环事件NioEventLoop,每一个NioEventLoop都有一个selector
2. WorkerGroup 中有多个循环事件NioEventLoop,每一个NioEventLoop都有一个selector
3. 较之简单版:一个BossGroup 或者WorkerGroup 可以有多个selector,每一个selector由一个循环事件NioEventLoop来封装执行

4.3 工作原理示意图-详细版

下图中的标识有些不准确:

1. NioEventGroup应为NioEventLoop
2. BossGroup和NioEventLoop之间应该再包一层NioEventLoopGroup

1. 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
2. BossGroup 和 WorkerGroup 类型都是 NioEventLoopGroup
3. NioEventLoopGroup 相当于一个事件循环组, 这个组中含有多个事件循 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的网络 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NioScocketChannel , 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， 即read , write 事件，在对应NioScocketChannel 处理
   3. 处理任务队列的任务 ， 即 runAllTasks
8. 每个WorkerNIOEventLoop处理业务时，会使用pipeline(管道)
   • pipeline中包含了channel,即通过pipeline可以获取到对应的通道;
   • 管道中维护了很多处理器

5. Netty快速入门实例-TCP服务

实例要求：

1. 使用IDEA 创建Netty项目
2. Netty 服务器在 6668 端口监听，客户端能发送消息给服务器"hello, 服务器~"
3. 服务器可以回复消息给客户端 “hello, 客户端~”
4. 目的：对Netty 线程模型 有一个初步认识, 便于理解Netty 模型理论

• 编写服务端
• 编写客户端
• 对netty 程序进行分析，看看netty模型特点

5.1 引入依赖

我创建的项目是maven项目,所以我用maven的方式引入,但是我看maven仓库老师使用的版本有漏洞,我就使用的目前使用人最多的没有漏洞的版本4.1.42.Final

<dependency>
    <groupId>io.nettygroupId>
    <artifactId>netty-allartifactId>
    <version>4.1.42.Finalversion>
dependency>

5.2 服务端

5.2.1 服务端自定义handler

代码解读及注意:

1. 自定义Handler需要继承ChannelInboundHandlerAdapter

2. 该handler主要重新三个方法

   • channelRead(ChannelHandlerContext ctx, Object msg)

     • ChannelHandlerContext ctx:上下文对象, 含有 管道pipeline , 通道channel, 地址
     • Object msg: 就是客户端发送的数据 默认Object

     • 读取通道时

   • channelReadComplete(ChannelHandlerContext ctx)

     • 读取通道后

   • exceptionCaught(ChannelHandlerContext ctx, Throwable cause)

     • 处理异常, 一般是需要关闭通道

3. ctx.writeAndFlush()方法:

   • writeAndFlush 是 write + flush

package site.zhourui.nioAndNetty.netty;

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.nio.charset.StandardCharsets;

/*
说明
1. 我们自定义一个Handler 需要继续netty 规定好的某个HandlerAdapter(规范)
2. 这时我们自定义一个Handler , 才能称为一个handler
 */
public class NettyServerHandler extends ChannelInboundHandlerAdapter {
    //读取数据实际(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
     */
    @Override
    public void channelRead(ChannelHandlerContext ctx, Object msg) throws Exception {
        System.out.println("server ctx =" + ctx);
        //将 msg 转成一个 ByteBuf
        //ByteBuf 是 Netty 提供的，不是 NIO 的 ByteBuffer.
        ByteBuf buf = (ByteBuf) msg;
        System.out.println("客户端发送消息是:" +buf.toString(StandardCharsets.UTF_8));
        System.out.println("客户端地址:" + ctx.channel().remoteAddress());
    }


    //数据读取完毕
    @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，我们对这个发送的数据进行编码
        ctx.writeAndFlush(Unpooled.copiedBuffer("hello, 客户端~(>^ω^<)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();
    }
}

5.2.2 服务端

代码解读及注意:

1. 服务端需要BossGroup 和 WorkerGroup

2. new NioEventLoopGroup();不填写参数时

   • bossGroup 和 workerGroup 含有的子线程(NioEventLoop)的个数默认实际 cpu核数 * 2

3. 创建服务器端的启动对象，配置参数

   1. 为启动参数设置BossGroup和 WorkerGroup两个线程组

      第一个参数为bossGroup,第二个参数为WorkerGroup

      

   2. 配置什么通道来作为服务器的实现

   3. 设置bossGroup的额外参数

   4. 设置WorkerGroup的额外参数

   5. 为WorkerGroup添加处理器

4. 绑定一个端口并且同步, 生成了一个 ChannelFuture 对象

5. 对关闭通道进行监听

6. 最后不要忘了关闭BossGroup 和 WorkerGroup

package site.zhourui.nioAndNetty.netty;

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

import java.nio.charset.StandardCharsets;

/*
说明
1. 我们自定义一个Handler 需要继续netty 规定好的某个HandlerAdapter(规范)
2. 这时我们自定义一个Handler , 才能称为一个handler
 */
public class NettyServerHandler extends ChannelInboundHandlerAdapter {
    //读取数据实际(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
     */
    @Override
    public void channelRead(ChannelHandlerContext ctx, Object msg) throws Exception {
        System.out.println("服务器读取线程 " + Thread.currentThread().getName() + " channle =" + ctx.channel());
        System.out.println("server ctx =" + ctx);
        System.out.println("看看channel 和 pipeline的关系");
        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
        //ByteBuf 是 Netty 提供的，不是 NIO 的 ByteBuffer.
        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:" + channel.remoteAddress());
    }


    //数据读取完毕
    @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，我们对这个发送的数据进行编码
        ctx.writeAndFlush(Unpooled.copiedBuffer("hello, 客户端~(>^ω^<)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();
    }
}

5.3 客户端

5.3.1 客户端自定义handler

该handler和服务端的handler规范一致,主要是看实现的业务如何从而选择重新对应的方法

1. 通道启动时会向服务端发送一条信息
2. 通道发生读事件时会打印服务端的地址及消息

package site.zhourui.nioAndNetty.netty;

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
    @Override
    public void channelActive(ChannelHandlerContext ctx) throws Exception {
        System.out.println("client ctx" + ctx);
        ctx.writeAndFlush(Unpooled.copiedBuffer("hello, server: (>^ω^<)喵", CharsetUtil.UTF_8));
    }

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

    //当通道有异常时触发
    @Override
    public void exceptionCaught(ChannelHandlerContext ctx, Throwable cause) throws Exception {
        cause.printStackTrace();
        ctx.close();
    }
}

5.3.2 客户端

客户端与服务端基本都是一样的但有以下区别

1. 客户端只需要一个事件循环组
2. 注意客户端启动对象使用的不是 ServerBootstrap 而是 Bootstrap
3. 客户端启动对象配置完成后是连接到服务器bootstrap.connect,而不是bootstrap.bind

package site.zhourui.nioAndNetty.netty;

import io.netty.bootstrap.Bootstrap;
import io.netty.channel.ChannelFuture;
import io.netty.channel.ChannelInitializer;
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 InterruptedException {
        //客户端需要一个事件循环组
        NioEventLoopGroup 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();
            bootstrap.group(group)
                    .channel(NioSocketChannel.class)
                    .handler(new ChannelInitializer<SocketChannel>() {
                        @Override
                        protected void initChannel(SocketChannel socketChannel) throws Exception {
                            socketChannel.pipeline().addLast(new NettyClientHandler());
                        }
                    });
            System.out.println("客户端 ok..");
            //启动客户端去连接服务器端
            //关于 ChannelFuture 要分析，涉及到netty的异步模型
            ChannelFuture cf = bootstrap.connect("127.0.0.1", 6668).sync();
            //给关闭通道进行监听
            cf.channel().closeFuture().sync();
        }finally {
            group.shutdownGracefully();
        }

    }
}

5.4 测试

5.4.1 普通测试

1. 启动一个服务端

   

2. 再启动一个客户端

   

   

5.4.2 验证:bossGroup 和 workerGroup 含有的子线程(NioEventLoop)的个数默认实际 cpu核数 * 2

5.4.2.1 源码分析

• 当我们不传入参数时默认值为0
• 实际上调用的方法是MultithreadEventLoopGroup,所以线程数为DEFAULT_EVENT_LOOP_THREADS
• 而DEFAULT_EVENT_LOOP_THREADS在静态代码块中赋值为NettyRuntime.availableProcessors() * 2
  • 即为我们cpu核数*2

5.4.2.2 debug测试

我的cpu有24核

debug有48个NioEventLoop

5.4.3 workerGoup在NioEventLoop为8时,多个客户端与服务器进行通讯,workerGoup怎么将NioEventLoop进行分配

1. 首先修改NettyServer的workerGoup和workerGoup的NioEventLoop数量为指定数量

   

2. 连接第一个客户端

   

3. 连接第二个客户端

   

4. 连接第三个客户端

   

5. 连接第八个客户端

   

6. 连接第九个客户端

   

结论:workerGoup在NioEventLoop为8时,多个客户端与服务器进行通讯,workerGoup将按序分配NioEventLoop,如果超出NioEventLoop个数将会从头再次循环分配

5.4.4 一个NioEventLoop所含有的数据

5.4.5 ctx(ChannelHandlerContext ctx:上下文对象),pipeline和channel的关系

ctx数据

channel数据

pipeline数据

结论:

• ctx中有head和tail说明是双向链表

• 可以通过ctx拿到pipeline,然后通过pipeline拿到channel

• channel 和 pipeline是相互包含的关系

• pipeline本质是一个双向链接, 出站入站,里面有head和tail

6. 任务队列中的 Task 有 3 种典型使用场景

6.1 为什么要使用taskQueue?

经过前面的学习:每个channel都有对应的一个pipeline,而pipeline是一个存放handler的一个双向链表,当其中某个handler执行时间较长时,就会阻塞pipeline,所以我们考虑将执行时间较长的handler提交到taskQueue中异步执行

6.1.1 模拟阻塞场景

模拟自定义的普通任务执行较长时间不用taskQueue从而导致服务端阻塞

将NettyServerHandler中的channelRead修改为如下代码:

本质上是模拟长时间handler阻塞

Thread.sleep(10 * 1000);
        ctx.writeAndFlush(Unpooled.copiedBuffer("hello, 客户端~(>^ω^<)喵2", CharsetUtil.UTF_8));
        System.out.println("channel code=" + ctx.channel().hashCode());

        System.out.println("go on ...");

1. 刚启动服务端状态

   

2. 刚启动客户端状态

   

3. 启动10秒后服务端状态

   

4. 启动10秒后客户端状态

   

从代码实验结果:

服务端打印go on ...在10秒之后,证明服务端被阻塞

解决方案:

1. 用户程序自定义的普通任务

2. 用户自定义定时任务

3. 非当前 Reactor 线程调用 Channel 的各种方法

   例如在推送系统的业务线程里面，根据用户的标识，找到对应的Channel 引用，然后调用 Write 类方法向该用户推送消息，就会进入到这种场景。最终的Write会提交到任务队列中后被异步消费

6.2 用户自定义的普通任务

用户程序自定义的普通任务提交给提交该channel 对应的NIOEventLoop 的 taskQueue中

        ctx.channel().eventLoop().execute(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                try {
                    Thread.sleep(10 * 1000);
                    ctx.writeAndFlush(Unpooled.copiedBuffer("hello, 客户端~(>^ω^<)喵2", CharsetUtil.UTF_8));
                } catch (Exception ex) {
                    System.out.println("发生异常" + ex.getMessage());
                }

            }
        });

执行结果:

1. 刚启动服务端状态

   

   刚启动时服务端就打印go on ...方法了说明没阻塞

2. 刚启动客户端状态

   

3. 启动10秒后服务端状态

   

4. 启动10秒后客户端状态

   

结论:

服务端在刚启动时服务端就打印go on ...

客户端在刚启动时就收到服务器回复的消息:hello, 客户端~(>^ω^<)喵1

都证明了服务端没有阻塞

6.2.1 证明当我们提交两个需要执行10秒的handler到taskQueue总共需要执行20秒

执行结果:

客户端

结论:多个handler被提交到同一个taskQueue时是单线程排队执行的

6.2.2 证明handler确实是被提交到taskQueue中

1. 当我们只提交一个handler到taskQueue中

   

   taskQueue的size为1

   

2. 当我们只提交一个handler到taskQueue中

   

   taskQueue的size为2

   

结论:证明handler确实是被提交到taskQueue中

6.3 用户自定义定时任务

使用方法和6.2.1 用户自定义的普通任务一致,只有如下几处不同

• 使用schedule方法提交handler到scheduleTaskQueue中

  

• 该任务是提交到 scheduleTaskQueue中,而不是taskQueue

        //解决方案2 : 用户自定义定时任务 -》 该任务是提交到 scheduleTaskQueue中
        ctx.channel().eventLoop().schedule(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {

                try {
                    Thread.sleep(5 * 1000);
                    ctx.writeAndFlush(Unpooled.copiedBuffer("hello, 客户端~(>^ω^<)喵4", CharsetUtil.UTF_8));
                    System.out.println("channel code=" + ctx.channel().hashCode());
                } catch (Exception ex) {
                    System.out.println("发生异常" + ex.getMessage());
                }
            }
        },5, TimeUnit.SECONDS);

6.4 非当前 Reactor 线程调用 Channel 的各种方法

例如在推送系统的业务线程里面，根据用户的标识，找到对应的Channel 引用，然后调用 Write 类方法向该用户推送消息，就会进入到这种场景。最终的Write会提交到任务队列中后被异步消费

6.4.1 实现思路

1. 拿到channel就能拿到taskQueue,或者scheduleTaskQueue,所以只需要将用户的标识和channel关系绑定即可

   

2. 在每个客户端连接上服务端时,服务端都会在如下位置初始化一个socketChannel, 我们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

   

6.4.2 证明每个客户端都有一个不同的channel

每次客户端连接时打印socketChannel的hashCode

开启一个服务端,一个客户端

1. 客户端

   

2. 服务端

   

再开一个客户端

1. 客户端

   

2. 服务端

   

结论:每个客户端都有一个不同的channel

7. Netty模型再说明

1. 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。
2. 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。
3. NioEventLoop 内部采用串行化设计，从消息的读取->解码->处理->编码->发送，始终由IO 线程 NioEventLoop 负责
   • 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NioChanne
   • 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

8. 异步模型

8.1 基本介绍

1. 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。
2. 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。
3. 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
4. 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)

8.2 Future 说明

1. 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.
2. 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

8.3 工作原理示意图

1. 在使用 Netty 进行编程时，拦截操作和转换出入站数据只需要您提供callback或利用future 即可。这使得链式操作简单、高效, 并有利于编写可重用的、通用的代码。
2. Netty 框架的目标就是让你的业务逻辑从网络基础应用编码中分离出来、解脱出来

链式操作示意图:

8.4 Future-Listener 机制

1. 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。
2. 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，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

8.4.1 举例说明

演示：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

            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 cf = bootstrap.bind(6668).sync();

            //给cf 注册监听器，监控我们关心的事件
            cf.addListener(new ChannelFutureListener() {
                @Override
                public void operationComplete(ChannelFuture channelFuture) 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");
                    }
                }
            });

执行结果:

当我们启动服务端时,只要服务器绑定端口成功就可以通过Future来监听我们关注的事件的状态,本案例的事件即绑定事件

小结：相比传统阻塞 I/O，执行 I/O 操作后线程会被阻塞住, 直到操作完成；异步处理的好处是不会造成线程阻塞，线程在 I/O 操作期间可以执行别的程序，在高并发情形下会更稳定和更高的吞吐量

9. 快速入门实例-HTTP服务

1. 实例要求：使用IDEA 创建Netty项目
2. Netty 服务器在 6668 端口监听，浏览器发出请求"http://localhost:6668/ "
3. 服务器可以回复消息给客户端 "Hello! 我是服务器5 " , 并对特定请求资源进行过滤.
4. 目的：Netty 可以做Http服务开发，并且理解Handler实例和客户端及其请求的关系.

9.1 创建服务端

1. 在加入我们的自定义Handler之前我们还加入了一个HttpServerCodec
2. HttpServerCodec 是netty 提供的处理http的 编-解码器
   • codec =>[coder - decoder]
3. 如果浏览器发出请求"http://localhost:6668/ "访问不了,就把端口改为8000以上的再试试,我这里bind(8080)

package site.zhourui.nioAndNetty.netty.http;

import io.netty.bootstrap.ServerBootstrap;
import io.netty.channel.ChannelFuture;
import io.netty.channel.ChannelInitializer;
import io.netty.channel.ChannelPipeline;
import io.netty.channel.EventLoopGroup;
import io.netty.channel.nio.NioEventLoopGroup;
import io.netty.channel.socket.SocketChannel;
import io.netty.channel.socket.nio.NioServerSocketChannel;
import io.netty.handler.codec.http.HttpServerCodec;

public class TestServer {
    public static void main(String[] args) throws Exception {

        EventLoopGroup bossGroup = new NioEventLoopGroup(1);
        EventLoopGroup workerGroup = new NioEventLoopGroup();

        try {
            ServerBootstrap serverBootstrap = new ServerBootstrap();

            serverBootstrap.group(bossGroup, workerGroup)
                    .channel(NioServerSocketChannel.class)
                    .childHandler(new ChannelInitializer<SocketChannel>() {
                        @Override
                        protected void initChannel(SocketChannel ch) throws Exception {
                            //向管道加入处理器

                            //得到管道
                            ChannelPipeline pipeline = ch.pipeline();

                            //加入一个netty 提供的httpServerCodec codec =>[coder - decoder]
                            //HttpServerCodec 说明
                            //1. HttpServerCodec 是netty 提供的处理http的 编-解码器
                            pipeline.addLast("MyHttpServerCodec",new HttpServerCodec());
                            //2. 增加一个自定义的handler
                            pipeline.addLast("MyTestHttpServerHandler", new TestHttpServerHandler());

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

            ChannelFuture channelFuture = serverBootstrap.bind(8080).sync();
            
            channelFuture.channel().closeFuture().sync();

        }finally {
            bossGroup.shutdownGracefully();
            workerGroup.shutdownGracefully();
        }
    }
}

9.2 创建handler

1. 自定义的http的handler是继承 SimpleChannelInboundHandler

   • SimpleChannelInboundHandler 是 ChannelInboundHandlerAdapter

     public abstract class SimpleChannelInboundHandler<I> extends ChannelInboundHandlerAdapter
     

2. HttpObject 客户端和服务器端相互通讯的数据被封装成 HttpObject

3. 如果启动后访问乱码

   

   handler代码修改如下

   

package site.zhourui.nioAndNetty.netty.http;

import io.netty.buffer.ByteBuf;
import io.netty.buffer.Unpooled;
import io.netty.channel.ChannelHandlerContext;
import io.netty.channel.SimpleChannelInboundHandler;
import io.netty.handler.codec.http.*;
import io.netty.util.CharsetUtil;

import java.net.URI;

/*
说明
1. SimpleChannelInboundHandler 是 ChannelInboundHandlerAdapter
2. HttpObject 客户端和服务器端相互通讯的数据被封装成 HttpObject
 */
public class TestHttpServerHandler extends SimpleChannelInboundHandler<HttpObject> {
    //channelRead0 读取客户端数据
    @Override
    protected void channelRead0(ChannelHandlerContext ctx, HttpObject msg) throws Exception {
        //判断 msg 是不是 httprequest请求
        if (msg instanceof HttpRequest){

            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,我是服务器", CharsetUtil.UTF_8);

            //构造一个http的响应，即 httpresponse
            DefaultFullHttpResponse response = new DefaultFullHttpResponse(HttpVersion.HTTP_1_1, HttpResponseStatus.OK, content);

            //设置响应headers 响应格式  ;charset=utf-8
            response.headers().set(HttpHeaderNames.CONTENT_TYPE,"text/plain");
            //设置响应headers 响应数据长度
            response.headers().set(HttpHeaderNames.CONTENT_LENGTH,content.readableBytes());
            //将构建好 response返回
            ctx.writeAndFlush(response);

        }
    }
}

9.3 将ChannelInitializer抽取为一个单独的类

package site.zhourui.nioAndNetty.netty.http;

import io.netty.channel.ChannelInitializer;
import io.netty.channel.ChannelPipeline;
import io.netty.channel.socket.SocketChannel;
import io.netty.handler.codec.http.HttpServerCodec;


public class TestServerInitializer extends ChannelInitializer<SocketChannel> {

    @Override
    protected void initChannel(SocketChannel ch) throws Exception {

        //向管道加入处理器

        //得到管道
        ChannelPipeline pipeline = ch.pipeline();

        //加入一个netty 提供的httpServerCodec codec =>[coder - decoder]
        //HttpServerCodec 说明
        //1. HttpServerCodec 是netty 提供的处理http的 编-解码器
        pipeline.addLast("MyHttpServerCodec",new HttpServerCodec());
        //2. 增加一个自定义的handler
        pipeline.addLast("MyTestHttpServerHandler", new TestHttpServerHandler());

        System.out.println("ok~~~~");

    }
}

抽取后感觉服务端清爽很多,我们处理业务的代码全在TestServerInitializer的handler中

9.4 基础测试

1. 启动服务端

   

2. 浏览器请求服务端

   

3. 服务端打印内容

   

发现问题:

1. 我们请求一次但是服务端却打印两次

   • 原因浏览器还会请求一次网站图标

     

2. msg 类型的实际类型是DefaultHttpRequest

   

9.5 服务过滤资源

只需要在服务端回复之前对uri的路径进行判断如果包含过滤路径的请求就过滤掉

			//获取到
            HttpRequest httpRequest = (HttpRequest) msg;
            //获取uri, 过滤指定的资源
            URI uri = new URI(httpRequest.uri());
            if("/favicon.ico".equals(uri.getPath())) {
                System.out.println("请求了 favicon.ico, 不做响应");
                return;
            }

9.6 验证刷新浏览器再次请求是否会产生新的pipeline

在接到请求时打印pipeline hashcode和TestHttpServerHandler hashcode

            System.out.println("ctx 类型="+ctx.getClass());
            System.out.println("pipeline hashcode" + ctx.pipeline().hashCode() + " TestHttpServerHandler hash=" + this.hashCode());

1. 服务端启动的后第一次请求

   

2. 刷新浏览器再次请求

   

发现两次请求的pipeline的hashCode不一致,说明每次请求都会创建一个新的pipeline

原因:http协议请求完成过后会断开,再次请求时会重新生成一个pipeline