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Netty学习笔记

文章目录

- 1 Netty
- 2 BIO
- - 1、介绍
  - 2、工作机制
  - 3、应用实例
  - 4、问题分析
- 3 NIO
- - 1、介绍
  - 2、BIO vs. VIO
  - 3、NIO三大核心原理
  - 4、Buffer缓冲区
  - 5、Channel通道
  - 6、Selector选择器
  - 7、NIO 网络编程应用实例-群聊系统
  - 8、NIO与零拷贝
  - 9、AIO
- 4 Netty
- - 1、概述
  - 2、高性能架构设计
  - 3、Netty模型
  - 4、异步模型
  - 5、核心模块
  - 6、实例：群聊系统
  - 7、实例：心跳检测机制
  - 8、实例：WebSocket长连接
  - 9、编解码器机制
  - 10、Protobuf机制
  - 11、编解码器和handler调用机制
  - 12、handler链的调用机制实例
  - 13、Log4j整合到Netty
  - 14、TCP粘包和拆包

1 Netty

1 介绍

异步的、基于事件驱动的网络应用框架
在TCP协议下，面向Clients端的高并发应用
本质是一个NIO框架，适用于服务器通讯相关的多种应用场景

2、应用场景

互联网：分布式系统的远程服务调用、异步高性能的通信框架、被RPC使用，如阿里的Dubbo——Netty用于实现进程节点之间的内部通信
游戏：使用TCP/IP、HTTP协议栈，实现账号登录服务器、地图服务器通信
大数据：Avro的RPC框架，默认采用 Netty 进行跨界点通信

3、IO模型

利用XX通道发送和接收数据
3种：
- BIO：同步阻塞
  - 一个连接处理一个线程
  - 场景：连接数目小且固定

NIO：同步非阻塞
- 一个连接处理多给请求
- 场景：连接数目多且连接短，如聊天服务器、弹幕系统、服务器间通讯
AIO：异步非阻塞
- 场景：连接数多且连接较长，如相册服务器

2 BIO

1、介绍

java.io包，同步阻塞，实现一个连接处理一个请求，线程池机制改善（实现多个客户连接服务器），适合连接数目小且固定的架构

2、工作机制

流程

服务端启动一个ServerSocket
客户端建立一个线程与之通讯
客户端发出请求后，先咨询服务器是否有线程响应，没有等待或被拒绝
有相应，客户端等待请求结束后继续执行

3、应用实例

编写一个服务端，监听8889端口，当有客户端连接时，启动一个线程与之通讯
使用线程池机制改善，可以连接多个客户端
客户端以telnet方式发送数据

public class BIOServer {
    public static void main(String[] args) throws Exception{
        // 线程池机制
        // 思路
        // 1.创建一个线程池
        // 2.如果有多个客户端连接，就创建一个线程与之通讯

        // 1.创建线程池
        ExecutorService newCachedThreadPool = Executors.newCachedThreadPool();
        // 创建ServerSocket
        ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(8889);
        System.out.println("服务器启动");
        while (true) {
            // 监听，等待客户端连接
            System.out.println("wait...");
            final Socket socket = serverSocket.accept();
            System.out.println("连接到一个客户端");
            //2.创建一个线程与之通讯
            newCachedThreadPool.execute(new Runnable() {
                @Override
                public void run() {
                    handler(socket);
                }
            });
        }
    }

    // handler，与客户端通讯
    public static void handler(Socket socket) {
        try {
            System.out.println("线程信息 id=" + Thread.currentThread().getId() + ",name=" + Thread.currentThread().getName());
            byte[] bytes = new byte[1024];
            // 通过socket获取输入流
            InputStream inputStream = socket.getInputStream();
            // 循环读取客户端发送的数据
            while (true) {
                System.out.println("读取信息时：线程信息 id=" + Thread.currentThread().getId() + ",name=" + Thread.currentThread().getName());
                System.out.println("read...");
                int read = inputStream.read(bytes);
                if (read != 1) {
                    // 输出客户端发送的数据
                    System.out.println(new String(bytes, 0, read));
                } else {
                    break;
                }
            }
        } catch (Exception e) {

        } finally {
            System.out.println("关闭和client连接");
            try {
                socket.close();
            } catch (Exception e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
}

telnet 127.0.0.1 8889

4、问题分析

每个请求需要创建独立的线程进行业务处理
并发数大时需要创建大量线程来处理连接，系统资源占用大
连接建立后，如果当前线程暂时没有数据可读，则线程就阻塞在 Read 操作上，造成线程资源浪费

3 NIO

1、介绍

non-blocking IO，同步非阻塞，java.nio包下
三大核心部分：Channel（通道）、Buffer（缓冲区）、Selector（选择器）
NIO是面向缓冲区或块编程的
非阻塞模式：如果当前没有数据可用，可继续做其他事情
HTTP2.0使用了多路复用技术，做到一个连接处理多个请求

2、BIO vs. VIO

BIO 是流方式处理数据，NIO是块方式处理数据，效率跟高
BIO是阻塞的，NIO是非阻塞的
BIO基于字节流和字符流操作，NIO基冲区【数据从通道读取到缓冲区，从缓冲区写入到通道；Selector选择器用于监听多个通道的事件，如连接请求、数据到达，实现单个线程可以监听多个客户端通道】

3、NIO三大核心原理

Selector & Channel & Buffer

一个Channel对应一个Buffer
一个Selector对应一个线程，一个线程对应多个 Channel
将Channel注册到该Selector
程序切换到哪个Channel由事件决定
Selector根据不同的事件在Channel上切换
Buffer是一个内存块，底层是一个数组
数据的读写通过Buffer，BIO中要么是输入流，要么是输出流，不能双向，读写需要用flip切换
Channel是双向的，可以返回底层操作系统的情况

4、Buffer缓冲区

4.1 介绍

一个可读写的数据内存块
一个容器对象（含数组），对象提供了一组方法
缓冲区内置一些机制，能够跟踪和记录缓冲区的状态变化情况
Channel从文件、网络读取数据，但读写数据都必须经过Buffer

4.2 Buffer类及其子类

Buffer类是一个顶层父类，抽象类，类的层级关系：

常用Buffer子类

ByteBuffer——存储字节数据到缓冲区【最常用】
ShortBuffer——字符串
CharBuffer——字符
IntBuffer——整数
LongBuffer——长整数
DoubleBuffer——小数
FloatBuffer——小数

Buffer类的四个属性【重要】

Capacity：可容纳的最大数据量，创建时指定，不能修改
Limit：缓冲区的当前终点，不能超过该位置
Position：下一个要被读写的元素索引
Mark：标记

Buffer类相关方法

** 表示常用

** public final int capacity( )//返回此缓冲区的容量
** public final int position( )//返回此缓冲区的位置
** public final Buffer position (int newPositio)//设置此缓冲区的位置
** public final int limit( )//返回此缓冲区的限制
** public final Buffer limit (int newLimit)//设置此缓冲区的限制
public final Buffer mark( )//在此缓冲区的位置设置标记
public final Buffer reset( )//将此缓冲区的位置重置为以前标记的位置
** public final Buffer clear( )//清除此缓冲区, 即将各个标记恢复到初始状态，但是数据并没有真正擦除, 后面操作会覆盖
** public final Buffer flip( )//反转此缓冲区
public final Buffer rewind( )//重绕此缓冲区
public final int remaining( )//返回当前位置与限制之间的元素数
** public final boolean hasRemaining( )//告知在当前位置和限制之间是否有元素
** public abstract boolean isReadOnly( );//告知此缓冲区是否为只读缓冲区
//JDK1.6时引入的api
** public abstract boolean hasArray();//告知此缓冲区是否具有可访问的底层实现数组
** public abstract Object array();//返回此缓冲区的底层实现数组
public abstract int arrayOffset();//返回此缓冲区的底层实现数组中第一个缓冲区元素的偏移量
public abstract boolean isDirect();//告知此缓冲区是否为直接缓冲区

ByteBuffer的主要方法

public abstract class ByteBuffer {
//缓冲区创建相关api
** public static ByteBuffer allocateDirect(int capacity)//创建直接缓冲区
** public static ByteBuffer allocate(int capacity)//设置缓冲区的初始容量
public static ByteBuffer wrap(byte[] array)//把一个数组放到缓冲区中使用
//构造初始化位置offset和上界length的缓冲区
public static ByteBuffer wrap(byte[] array,int offset, int length)
//缓存区存取相关API
** public abstract byte get( );//从当前位置position上get，get之后，position会自动+1
** public abstract byte get (int index);//从绝对位置get
** public abstract ByteBuffer put (byte b);//从当前位置上添加，put之后，position会自动+1
** public abstract ByteBuffer put (int index, byte b);//从绝对位置上put
}

案例

public class BasicBuffer {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建Buffer,大小为5，可以存放5个int
        IntBuffer intBuffer = IntBuffer.allocate(5);
        // 向buffer存数据
        for (int i = 0; i < intBuffer.capacity(); i ++) {
            intBuffer.put(i * 2);
        }
        // 从buffer读取数据
        intBuffer.flip(); // buffer读写切换
        while (intBuffer.hasRemaining()) {
            System.out.println(intBuffer.get());
        }
    }
}

5、Channel通道

5.1 介绍

NIO通道类似流
- 通道可同时读写（流只能读或写）
- 可实现异步读写数据
- 可从缓冲区读数据，也可将数据写到缓冲区
NIO的stream是单向的，只能读或写；NIO的Channel是双向的，可同时读写
Channel是一个接口：public interface Channel extends Closeable{}
常用的Channel类
- FileChannel：文件数据的读写
- DatagramChannel：UDP数据读写
- ServerSocketChennel：TCP数据读写
- SocketChannel：TCP数据读写

5.2 FileChannel类

主要对本地文件进行IO操作，常见方法：

public int read(ByteBuffer dst) // 从通道读取数据并放到缓冲区中
public int write(ByteBuffer src) // 把缓冲区的数据写到通道中
public long transferFrom(ReadableByteChannel src, long position, long count) // 从目标通道中复制数据到当前通道
public long transferTo(long position, long count, WritableByteChannel target) // 把数据从当前通道复制给目标通道

5.3 应用实例

1、本地文件写数据
- 使用ByteBuffer缓存和FileChannel通道，将数据写入到文件中
- 文件不存在就创建

```java
public class NIOFileChannel1 {
    public static void main(String[] args) throws Exception{
        String str= "hello";
        // 创建一个输出流
        FileOutputStream fileOutputStream = new FileOutputStream("d:\\file\\file01.txt");
        // 通过fileOutStream获取对应的FileChannel（fileChannel的真实类型是FileChannelImpl）
        FileChannel fileChannel = fileOutputStream.getChannel();
        // 创建缓冲区ByteBuffer
        ByteBuffer byteBuffer = ByteBuffer.allocate(1024);
        
        // 将str放入缓冲区
        byteBuffer.put(str.getBytes());
        // 对byteBuffer进行flip
        byteBuffer.flip();
        // 将byteBuffer数据写到FileChannel
        fileChannel.write(byteBuffer);
        fileOutputStream.close();
    }
}
```

2、本地文件读数据

使用ByteBuffer缓存和FileChannel通道，将数据读入程序并在控制套打印

假定文件已经存在

public class NIOFileChannel2{
    public static void main(String[] args) throws Exception{
        // 创建文件输入流
        File file = new File("d:\\file\\file01.txt");
        FileInputStream fileInputStream = new FileInputStream(file);
        FileChannel fileChannel = fileInputStream.getChannel();
        // 创建缓冲区
        ByteBuffer byteBuffer = ByteBuffer.allocate((int) file.length());
        // 将通道的数据读入到yteBuffer
        fileChannel.read(byteBuffer);
        // 将byteBuffer字节数据转成string
        System.out.println(new String(byteBuffer.array()));
        fileInputStream.close();
    }
}

3、使用一个Buffer完成文件读取

使用FileChannel通道和方法read、write，完成文件的拷贝

拷贝一个文本文件到项目下

public class NIOFileChannel03 {
    public static void main(String[] args) throws Exception{
        FileInputStream fileInputStream = new FileInputStream("1.txt");
        FileChannel fileChannel01 = fileInputStream.getChannel();

        FileOutputStream fileOutputStream = new FileOutputStream("2.txt");
        FileChannel fileChannel02 = fileOutputStream.getChannel();

        ByteBuffer byteBuffer = ByteBuffer.allocate(512);
        while (true) {
            // 重要操作：清空数据
            byteBuffer.clear();

            int read = fileChannel01.read(byteBuffer); // 从通道读取数据到缓冲区
            if (read == -1) { // 读完
                break;
            }
            byteBuffer.flip(); // 读写切换
            fileChannel02.write(byteBuffer); // 从缓冲区写数据到通道
        }
        // 关闭流
        fileInputStream.close();
        fileOutputStream.close();
    }
}

4、拷贝文件transferFrom 方法

使用FileChannel通道和方法transferForm完成文件的拷贝

拷贝一张图片

public class BIOFileChannel04 {
    public static void main(String[] args) throws Exception{
        FileInputStream fileInputStream = new FileInputStream("d:\\file\\a.jpg");
        FileOutputStream fileOutputStream = new FileOutputStream("d:\\file\\b.jpg");

        // 获取对应的channel
        FileChannel sourceCh = fileInputStream.getChannel();
        FileChannel destCh = fileOutputStream.getChannel();
        // 使用transForm完成拷贝
        destCh.transferFrom(sourceCh, 0, sourceCh.size());
        // 关闭通道
        fileInputStream.close();
        fileOutputStream.close();
        sourceCh.close();
        destCh.close();
    }
}

5.4 Buffer和Channel的注意细节

ByteBuffer 支持类型化的put 和 get, put 放入的是什么数据类型，get就应该使用相应的数据类型来取出，否则可能有 BufferUnderflowException 异常

public static void main(String[] args) {
    // 创建Buffer
    ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(64);
    // 类型化方式放入数据
    buffer.putInt(100);
    buffer.putLong(9);
    buffer.putChar('好');
    buffer.putShort((short) 4);
    // 取出
    buffer.flip();
    System.out.println(buffer.getInt());
    System.out.println(buffer.getLong());
    System.out.println(buffer.getChar());
    System.out.println(buffer.getShort());
}

可以将一个普通Buffer 转成只读Buffer

public static void main(String[] args) {
    ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(64);
    for (int i = 0; i < 64; i ++) {
        buffer.put((byte) i);
    }
    buffer.flip();
    // 得到一个只读Buffer
    ByteBuffer readOnlyBuffer = buffer.asReadOnlyBuffer();
    System.out.println(readOnlyBuffer.getClass());
    // 读取
    while (readOnlyBuffer.hasRemaining()) {
        System.out.println(readOnlyBuffer.get());
    }
    readOnlyBuffer.put((byte) 100); // ReadOnlyBufferException
}

NIO 还提供了 MappedByteBuffer，可以让文件直接在内存（堆外的内存）中进行修改，而如何同步到文件由NIO 来完成

// MappedBuffer：可以让文件直接在内存（堆外内存）修改，操作系统不需要再修改一次
public static void main(String[] args) throws Exception{
    RandomAccessFile randomAccessFile = new RandomAccessFile("1.txt", "rw");
    FileChannel channel = randomAccessFile.getChannel();
    /**
     * 参数1：FileChannel.MapMode.READ_WRITE 读写模式
     * 参数2：可以直接修改的起始位置
     * 参数3：映射到内存的大小
     * 实际类型：DirectByteBuffer
     */
    MappedByteBuffer mappedByteBuffer = channel.map(FileChannel.MapMode.READ_WRITE, 0, 5);

    mappedByteBuffer.put(0, (byte) 'H');
    mappedByteBuffer.put(2, (byte) '2');
    randomAccessFile.close();
}

NIO 还支持通过多个 Buffer (即 Buffer 数组) 完成读写操作，即 Scattering 和 Gathering

public class ScatteringAndGathering {
    public static void main(String[] args) throws Exception{
        // 使用ServerSocketChannel SocketChannel网络
        ServerSocketChannel serverSocketChannel = ServerSocketChannel.open();
        InetSocketAddress inetSocketAddress = new InetSocketAddress(7000);
        // 绑定buffer数组，并启动
        serverSocketChannel.socket().bind(inetSocketAddress);

        // 创建buffer数组
        ByteBuffer[] byteBuffers = new ByteBuffer[2];
        byteBuffers[0] = ByteBuffer.allocate(5);
        byteBuffers[1] = ByteBuffer.allocate(3);
        // 等待客户端连接(telnet)
        SocketChannel socketChannel = serverSocketChannel.accept();
        int messageLength = 8; // 从客户端接收8个字节
        // 循环读取
        while (true) {
            int byteRead = 0;
            while (byteRead < messageLength) {
                long l = socketChannel.read(byteBuffers);
                byteRead += l; // 累计读取的字节数
                System.out.println("byteRead = " + byteRead);
                // 使用流打印，看看当前这个buffer的position和limit
                Arrays.asList(byteBuffers).stream().map(buffer -> "position=" + buffer.position() + ", limit= " + buffer.limit()).forEach(System.out :: println);
            }
            // 将所有的buffer进行flip
            Arrays.asList(byteBuffers).forEach(buffer -> buffer.flip());
            // 将数据读取显示到客户端
            long byteWrite = 0;
            while (byteWrite < messageLength) {
                long l = socketChannel.write(byteBuffers);
                byteWrite += l;
            }
            // 将所有的buffer进行clear
            Arrays.asList(byteBuffers).forEach(buffer -> buffer.clear());
            System.out.println("byteRead=" + byteRead + " byteWrite=" + byteWrite + " messageLength" + messageLength);
        }
    }
}

6、Selector选择器

6.1 介绍

可以用一个线程，处理多个客户端连接，就会使用到Selector(选择器)
Selector 能够检测多个注册的通道上是否有事件发生(注意:多个Channel以事件的方式可以注册到同一个Selector)，如果有事件发生，便获取事件然后针对每个事件进行相应的处理——只用一个单线程去管理多个通道，也就是管理多个连接和请求
只有在连接/通道真正有读写事件发生时，才会进行读写，就大大地减少了系统开销，并且不必为每个连接都创建一个线程，不用去维护多个线程
避免了多线程之间的上下文切换导致的开销

当客户端连接时，会通过 ServerSocketChannel 得到 SocketChannel
Selector 进行监听 select 方法, 返回有事件发生的通道的个数
将socketChannel注册到Selector上, register(Selector sel, int ops), 一个 selector上可以注册多个SocketChannel
注册后返回一个 SelectionKey, 会和该 Selector 关联(集合)
进一步得到各个 SelectionKey (有事件发生)
在通过 SelectionKey 反向获取 SocketChannel , 方法 channel()
可以通过得到的 channel , 完成业务处理

案例：实现服务器端和客户端之间的数据简单通讯（非阻塞）

NIOServer

public class NIOServer {
    public static void main(String[] args) throws Exception{
        // 创建ServerSocketChannel
        ServerSocketChannel serverSocketChannel = ServerSocketChannel.open();
        // 得到Selector对象
        Selector selector = Selector.open();
        // 绑定一个端口，在服务端监听
        serverSocketChannel.socket().bind(new InetSocketAddress(6666));
        // 设置为非阻塞
        serverSocketChannel.configureBlocking(false);
        // 把serverSocketChannel注册到Selector关心的事件 OP_ACCEPT
        serverSocketChannel.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT);
        // 循环等待客户端连接
        while (true) {
            // 等待1s，如果没有事件发送，返回
            if (selector.select(1000) == 0) {
                System.out.println("服务器等待了1s，无连接");
                continue;
            }
            // 如果返回的>0，获取相关SelectionKey集合
            // 1. 如果>0，表示获取到关注的事件
            // 2. selector.selectedKeys()返回关注事件的集合，通过selectionKeys反向获取通道
            Set<SelectionKey> selectionKeys = selector.selectedKeys();
            // 遍历
            Iterator<SelectionKey> keyIterator = selectionKeys.iterator();
            while (keyIterator.hasNext()) {
                // 获取到SelectionKey
                SelectionKey key = keyIterator.next();
                // 根据key对应的通道发生的事件做相应处理
                if (key.isAcceptable()) { // 如果是OP_ACCEPT，有新的客户端连接，使用该客户端生成一个SocketChannel
                    SocketChannel socketChannel = serverSocketChannel.accept();
                    System.out.println("客户端连接成功，生成一个socketChannel " + socketChannel.hashCode());
                    // 将socketChannel设置为非阻塞
                    socketChannel.configureBlocking(false);
                    // 将socketChannel注册到Selector,关注事件为OP_ACCEPT，同时给socketChannel关联一个buffer
                    socketChannel.register(selector, SelectionKey.OP_READ, ByteBuffer.allocate(1024));
                }
                if (key.isReadable()) { // 发生OP_READ
                    // 通过key反向获取对应的channel
                    SocketChannel channel = (SocketChannel) key.channel();
                    // 获取到该channel关联的buffer
                    ByteBuffer buffer = (ByteBuffer) key.attachment();
                    channel.read(buffer);
                    System.out.println("from 客户端 " + new String(buffer.array()));
                }
                // 手动从集合中移除当前的selectionKey，防止重复操作
                keyIterator.remove();
            }
        }
    }
}

NIOClient

public class NIOClient {
    public static void main(String[] args) throws Exception{
        // 得到一个网络通道
        SocketChannel socketChannel = SocketChannel.open();
        // 设置非阻塞
        socketChannel.configureBlocking(false);
        // 提供服务端的ip和端口
        InetSocketAddress inetSocketAddress = new InetSocketAddress("127.0.0.1", 6666);
        // 连接服务器
        if (!socketChannel.connect(inetSocketAddress)) {
            while (!socketChannel.finishConnect()) {
                System.out.println("连接需要时间，客户端不会阻塞，可以做其他工作");
            }
        }
        // 连接成功，发送数据
        String str = "hello";
        ByteBuffer buffer = ByteBuffer.wrap(str.getBytes());
        // 发送数据，将buffer数据写入channel
        socketChannel.write(buffer);
        System.in.read();
    }
}

6.2 相关方法

public abstract class Selector implements Closeable {
public static Selector open();//得到一个选择器对象
public int select(long timeout);//监控所有注册的通道，当其中有 IO 操作可以进行时，将对应的SelectionKey 加入到内部集合中并返回，参数用来设置超时时间
public Set<SelectionKey> selectedKeys();//从内部集合中得到所有的 SelectionKey
}

selector

selector.select();//阻塞
selector.select(1000);//阻塞1000毫秒，在1000毫秒后返回
selector.wakeup();//唤醒selector
selector.selectNow();//不阻塞，立马返还

SelectionKey：表示 Selector 和网络通道的注册关系

int OP_ACCEPT：有新的网络连接可以 accept，值为 16
int OP_CONNECT：代表连接已经建立，值为 8
int OP_READ：代表读操作，值为 1
int OP_WRITE：代表写操作，值为 4
源码：
public static final int OP_READ = 1 << 0;
public static final int OP_WRITE = 1 << 2;
public static final int OP_CONNECT = 1 << 3;
public static final int OP_ACCEPT = 1 << 4;

public abstract class SelectionKey {
public abstract Selector selector(); //得到与之关联的Selector 对象
public abstract SelectableChannel channel(); //得到与之关联的通道
public final Object attachment(); //得到与之关联的共享数据
public abstract SelectionKey interestOps(int ops); //设置或改变监听事件
public final boolean isAcceptable(); //是否可以 accept
public final boolean isReadable(); //是否可以读 read
public final boolean isWritable(); //是否可以写 write

ServerSocketChannel：在服务器端监听新的客户端 Socket 连接

public abstract class ServerSocketChannel extends AbstractSelectableChannel implements NetworkChannel{
    public static ServerSocketChannel open(); //得到一个 ServerSocketChannel 通道
    public final ServerSocketChannel bind(SocketAddress local); //设置服务器端端口号
    public final SelectableChannel configureBlocking(boolean block); //设置阻塞或非阻塞模式，取值false 表示采用非阻塞模式
    public SocketChannel accept(); // 接受一个连接，返回代表这个连接的通道对象
    public final SelectionKey register(Selector sel, int ops); //注册一个选择器并设置监听事件
}

SocketChannel：网络 IO 通道，具体负责进行读写操作

NIO 把缓冲区的数据写入通道，或者把通道里的数据读到缓冲区

public abstract class SocketChannel extends AbstractSelectableChannel implements ByteChannel, ScatteringByteChannel, GatheringByteChannel, NetworkChannel{
    public static SocketChannel open();//得到一个 SocketChannel 通道
    public final SelectableChannel configureBlocking(boolean block);//设置阻塞或非阻塞模式，取值 false 表示采用非阻塞模式
    public boolean connect(SocketAddress remote);//连接服务器
    public boolean finishConnect();//如果上面的方法连接失败，接下来就要通过该方法完成连接操作
    public int write(ByteBuffer src);//往通道里写数据
    public int read(ByteBuffer dst);//从通道里读数据
    public final SelectionKey register(Selector sel, int ops, Object att);//注册一个选择器并设置监听事件，最后一个参数可以设置共享数据
    public final void close();//关闭通道
}

7、NIO 网络编程应用实例-群聊系统

编写一个 NIO 群聊系统，实现服务器端和客户端之间的数据简单通讯（非阻塞），实现多人群聊
服务器端：可以监测用户上线、离线，并实现消息转发功能
客户端：通过channel 可以无阻塞发送消息给其它所有用户，同时可以接受其它用户发送的消息(由服务器转发得到)

编写服务器端
1. 服务器启动并监听6667
2. 服务器接收客户端消息，并实现转发[处理上线和离线]
编写客户端
1. 连接服务器
2. 发送消息
3. 接收服务器消息

GroupChatServer

public class GroupChatServer {
    // 定义属性
    private Selector selector;
    private ServerSocketChannel listenChannel;
    private static final int PORT = 6667;

    // 构造器，初始化工作
    public GroupChatServer() {
        try {
            // 得到选择器
            selector = Selector.open();
            // ServerSocketChannel
            listenChannel = ServerSocketChannel.open();
            // 绑定端口
            listenChannel.socket().bind(new InetSocketAddress(PORT));
            // 设置非阻塞模式
            listenChannel.configureBlocking(false);
            // 将listenChannel注册到selector
            listenChannel.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT);
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();;
        }
    }

    // 监听
    public void listen() {
        try {
            // 循环处理
            while (true) {
                int count = selector.select(2000);
                if (count > 0) { // 有事件处理
                    // 遍历得到selectionKey集合
                    Iterator<SelectionKey> iterator = selector.selectedKeys().iterator();
                    while (iterator.hasNext()) {
                        SelectionKey key = iterator.next();
                        // 监听到accept
                        if (key.isAcceptable()) {
                            SocketChannel accept = listenChannel.accept();
                            accept.configureBlocking(false);
                            // 注册到selector
                            accept.register(selector, SelectionKey.OP_READ);
                            // 提示
                            System.out.println(accept.getRemoteAddress() + "上线 ");
                        }
                        if (key.isReadable()) {
                            // 通道发生read事件，通道是可读状态
                            // 处理读的方法
                            readDate(key);
                        }
                        // 当前key删除，防止重复处理
                        iterator.remove();
                    }

                } else {
                    System.out.println("wait ...");
                }
            }
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();;
        }
    }

    // 读取客户端消息
    private void readDate(SelectionKey key) {
        // 定义一个socketChannel
        SocketChannel channel = null;
        try {
            channel = (SocketChannel) key.channel();
            ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024);
            int count = channel.read(buffer);
            if (count > 0) {
                // 把缓存区的数据转成字符串
                String msg = new String(buffer.array());
                // 输出消息
                System.out.println("from 客户端：" + msg);
                // 向其他客户端转发消息(去掉自己)
                sendInfoToOtherClients(msg, channel);
            }
        } catch (IOException e) {
            try {
                System.out.println(channel.getRemoteAddress() + "离线...");
                // 取消注册
                key.cancel();
                // 关闭通道
                channel.close();
            } catch (IOException e1) {
                e1.printStackTrace();
            }
        }
    }

    // 转发消息给其他客户（通道）
    private void sendInfoToOtherClients(String msg, SocketChannel self) throws IOException {
        System.out.println("服务器转发消息中...");
        // 遍历所有注册到selector上的socketChannel，并排除self
        for (SelectionKey key : selector.keys()) {
            // 取出对应的SocketChannel
            Channel targetChannel = key.channel();
            // 排除自己
            if (targetChannel instanceof SocketChannel && targetChannel != self) {
                // 转型
                SocketChannel dest = (SocketChannel) targetChannel;
                // 将msg存储到buffer
                ByteBuffer buffer = ByteBuffer.wrap(msg.getBytes());
                // 将buffer的数据写入通道
                dest.write(buffer);
            }
        }
    }

    public static void main(String[] args) throws Exception{
        // 创建一个服务器对象
        GroupChatServer groupChatServer = new GroupChatServer();
        groupChatServer.listen();
    }
}

GroupChatClient

public class GroupChatClient {
    // 定义属性
    private final String HOST = "127.0.0.1";
    private int PORT = 6667;
    private Selector selector;
    private SocketChannel socketChannel;
    private String username;

    // 构造器，初始化工作
    public GroupChatClient() throws IOException {
        selector = Selector.open();
        // 连接服务器
        socketChannel = SocketChannel.open(new InetSocketAddress("127.0.0.1", 6667));
        // 设置非阻塞
        socketChannel.configureBlocking(false);
        // 注册
        socketChannel.register(selector, SelectionKey.OP_READ);
        // 得到username
        String username = socketChannel.getLocalAddress().toString().substring(1);
        System.out.println(username + " is ok...");
    }

    // 向服务器发送消息
    public void sendInfo(String info) {
        System.out.println("username:" + username);
        info = username + "说：" + info;
        try {
            socketChannel.write(ByteBuffer.wrap(info.getBytes()));
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

    // 从服务器端回复消息
    public void readInfo() {
        try {
            int readChannels = selector.select();
            if (readChannels > 0) {
                Iterator<SelectionKey> iterator = selector.selectedKeys().iterator();
                while (iterator.hasNext()) {
                    SelectionKey key = iterator.next();
                    if (key.isReadable()) {
                        // 得到相关的通道
                        SocketChannel sc = (SocketChannel)key.channel();
                        ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024);
                        // 读取
                        sc.read(buffer);
                        // 把读取的缓冲区数据转成字符串
                        String msg = new String(buffer.array());
                        System.out.println(msg.trim());
                    }
                }
                iterator.remove();
            } else {
//                        System.out.println("没有可用的通道");
            }
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

    public static void main(String[] args) throws Exception{
        // 启动客户端
        GroupChatClient chatClient = new GroupChatClient();
        // 启动一个线程,每隔3s读取从服务器发送的数据
        new Thread() {
            public void run() {
                while (true) {
                    chatClient.readInfo();
                    try {
                        Thread.currentThread().sleep(3000);
                    } catch (Exception e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
            }
        }.start();
        // 发送数据给服务端
        Scanner scanner = new Scanner(System.in);
        while (scanner.hasNextLine()) {
            String s = scanner.nextLine();
            chatClient.sendInfo(s);
        }
    }
}

8、NIO与零拷贝

零拷贝参考链接：https://blog.csdn.net/m0_63435402/article/details/127558684

传统IO执行流程

CPU全程参与数据的搬运

=》DMA：Direct Memory Access 直接内存拷贝，不使用CPU——数据搬运工作由DMA控制器处理，CPU可处理别的业务
1. 用户进程调用 read 方法，向操作系统发出 I/O 请求，请求读取数据到自己的内存缓冲区中，进程进入阻塞状态；
2. 操作系统收到请求后，将 I/O 请求发送 DMA，然后让 CPU 执行其他任务；
3. DMA收到请求后，将 I/O 请求发送给磁盘；
4. 磁盘收到 DMA 的 I/O 请求，把数据从磁盘读取到磁盘控制器的缓冲区中，当磁盘控制器的缓冲区被读满后，向 DMA 发起中断信号，告知自己缓冲区已满；
5. DMA 收到磁盘的信号，将磁盘控制器缓冲区中的数据拷贝到内核缓冲区中，此时不占用 CPU，CPU 可以执行其他任务；
6. 当 DMA 读取了足够多的数据，就会发送中断信号给 CPU；
7. CPU 收到 DMA 的信号，知道数据已经准备好，于是将数据从内核拷贝到用户空间，系统调用返回；
传统文件传输

拷贝：
1. DMA拷贝：把磁盘上的数据拷贝到操作系统内核的缓冲区里
2. CPU拷贝：把内核缓冲区的数据拷贝到用户的缓冲区里
3. CPU拷贝：把刚才拷贝到用户的缓冲区里的数据，再拷贝到内核的 socket 的缓冲区里
4. DMA拷贝：把内核的 socket 缓冲区里的数据，拷贝到网卡的缓冲区里
传递一份数据，发生了4次拷贝，4次切换，优化方向：减少用户态与内核态的上下文切换和内存拷贝的次数

为什么有上下文切换？

用户空间权限不够，无法操作磁盘和网卡，需要内核去完成，进行系统调用，一次系统调用会发生2次上下文切换

「从内核的读缓冲区拷贝到用户的缓冲区里，再从用户的缓冲区里拷贝到 socket 的缓冲区里」，这个过程是没有必要的，因为文件传输的应用场景中，在用户空间并不会对数据「再加工」
mmap优化

用 mmap() 替换 read() 系统调用函数，mmap() 系统调用函数会直接把内核缓冲区里的数据「映射」到用户空间而不是拷贝到用户缓存区去，这样操作系统内核和用户空间就不需要进行任何数据的拷贝

流程：
1. DMA拷贝：应用进程调用了 mmap() 后，DMA 会把磁盘的数据拷贝到内核的缓冲区里。接着，应用进程跟操作系统内核**「共享」**这个缓冲区；
2. CPU拷贝：应用进程再调用 write()，操作系统直接将内核缓冲区的数据拷贝到 socket 缓冲区中，这一切都发生在内核态，由 CPU 来搬运数据；
3. DMA拷贝：把内核的 socket 缓冲区里的数据，拷贝到网卡的缓冲区里
3次拷贝
sendFile优化——零拷贝

Linux 内核版本 2.1 中，提供了一个专门发送文件的系统调用函数 sendfile()，可以替代前面的 read() 和 write() 这两个系统调用，这样就可以减少一次系统调用，也就减少了 2 次上下文切换的开销
1. DMA拷贝：通过 DMA 将磁盘上的数据拷贝到内核缓冲区里；
2. SG-DMA拷贝：缓冲区描述符和数据长度传到 socket 缓冲区，这样网卡的 SG-DMA 控制器就可以直接将内核缓存中的数据拷贝到网卡的缓冲区里，此过程不需要将数据从操作系统内核缓冲区拷贝到 socket 缓冲区中，这样就减少了一次数据拷贝
SG-DMA：The Scatter-Gather Direct Memory Access，可减少通过 CPU 把内核缓冲区里的数据拷贝到 socket 缓冲区的过程

2次DMA拷贝，2次切换

总结：

	拷贝	切换
传统IO	4次拷贝（2次DMA，2次CPU）	4次切换
mmap优化	3次拷贝（2次DMA，1次CPU）	4次切换
sendFile优化	2次拷贝（2次DMA）	2次切换

NIO零拷贝案例

使用NIO 零拷贝方式传递(transferTo)一个大文件

NewIOServer

public class NewIOServer {
    public static void main(String[] args) throws Exception{
        InetSocketAddress address = new InetSocketAddress(7001);
        ServerSocketChannel serverSocketChannel = ServerSocketChannel.open();
        ServerSocket serverSocket = serverSocketChannel.socket();
        serverSocket.bind(address);

        // 创建buffer
        ByteBuffer byteBuffer = ByteBuffer.allocate(4096);
        while (true) {
            // 监听
            SocketChannel socketChannel = serverSocketChannel.accept();
            // 读取
            int readCount = 0;
            while (-1 != readCount) { // 未读完
                try {
                    readCount = socketChannel.read(byteBuffer);
                } catch (Exception e) {
//                    e.printStackTrace();
                    break;
                }
                // 倒带 position=0 mark作废
                byteBuffer.rewind();
            }
        }
    }
}

NewIOClient

public class NewIOClient {
    public static void main(String[] args) throws Exception{
        SocketChannel socketChannel = SocketChannel.open();
        socketChannel.connect(new InetSocketAddress("localhost", 7001));
        String filename = "protoc-3.6.1-win32";

        // 得到一个channel文件
        FileChannel fileChannel = new FileInputStream(filename).getChannel();
        // 准备发送
        long startTime = System.currentTimeMillis();
        // linux下一个transferTo可以完成传输
        // win下，依次调用transferTo只能发送8M，超过需要分段发送
        // transferTo底层使用了零拷贝
        long transferCount = fileChannel.transferTo(0, fileChannel.size(), socketChannel);
        System.out.println("发送的总字节数 = " + transferCount + " 耗时 = " + (System.currentTimeMillis() - startTime));
        // 关闭通道
        fileChannel.close();
    }
}

9、AIO

Asynchronous I/O，异步不阻塞IO，引入异步通道的概念，采用Proactor模式，先由操作系统完成后才通知服务端程序启动线程去处理，一般适用于连接数较多且连接时间较长的应用

IO编程有2种模式：Reactor、Proactor

NIO存在问题

类库和API复杂：Selector、ServerSocketChannel、 SocketChannel、ByteBuffer
涉及大量Java多线程编程知识
工作量和难度大：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
Bug：Epoll Bug，导致Selector空轮询

4 Netty

1、概述

介绍：异步的、基于事件驱动的网络应用程序框架，Elasticsearch 、Dubbo 框架内部都采用了 Netty

优点：

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
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

2、高性能架构设计

线程模型

传统阻塞 I/O 服务模型
Reactor 模式
单 Reactor 单线程
单 Reactor 多线程
主从 Reactor 多线程——改进->Netty

传统阻塞IO服务模型

黄色：对象，蓝色：线程，白色：API

模型特点：

采用阻塞IO模型获取输入的数据
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

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

Reactor模式

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)
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

Reactor模式基本设计思想：

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)
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), 这就是网络服务器高并发处理关键

Reactor模式核心组成

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
Handlers：处理程序执行 I/O 事件要完成的实际事件

3种模式分类

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

单 Reactor 单线程

1）select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

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

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

单 Reactor 多线程

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

优点：可以充分的利用多核cpu 的处理

缺点：多线程数据共享和访问比较复杂， reactor 处理所有事件的监听和响应，在单线程运行，在高并发场景容易出现性能瓶颈

主从 Reactor 多线程

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 线程池处理

6）worker 线程池分配独立的worker 线程进行业务处理，并返回结果

7）handler收到响应的结果后，再通过send将结果返回给client

注意：Reactor主线程可以对应多个Reactor子线程，即MainReactor可以关联多个SubReactor

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；

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

Nginx、Memcached、Netty都使用了主从Reactor多线程

3、Netty模型

1.工作原理简单版

Netty 主要基于主从 Reactors 多线程模型的改进，其中主从 Reactor 多线程模型有多个 Reactor

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 中通道发生事件后，就进行处理(就由handler)，注意 handler 已经加入到通道

2.工作原理详细版

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
NioEventLoopGroup 可以有多个线程, 即可以含有多个NioEventLoop
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
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
每个Worker NIOEventLoop 处理业务时，会使用pipeline(管道), pipeline中包含了channel，即通过pipeline可以获取对应的通道，通道中维护了很多的处理器

3.快速入门实例——TCP服务

实例要求：使用IDEA 创建Netty项目
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~”
服务器可以回复消息给客户端 “hello, 客户端~”

NettyServer

public class NettyServer {
    public static void main(String[] args) throws Exception{
        // 1.创建两个线程组BossGroup和WorkGroup
        // 2.BossGroup只处理连接请求，真正客户端业务处理由workGroup完成；两个都是无限循环
        // 3.bossGroup和workerGroup含有的子线程(NioEventLoop)个数默认是实际cpu核数*2
        NioEventLoopGroup bossGroup = new NioEventLoopGroup();
        NioEventLoopGroup workerGroup = new NioEventLoopGroup();

        try {
            // 创建服务器端启动对象，配置参数
            ServerBootstrap bootstrap = new ServerBootstrap();
            // 使用链式编程来设置参数
            bootstrap.group(bossGroup, workerGroup) // 设置两个线程组
                    .channel(NioServerSocketChannel.class) // 使用NIOSocketChannel作为服务器的通道实现
                    .option(ChannelOption.SO_BACKLOG, 128) // 设置线程队列，得到连接个数
                    .childOption(ChannelOption.SO_KEEPALIVE, true) // 设置保持活动连接状态
                	.handler(null) // 该handler对应的bossGroup，childHandler对应workerGroup
                    .childHandler(new ChannelInitializer<SocketChannel>() { // 创建一个通道初始化对象
                        // 给pipeline设置处理器
                        @Override
                        protected void initChannel(SocketChannel socketChannel) throws Exception {
                            socketChannel.pipeline().addLast(new NettyServerHandler());
                        }
                    }); // 给workGroup的EventLoop对应的管道设置处理器

            System.out.println("服务器准备好了....");
            // 启动服务器并绑定端口
            // 绑定一个端口并且同步，生成一个ChannelFuture对象
            ChannelFuture cf = bootstrap.bind(6668).sync();
            // 对关闭通道进行监听
            cf.channel().closeFuture().sync();
        }finally {
            // 关闭
            bossGroup.shutdownGracefully();
            workerGroup.shutdownGracefully();
        }
    }
}

NettyServerHandler

/**
 * 1.自定义一个handler需要继承netty规定好的某个HandlerAdapter
 * 2.需要自定义一个Handler
 */
public class NettyServerHandler extends ChannelInboundHandlerAdapter {
    /**
     * 读取实际数据（读取客户端发送的数据）
     * @param ctx 上下文对象，含有pipeline、channel、地址
     * @param msg 客户端发送的数据，默认是Object
     * @throws Exception
     */
    @Override
    public void channelRead(ChannelHandlerContext ctx, Object msg) throws Exception {
        System.out.println("server cts = " + 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("客户端发送的消息：" + buf.toString(CharsetUtil.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 {
        // write+flush，将数据写入缓存并刷新，一般需要对发送的数据进行编码
        ctx.writeAndFlush(Unpooled.copiedBuffer("hello, client", CharsetUtil.UTF_8));
    }

    // 处理异常，一般需要关闭通道
    @Override
    public void exceptionCaught(ChannelHandlerContext ctx, Throwable cause) throws Exception {
        ctx.close();
    }
}

NettyClient

public class NettyClient {
    public static void main(String[] args) throws Exception{
        // 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
            Bootstrap bootstrap = new Bootstrap();
            // 设置相关参数
            bootstrap.group(group) // 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
            ChannelFuture channelFuture = bootstrap.connect("127.0.0.1", 8889).sync();
            // 给关闭通道进行监听
            channelFuture.channel().closeFuture().sync();
        }finally {
            group.shutdownGracefully();
        }
    }
}

NettyClientHandler

public class NettyClientHandler extends ChannelInboundHandlerAdapter {
    // 通道就绪会触发该方法
    @Override
    public void channelActive(ChannelHandlerContext ctx) throws Exception {
        System.out.println("client ctx = " + ctx);
        ctx.writeAndFlush(Unpooled.copiedBuffer("hello server", CharsetUtil.UTF_8));
    }

    // 当通道有读取事件时触发
    @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("服务器地址:" + ctx.channel().remoteAddress());
    }

    // 处理异常
    @Override
    public void exceptionCaught(ChannelHandlerContext ctx, Throwable cause) throws Exception {
        cause.printStackTrace();
        ctx.close();
    }
}

4.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

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

public void channelRead(ChannelHandlerContext ctx, Object msg) throws Exception {
        // 如果此处有一个非常耗时的业务 -> 异步执行 -> 提交该channel到对应的NIOEventLoop的taskQueue中
//        Thread.sleep(10 * 1000);
//        ctx.writeAndFlush(Unpooled.copiedBuffer("server端执行完耗时业务", CharsetUtil.UTF_8));
//        System.out.println("go on ...");

        // 解决方法1：用户程序自定义的普通任务
        ctx.channel().eventLoop().execute(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                try {
                    Thread.sleep(10 * 1000);
                    ctx.writeAndFlush(Unpooled.copiedBuffer("1.普通任务：server端执行完耗时业务", CharsetUtil.UTF_8));
                }catch (Exception e) {
                    System.out.println("发送异常：" + e.getMessage());
                }
            }
        });

        // 解决方法2：用户自定义定时任务 -> 该任务提交到scheduleTaskQueue中
        ctx.channel().eventLoop().schedule(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                try {
                    Thread.sleep(5 * 1000);
                    ctx.writeAndFlush(Unpooled.copiedBuffer("2.定时任务：server端执行完耗时业务", CharsetUtil.UTF_8));
                }catch (Exception e) {
                    System.out.println("发送异常：" + e.getMessage());
                }
            }
        }, 5, TimeUnit.SECONDS);
    }

5.Netty模型说明

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，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 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

4、异步模型

1.基本介绍

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 ：回调
- Future的核心思想是：假设一个方法 fun，计算过程可能非常耗时，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说明

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
ChannelFuture 是一个接口： public interface ChannelFuture extends Future，可以添加监听器，当监听的事件发生时，就会通知到监听器

3.工作原理图

在使用 Netty 进行编程时，拦截操作和转换出入站数据只需要提供 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
Netty 框架的目标：让业务逻辑从网络基础应用编码中分离出来

4.Future-Listener 机制

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：

isDone ：判断当前操作是否完成
isSuccess：判断已完成的当前操作是否成功
getCause ：获取已完成的当前操作失败的原因
isCancelled ：判断已完成的当前操作是否被取消
addListener ：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

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

// 给cf注册监听器
cf.addListener(new ChannelFutureListener() {
    @Override
    public void operationComplete(ChannelFuture channelFuture) throws Exception {
        if (cf.isSuccess()) {
            System.out.println("监听端口成功");
        } else {
            System.out.println("监听端口失败");
        }
    }
});

异步处理不会造成线程阻塞，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

5.快速入门实例——HTTP服务]

Netty 服务器在8889 端口监听，浏览器发出请求 http://localhost:8889/
服务器可以回复消息给客户端 "Hello! 我是服务器 " , 并对特定请求资源进行过滤.

TestServer

public class TestServer {
    public static void main(String[] args) throws Exception{
        // 创建两个线程组
        NioEventLoopGroup bossGroup = new NioEventLoopGroup(1);
        NioEventLoopGroup workerGroup = new NioEventLoopGroup();
        try {
            // 创建服务器启动对象
            ServerBootstrap serverBootstrap = new ServerBootstrap();
            // 配置参数
            serverBootstrap.group(bossGroup, workerGroup).channel(NioServerSocketChannel.class).childHandler(new TestServerInitializer());
            // 绑定端口
            ChannelFuture channelFuture = serverBootstrap.bind(8889).sync();
            // 监听关闭通道
            channelFuture.channel().closeFuture().sync();
        } finally {
            bossGroup.shutdownGracefully();
            workerGroup.shutdownGracefully();
        }
    }
}

TestServerInitializer

public class TestServerInitializer extends ChannelInitializer<SocketChannel> {

    @Override
    protected void initChannel(SocketChannel socketChannel) throws Exception {
        // 向管道加入处理器
        // 得到管道
        ChannelPipeline pipeline = socketChannel.pipeline();
        // 加入一个netty提供的httpServerCodec [codec:coder-decoder]
        // 1.HttpServerCodec:netty提供的处理http的编-解码器
        pipeline.addLast("MyHttpServerCodec", new HttpServerCodec());
        // 2.增加自定义的handler
        pipeline.addLast("MyTestHttpServerHandler", new TestHttpServerHandler());
    }
}

TestHttpServerHandler

/**
 * 1.SimpleChannelInboundHandler是ChannelInboundHandlerAdapter的子类
 * 2.HttpObject表示客户端和服务器端相互通信的数据被封装成HttpObject
 */
public class TestHttpServerHandler extends SimpleChannelInboundHandler<HttpObject> {
    // 当有读取事件时触发
    @Override
    protected void channelRead0(ChannelHandlerContext ctx, HttpObject msg) throws Exception {
        // 判断msg是否是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());

            // 过滤特定资源
            HttpRequest httpRequest = (HttpRequest) msg;
            URI uri = new URI(httpRequest.uri());
            if ("/favicon.ico".equals(uri.getPath())) {
                System.out.println("请求favicon.ico 不作响应");
                return;
            }

            // 回复信息给客户端[http协议]
            ByteBuf content = Unpooled.copiedBuffer("hello 我是服务器", CharsetUtil.UTF_8);
            // 构造一个http响应 httpResponse
            FullHttpResponse response = new DefaultFullHttpResponse(HttpVersion.HTTP_1_1, HttpResponseStatus.OK, content);
            // 设置信息
            response.headers().set(HttpHeaderNames.CONTENT_TYPE, "text/plain;charset=UTF-8");
            response.headers().set(HttpHeaderNames.CONTENT_LENGTH, content.readableBytes());
            // 返回response
            ctx.writeAndFlush(response);
        }
    }
}

5、核心模块

1.Bootstrap、ServerBootstrap

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

public ServerBootstrap group(EventLoopGroup parentGroup, EventLoopGroup childGroup)：用于服务器端，设置两个 EventLoop
public B group(EventLoopGroup group) ：用于客户端，设置一个 EventLoop
public B channel(Class channelClass)：设置一个服务器端的通道实现
public B option(ChannelOption option, T value)：给 ServerChannel 添加配置
public ServerBootstrap childOption(ChannelOption childOption, T value)：给接收到的通道添加配置
public ServerBootstrap childHandler(ChannelHandler childHandler)：设置业务处理类（自定义的 handler）
public ChannelFuture bind(int inetPort)：用于服务器端，设置占用的端口号
public ChannelFuture connect(String inetHost, int inetPort) ：用于客户端，连接服务器

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

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

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 TCP Socket 连接
- NioServerSocketChannel，异步的服务器端 TCP Socket 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

ChannelInboundHandler 用于处理入站 I/O 事件，入站：从管道读
ChannelOutboundHandler 用于处理出站 I/O 操作，出站：写入管道
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

通常自定义一个 Handler 类去继承 ChannelInboundHandlerA dapter，通过重写相应方法实现业务逻辑

public class Test extends ChannelHandlerAdapter implements ChannelInboundHandler {
    public void channelRegistered(ChannelHandlerContext channelHandlerContext) throws Exception {}
    public void channelUnregistered(ChannelHandlerContext channelHandlerContext) throws Exception {}
    // 通知就绪事件
    public void channelActive(ChannelHandlerContext channelHandlerContext) throws Exception {}
    public void channelInactive(ChannelHandlerContext channelHandlerContext) throws Exception {}
    // 读取数据事件
    public void channelRead(ChannelHandlerContext channelHandlerContext, Object o) throws Exception {}
    // 数据读取完毕
    public void channelReadComplete(ChannelHandlerContext channelHandlerContext) throws Exception {}
    public void userEventTriggered(ChannelHandlerContext channelHandlerContext, Object o) throws Exception {}
    public void channelWritabilityChanged(ChannelHandlerContext channelHandlerContext) throws Exception {}
    public void handlerAdded(ChannelHandlerContext ctx) throws Exception {}
    public void handlerRemoved(ChannelHandlerContext ctx) throws Exception {}
    // 通道发生异常事件
    public void exceptionCaught(ChannelHandlerContext ctx, Throwable cause) throws Exception {}
}

6.Pipeline和ChannelPipeline

ChannelPipeline 是一个 Handler 的集合，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 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 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

即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

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.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 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
常用方法
public NioEventLoopGroup()，构造方法
public Future shutdownGracefully()，断开连接，关闭线程

10.Unpooled 类

一个专门用来操作缓冲区(即Netty的数据容器)的工具类

public static ByteBuf copiedBuffer(CharSequence string, Charset charset)：通过给定的数据和字符编码返回一个 ByteBuf 对象

public class NettyByteBuf01 {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建一个ByteBuf
        // 1.创建对象，该对象包含一个数组byte[10]
        // 2.在netty的buffer中，不需要使用flip进行反转,底层维护了一个readIndex writeIndex和capacity，将buffer分成三个阶段
        // 0——readIndex          已经读取的区域
        // readIndex——writeIndex 可读区域
        // writeIndex——capacity  可写区域
        ByteBuf buffer = Unpooled.buffer(10);
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            buffer.writeByte(i);
        }
        System.out.println("capacity:" + buffer.capacity());
        for (int i = 0; i < buffer.capacity(); i ++) {
//            System.out.println(buffer.getByte(i));
            System.out.println(buffer.readByte());
        }
    }
}

6、实例：群聊系统

目标：实现服务器端和客户端之间的数据简单通讯（非阻塞），多人群聊

服务器端：可以监测用户上线，离线，并实现消息转发功能

客户端：通过channel 可以无阻塞发送消息给其它所有用户，同时可以接受其它用户发送的消息(有服务器转发得到)

GroupChatSever、GroupChatServerHandler、GroupChatClient、GroupChatClientHandler

GroupChatServer

public class GroupChatServer {
    private int port; // 监听端口
    public GroupChatServer(int port) {
        this.port = port;
    }

    // run：处理客户端请求
    public void run() throws Exception{
        NioEventLoopGroup bossGroup = new NioEventLoopGroup(1);
        NioEventLoopGroup workerGroup = new NioEventLoopGroup(); // 8个NioEventLoop
        try {
            ServerBootstrap b = new ServerBootstrap();
            b.group(bossGroup, workerGroup)
                    .channel(NioServerSocketChannel.class)
                    .option(ChannelOption.SO_BACKLOG, 128)
                    .childOption(ChannelOption.SO_KEEPALIVE, true)
                    .childHandler(new ChannelInitializer<SocketChannel>() {
                        @Override
                        protected void initChannel(SocketChannel socketChannel) throws Exception {
                            // 获取pipeLine
                            ChannelPipeline pipeline = socketChannel.pipeline();
                            // 向pipeLine里面加入解码器
                            pipeline.addLast("decoder", new StringDecoder());
                            // 向pipeLine里面加入编码器
                            pipeline.addLast("encoder", new StringEncoder());
                            // 加入自己的业务处理handler
                            pipeline.addLast(new GroupChatServerHandler());
                        }
                    });
            System.out.println("netty server start");
            ChannelFuture channelFuture = b.bind(port).sync();
            // 监听关闭
            channelFuture.channel().closeFuture().sync();
        }finally {
            bossGroup.shutdownGracefully();
            workerGroup.shutdownGracefully();
        }
    }

    public static void main(String[] args) throws Exception{
        // 启动
        new GroupChatServer(7000).run();
    }
}

GroupChatServerHandler

public class GroupChatServerHandler extends SimpleChannelInboundHandler<String> {
    // 使用一个hashmap管理
//    public static Map channels = new HashMap<>();

    // 定义一个Channel组，管理所有的Channel
    // GlobalEventExecutor.INSTANCE：全局的事件执行器，是一个单例
    private static ChannelGroup channelGroup = new DefaultChannelGroup(GlobalEventExecutor.INSTANCE);
    SimpleDateFormat sdf = new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd HH:mm:ss");

    // 表示建立连接，一旦连接，第一个被执行
    // 将当前channel加入到channelGroup
    @Override
    public void handlerAdded(ChannelHandlerContext ctx) throws Exception {
        Channel channel = ctx.channel();
        // 将该客户加入聊天的信息推送给其他在线的客户端
        // 该方法会将channelGroup中的所有channel遍历并发送消息，不需要自己遍历
        channelGroup.writeAndFlush("[客户端]" + channel.remoteAddress() +  "加入聊天" + sdf.format(new Date()) + "\n");
        channelGroup.add(channel);
    }

    // 断开连接，将xx客户离开信息推送到当前在线客户
    @Override
    public void handlerRemoved(ChannelHandlerContext ctx) throws Exception {
        Channel channel = ctx.channel();
        channelGroup.writeAndFlush("[客户端]" + channel.remoteAddress() + "离开\n");
        System.out.println("channelGroup size:" + channelGroup.size());
    }

    // 表示channel处于活动状态，提示xxx上线
    @Override
    public void channelActive(ChannelHandlerContext ctx) throws Exception {
        System.out.println(ctx.channel().remoteAddress() + "上线了！");
    }

    // 表示channel处于非活动状态，提示xxx离线
    @Override
    public void channelInactive(ChannelHandlerContext ctx) throws Exception {
        System.out.println(ctx.channel().remoteAddress() + "离线了！");
    }

    // 读取数据
    @Override
    protected void channelRead0(ChannelHandlerContext ctx, String msg) throws Exception {
        // 获取当前channel
        Channel channel = ctx.channel();
        // 遍历channelGroup，根据不同的情况，发送不同的消息
        channelGroup.forEach(ch -> {
            if (channel != ch) { // 不是当前channel，穿发消息
                ch.writeAndFlush("[客户]" + channel.remoteAddress() + " 发送了消息" + msg + "\n");
            } else {
                // 是自己
                ch.writeAndFlush("[自己]发送了消息" + msg + "\n");
            }
        });
    }

    @Override
    public void exceptionCaught(ChannelHandlerContext ctx, Throwable cause) throws Exception {
        // 关闭通道
        ctx.close();
    }
}

GroupChatClient

public class GroupChatClient {
    // 属性定义
    private final String host;
    private final int port;
    public GroupChatClient(String host, int port) {
        this.host = host;
        this.port = port;
    }

    public void run() throws Exception{
        NioEventLoopGroup group = new NioEventLoopGroup();
        try {
            Bootstrap bootstrap = new Bootstrap()
                    .group(group)
                    .channel(NioSocketChannel.class)
                    .handler(new ChannelInitializer<SocketChannel>() {
                        @Override
                        protected void initChannel(SocketChannel socketChannel) throws Exception {
                            ChannelPipeline pipeline = socketChannel.pipeline();
                            // 加入先关handler
                            pipeline.addLast("decoder", new StringDecoder());
                            pipeline.addLast("encoder", new StringEncoder());
                            pipeline.addLast(new GroupChatClientHandler());
                        }
                    });
            ChannelFuture channelFuture = bootstrap.connect(host, port).sync();
            // 得到channel
            Channel channel = channelFuture.channel();
            System.out.println("------" + channel.localAddress() + "------");
            // 客户端需要输入信息
            Scanner scanner = new Scanner(System.in);
            while (scanner.hasNextLine()) {
                String msg = scanner.nextLine();
                // 通过channel发送到服务器
                channel.writeAndFlush(msg+ "\r\n");
            }
        }finally {
            group.shutdownGracefully();
        }
    }

    public static void main(String[] args) throws Exception{
        new GroupChatClient("127.0.0.1", 7000).run();
    }
}

GroupChatClientHandler

public class GroupChatClientHandler extends SimpleChannelInboundHandler<String> {
    @Override
    protected void channelRead0(ChannelHandlerContext channelHandlerContext, String msg) throws Exception {
        System.out.println(msg.trim());
    }
}

结果

7、实例：心跳检测机制

当服务器超过3秒没有读时，就提示读空闲

当服务器超过5秒没有写操作时，就提示写空闲

当服务器超过7秒没有读或者写操作时，就提示读写空闲

读：客户端 => 服务器

MyServer

public class MyServer {
    public static void main(String[] args) throws Exception{
        NioEventLoopGroup bossGroup = new NioEventLoopGroup(1);
        NioEventLoopGroup workerGroup = new NioEventLoopGroup();
        try {
            ServerBootstrap serverBootstrap = new ServerBootstrap();
            serverBootstrap.group(bossGroup, workerGroup)
                    .channel(NioServerSocketChannel.class)
                    .handler(new LoggingHandler(LogLevel.INFO))
                    .childHandler(new ChannelInitializer<SocketChannel>() {
                        @Override
                        protected void initChannel(SocketChannel socketChannel) throws Exception {
                            ChannelPipeline pipeline = socketChannel.pipeline();
                            /*
                                加入一个netty，提供IdleStateHandler
                                说明：
                                1.IdleStateHandler是netty提供的处理空闲状态的处理器
                                2.long readerIdleTime：表示多长时间没有读，就会发送一个心跳检测包检测是否连接
                                3.long writerIdleTime：...写...
                                4.long allIdleTime：...读写...
                                5.文档说明：Triggers an IdleStateEvent when a Channel has not performed read, write, or both operation for a while.
                                6.当IdleStateEvent触发后，会传递给管道channel的下一个handler去处理
                                通过调用下一个handler的userEventTriggered，在该方法中去处理IdleStateEvent(读空闲、写空闲、读写空闲)
                             */
                            pipeline.addLast(new IdleStateHandler(13, 5, 7, TimeUnit.SECONDS));
                            // 加入一个对空闲检测进一步处理的handler
                            pipeline.addLast(new MyServerHandler());

                        }
                    });
            // 启动服务器
            ChannelFuture channelFuture = serverBootstrap.bind(7000).sync();
            // 关闭通道
            channelFuture.channel().closeFuture().sync();
        } finally {
            bossGroup.shutdownGracefully();
            workerGroup.shutdownGracefully();
        }
    }
}

MyServerHandler

public class MyServerHandler extends ChannelInboundHandlerAdapter {
    /**
     * @param ctx 上下文
     * @param evt 事件
     * @throws Exception
     */
    @Override
    public void userEventTriggered(ChannelHandlerContext ctx, Object evt) throws Exception {
        if (evt instanceof IdleStateEvent) {
            // 将evt向下转型IdleStateEvent
            IdleStateEvent event = (IdleStateEvent) evt;
            String eventType = null;
            switch (event.state()) {
                case READER_IDLE:
                    eventType = "读空闲";
                    break;
                case WRITER_IDLE:
                    eventType = "写空闲";
                    break;
                case ALL_IDLE:
                    eventType = "读写空闲";
                    break;
            }
            System.out.println(ctx.channel().remoteAddress() + "---超时---" + eventType);
            System.out.println("服务器做相应处理");
            // 如果发生空闲，关闭通道
            ctx.channel().closeFuture();
        }
    }
}

8、实例：WebSocket长连接

实现基于webSocket的长连接的全双工的交互
Http协议是无状态的, 浏览器和服务器间的请求响应一次，下一次会重新创建连接
改变Http协议多次请求的约束，实现长连接了，服务器可以发送消息给浏览器
客户端浏览器和服务器端会相互感知，比如服务器关闭了，浏览器会感知，同样浏览器关闭了，服务器会感知

MyServer

public class MyServer {
    public static void main(String[] args) throws Exception{
        NioEventLoopGroup bossGroup = new NioEventLoopGroup(1);
        NioEventLoopGroup workerGroup = new NioEventLoopGroup();
        try {
            ServerBootstrap serverBootstrap = new ServerBootstrap();
            serverBootstrap.group(bossGroup, workerGroup)
                    .channel(NioServerSocketChannel.class)
                    .handler(new LoggingHandler(LogLevel.INFO))
                    .childHandler(new ChannelInitializer<SocketChannel>() {
                        @Override
                        protected void initChannel(SocketChannel socketChannel) throws Exception {
                            ChannelPipeline pipeline = socketChannel.pipeline();
                            // 基于http协议，需要使用http的编码和解码器
                            pipeline.addLast(new HttpServerCodec());
                            // 以块方式写，添加ChunkedWriteHandler
                            pipeline.addLast(new ChunkedWriteHandler());
                            // http数据在传输过程中是分段的，HttpObjectAggregator可以将多个段聚合(所以通常浏览器发送大量数据时，会发出多次http请求)
                            pipeline.addLast(new HttpObjectAggregator(8192));
                            /*
                                1.WebSocket的数据是以帧frame的形式传递，WebSocketFrame下面有6个子类
                                2.浏览器发送请求时 ws://localhost:7000/hello 表示请求的uri
                                3.WebSocketServerProtocolHandler核心功能：通过一个状态码101，将http协议升级为ws协议，保持长连接
                             */

                            pipeline.addLast(new WebSocketServerProtocolHandler("/hello"));
                            // 自定义handler，处理业务逻辑
                            pipeline.addLast(new MyTextWebSocketFraneHandler());
                        }
                    });
            // 启动服务器
            ChannelFuture channelFuture = serverBootstrap.bind(7000).sync();
            // 关闭通道
            channelFuture.channel().closeFuture().sync();
        } finally {
            bossGroup.shutdownGracefully();
            workerGroup.shutdownGracefully();
        }
    }
}

MyTextWebSocketFraneHandler

// TextWebSocketFrame 表示一个文本帧frame
public class MyTextWebSocketFraneHandler extends SimpleChannelInboundHandler<TextWebSocketFrame> {
    @Override
    protected void channelRead0(ChannelHandlerContext ctx, TextWebSocketFrame msg) throws Exception {
        System.out.println("服务器端收到消息" + msg.text());
        // 回复消息
        ctx.channel().writeAndFlush(new TextWebSocketFrame("服务器时间" + LocalDateTime.now() + " " + msg.text()));
    }

    // web客户端连接后，触发方法
    @Override
    public void handlerAdded(ChannelHandlerContext ctx) throws Exception {
        // id表示唯一的值，LongText是唯一的  ShortText不唯一
        System.out.println("handlerAdded被调用 " + ctx.channel().id().asLongText());
        System.out.println("handlerAdded被调用 " + ctx.channel().id().asShortText());
    }

    @Override
    public void handlerRemoved(ChannelHandlerContext ctx) throws Exception {
        System.out.println("handlerRemoved被调用 " + ctx.channel().id().asLongText());
    }

    @Override
    public void exceptionCaught(ChannelHandlerContext ctx, Throwable cause) throws Exception {
        System.out.println("异常发生 " + cause.getMessage());
        ctx.close();
    }
}

hello.html

DOCTYPE html>
<html lang="en">
<head>
    <meta charset="UTF-8">
    <title>Titletitle>
head>
<body>
<script>
    var socket;
    // 判断当前浏览器是否支持websocket
    if (window.WebSocket) {
        socket = new WebSocket("ws://localhost:7000/hello");
        // 相当于channelRead0，ev收到服务器货送的消息
        socket.onmessage = function (ev) {
            var rt = document.getElementById("responseText");
            rt.value = rt.value + "\n" + ev.data;
        }
        // 相当于连接开启
        socket.onopen = function (ev) {
            var rt = document.getElementById("responseText");
            rt.value = "连接开启...";
        }
        // 相当于连接关闭
        socket.onclose = function (ev) {
            var rt = document.getElementById("responseText");
            rt.value = rt.value + "\n" + "连接关闭...";
        }
    } else {
        alert("当前浏览器不支持websocket")
    }

    // 发送消息到服务器
    function send(message) {
        // 先判断socket是否创建好
        if (!window.socket) {
            return;
        }
        if (socket.readyState === WebSocket.OPEN) {
            // 通过socket发送消息
            socket.send(message);
        } else {
            alert("连接没有开启");
        }
    }

script>
<form onsubmit="return false">
    <textarea name="message" style="height: 300px; width: 300px">textarea>
    <input type="button" value="发送消息" onclick="send(this.form.message.value)">
    <textarea id="responseText" style="height: 300px; width: 300px">textarea>
    <input type="button" value="清空内容" onclick="document.getElementById('responseText').value=''">
form>
body>
html>

9、编解码器机制

数据在网络中传输的都是二进制字节码数据，在发送数据时就需要编码，接收数据时就需要解码
codec(编解码器) 的组成部分有两个：decoder(解码器)和 encoder(编码器)
- encoder 负责把业务数据转换成字节码数据
- decoder 负责把字节码数据转换成业务数据
本身的编码解码
- StringEncoder，对字符串数据进行编码
- ObjectEncoder，对 Java 对象进行编码
- StringDecoder, 对字符串数据进行解码
- ObjectDecoder，对 Java 对象进行解码
问题分析：Netty本身自带的 ObjectDecoder 和 ObjectEncoder 可以用来实现 POJO 对象或各种业务对象的编码和解码，底层使用的仍是 Java 序列化技术 , 而Java 序列化技术本身效率就不高
- 无法跨语言
- 序列化后的体积太大，是二进制编码的 5 倍多
- 序列化性能太低

=> Protobuf

10、Protobuf机制

1.介绍

Google发布的一种轻便高效的结构化数据存储格式，可以用于结构化数据串行化，或者说序列化
适合做数据存储或 RPC[远程过程调用 remote procedure call ] 数据交换格式
目前很多公司 http+json => tcp+protobuf
Protobuf 是以 message 的方式来管理数据
支持跨平台、跨语言，即[客户端和服务器端可以是不同的语言编写的]
高性能，高可靠性
流程：
- Protobuf 将类的定义使用**.proto 文件**进行描述[在idea 中编写 .proto 文件时，会自动提示是否下载 .ptotot 编写插件，可以让语法高亮]
- 通过 protoc.exe 编译器根据.proto 自动生成.java 文件

2.快速入门实例1

客户端可以发送一个Student PoJo 对象到服务器 (通过 Protobuf 编码)
服务端能接收Student PoJo 对象，并显示信息(通过 Protobuf 解码)

(1))写一个Student.proto

syntax = "proto3"; // 版本
option java_outer_classname = "StudentPOJO"; // 生成的外部类名，也是文件名
// protobuf使用message管理数据
message Student { // 会在StudentPOJO外部类生成一个内部类Student，即真正发送的POJO对象
  int32 id = 1; // Student类中有一个属性名id，类型int32(protobuf类型) 1表示属性序号，不是值
  string name =2;
}

(2)在控制台输入命令，生成StudentPOJO.java

将Student.proto复制到有protoc.exe的目录下，在该目录下打开控制台，输入命令：protoc.exe --java_out=. Student.proto，生成了一个StudentPOJO.java

(3)使用前面netty.simple项目的Server和Client，修改代码

2.快速入门实例2

客户端可以随机发送Student PoJo/ Worker PoJo 对象到服务器 (通过 Protobuf 编码)
服务端能接收Student PoJo/ Worker PoJo 对象(需要判断是哪种类型)，并显示信息(通过 Protobuf 解码)

(1)编写Student.proto

syntax = "proto3";
option optimize_for = SPEED; // 加快解析
option java_package = "com.mys.netty.codec2"; // 指定生成到哪个包下
option java_outer_classname = "MyDataInfo"; // 外部类名

// protobuf可以使用message管理其他message
message MyMessage {
  // 定义一个枚举类型
  enum DataType {
    StudentType = 0; // proto3要求enum编号从0开始
    WorkerType = 1;
  }
  // 用data_type标识传的是哪个类型
  DataType data_type = 1;
  // 表示每次枚举类型最多只能出现其中一个，节省空间
  oneof dataBody {
    Student student = 2;
    Worker worker = 3;
  }
}
message Student {
  int32 id = 1;
  string name = 2;
}
message Worker {
  string name = 1;
  int32 age = 2;
}

(2)使用protoc.exe生成MyDataInfo.java

与实例1步骤一样

(3)复制实例1的server、client，修改代码

NettyClientHandler

public void channelActive(ChannelHandlerContext ctx) throws Exception {
    // 随机发送Student或Worker对象
    int random = new Random().nextInt(3);
    MyDataInfo.MyMessage myMessage = null;
    if (0 == random) { // 发送Student对象
        myMessage = MyDataInfo.MyMessage.newBuilder().setDataType(MyDataInfo.MyMessage.DataType.StudentType).setStudent(MyDataInfo.Student.newBuilder().setId(5).setName("student").build()).build();
    } else { // 发送worker对象
        myMessage = MyDataInfo.MyMessage.newBuilder().setDataType(MyDataInfo.MyMessage.DataType.WorkerType).setWorker(MyDataInfo.Worker.newBuilder().setAge(20).setName("worker").build()).build();
    }
    ctx.writeAndFlush(myMessage);
}

NettyServerHandler

public class NettyServerHandler extends SimpleChannelInboundHandler<MyDataInfo.MyMessage> {
    @Override
    protected void channelRead0(ChannelHandlerContext ctx, MyDataInfo.MyMessage msg) throws Exception {
        MyDataInfo.MyMessage.DataType dataType = msg.getDataType();
        // 根据dataType显示不同的信息
        if (dataType == MyDataInfo.MyMessage.DataType.StudentType) {
            MyDataInfo.Student student = msg.getStudent();
            System.out.println("student id = " + student.getId() + " name = " + student.getName());
        } else if (dataType == MyDataInfo.MyMessage.DataType.WorkerType) {
            MyDataInfo.Worker worker = msg.getWorker();
            System.out.println("worker age = " + worker.getAge() + " name = " + worker.getName());
        } else {
            System.out.println("传输的类型不正确");
        }
    }

11、编解码器和handler调用机制

Netty的主要组件有Channel、EventLoop、ChannelFuture、 ChannelHandler、ChannelPipeline
ChannelHandler：处理入站和出站数据的应用程序逻辑的容器
实现ChannelInboundHandler接口（或ChannelInboundHandlerAdapter），可以接收入站事件和数据，这些数据会被业务逻辑处理
当要给客户端发送响应时，也可以从ChannelInboundHandler冲刷数据
业务逻辑通常写在一个或多个ChannelInboundHandler中
ChannelOutboundHandler原理一样，处理出站数据
ChannelPipeline提供了ChannelHandler链的容器，客户端发送给服务端的数据会通过pipeline中的一系列ChannelOutboundHandler
当Netty发送或者接受一个消息的时候，就将会发生一次数据转换。入站消息会被解码，出站消息会被编码
编解码器都实现了ChannelInboundHadnler或ChannelOutboundHandler接口，channelRead方法被重写
入站为例，将已经解码的字节转发给ChannelPipeline中的下一个ChannelInboundHandler

入站——InBoundHandler ——服务端 => 客户端——解码decode

出站——OutBoundHandler——客户端 => 服务端——编码encode

解码器-ByteToMessageDecoder

由于不可能知道远程节点是否会一次性发送一个完整的信息， tcp有可能出现粘包拆包的问题，这个类会对入站数据进行缓冲，直到它准备好被处理

每次入站从ByteBuf中读取4字节，将其解码为一个int，然后将它添加到下一个List中。当没有更多元素可以被添加到该List中时，它的内容将会被发送给下一个ChannelInboundHandler。 int在被添加到List中时，会被自动装箱为Integer。在调用readInt()方法前必须验证所输入的ByteBuf是否具有足够的数据

12、handler链的调用机制实例

使用自定义的编码器和解码器来说明Netty的handler 调用机制

客户端发送long -> 服务器

服务端发送long -> 客户端

MyServer

public class MyServer {
    public static void main(String[] args) throws Exception{
        NioEventLoopGroup bossGroup = new NioEventLoopGroup(1);
        NioEventLoopGroup workerGroup = new NioEventLoopGroup();
        try {
            ServerBootstrap serverBootstrap = new ServerBootstrap();
            serverBootstrap.group(bossGroup, workerGroup)
                    .channel(NioServerSocketChannel.class)
                    .childHandler(new MyServerInitializer()); // 自定义一个初始化类
            ChannelFuture channelFuture = serverBootstrap.bind(7000).sync();
            channelFuture.channel().closeFuture().sync();
        } finally {
            bossGroup.shutdownGracefully();
            workerGroup.shutdownGracefully();
        }
    }
}

MyServerInitializer

public class MyServerInitializer extends ChannelInitializer<SocketChannel> {
    @Override
    protected void initChannel(SocketChannel ch) throws Exception {
        ChannelPipeline pipeline = ch.pipeline();
        // 入站的handler，进行解码 MyByeToLongDecoder
        pipeline.addLast(new MyByeToLongDecoder());
        // 出站的编码器
        pipeline.addLast(new MyLongToByteEncoder());
        // 自定义handler处理业务逻辑
        pipeline.addLast(new MyServerHandler());
    }
}

MyServerHandler

public class MyServerHandler extends SimpleChannelInboundHandler<Long> {
    @Override
    protected void channelRead0(ChannelHandlerContext ctx, Long msg) throws Exception {
        System.out.println("从客户端" + ctx.channel().remoteAddress() + "读取到long" + msg);
        // 给客户端发送一个long
        ctx.writeAndFlush(98756L);
    }

    @Override
    public void exceptionCaught(ChannelHandlerContext ctx, Throwable cause) throws Exception {
        cause.printStackTrace();
        ctx.close();
    }
}

MyByteToLongDecoder

public class MyByeToLongDecoder extends ByteToMessageDecoder {
    // ctx 上下文  in 入站的ByteBuf  out List集合，将解码后的数据传给下一个handler
    @Override
    protected void decode(ChannelHandlerContext ctx, ByteBuf in, List<Object> out) throws Exception {
        // decode会根据接收的数据被调用多次，直到确定没有新的元素被添加到List或ByteBuf，没有更多的可读字节为止
        //如果list out 不为空，就会将list的内容传递给下一个channelInBoundHandler处理，该处理器的方法也会被调用多次
        System.out.println("MyByeToLongDecoder decoder 被调用");
        if (in.readableBytes() >= 8) { // long有8个字节
            out.add(in.readLong());
        }
    }
}

MyClient

public class MyClient {
    public static void main(String[] args) throws Exception{
        NioEventLoopGroup group = new NioEventLoopGroup();
        try {
            Bootstrap bootstrap = new Bootstrap();
            bootstrap.group(group).channel(NioSocketChannel.class).handler(new MyClientInitializer());
            ChannelFuture channelFuture = bootstrap.connect("localhost", 7000).sync();
            channelFuture.channel().closeFuture().sync();
        } finally {
            group.shutdownGracefully();
        }
    }
}

MyClientInitializer

public class MyClientInitializer extends ChannelInitializer<SocketChannel> {
    @Override
    protected void initChannel(SocketChannel ch) throws Exception {
        ChannelPipeline pipeline = ch.pipeline();
        // 出站之前，加入一个handler，对数据进行编码
        pipeline.addLast(new MyLongToByteEncoder());
        // 入站的解码器
        pipeline.addLast(new MyByeToLongDecoder());
        // 再加入一个自定义handler，处理业务逻辑
        pipeline.addLast(new MyClientHandler());
    }
}

MyClientHandler

public class MyClientHandler extends SimpleChannelInboundHandler<Long> {
    @Override
    protected void channelRead0(ChannelHandlerContext ctx, Long msg) throws Exception {
        System.out.println("服务器的ip = " + ctx.channel().remoteAddress());
        System.out.println("收到服务器消息 = " + msg);
    }

    // 重写channelActive发送数据
    @Override
    public void channelActive(ChannelHandlerContext ctx) throws Exception {
        System.out.println("MyClientHandler 发送数据");
        ctx.writeAndFlush(123456L);
        /*
            该处理器的前一个handler是MyLongToByteEncoder,其父类是MessageToByteEncoder
            编写 Encoder 是要注意传入的数据类型和处理的数据类型一致
    public void write(ChannelHandlerContext ctx, Object msg, ChannelPromise promise) throws Exception {
        ByteBuf buf = null;
        try {
            // 判断当前msg 是不是应该处理的类型，如果是就处理，不是就跳过encode
            if (acceptOutboundMessage(msg)) {
                @SuppressWarnings("unchecked")
                I cast = (I) msg;
                buf = allocateBuffer(ctx, cast, preferDirect);
                try {
                    encode(ctx, cast, buf);
                } finally {
                    ReferenceCountUtil.release(cast);
                }
                if (buf.isReadable()) {
                    ctx.write(buf, promise);
                } else {
                    buf.release();
                    ctx.write(Unpooled.EMPTY_BUFFER, promise);
                }
                buf = null;
            } else {
                ctx.write(msg, promise);
            }
        }
         */
    }
}

MyLongToByteEncoder

public class MyLongToByteEncoder extends MessageToByteEncoder<Long> {
    @Override
    protected void encode(ChannelHandlerContext ctx, Long msg, ByteBuf out) throws Exception {
        System.out.println("MyLongToByteEncoder encode被调用");
        System.out.println("msg = " + msg);
        out.writeLong(msg);
    }
}

不论解码器handler还是编码器handler，接收的消息类型必须与待处理的消息类型一致，否则该handler不会被执行
在解码器进行数据解码时，需要判断缓存区(ByteBuf)的数据是否足够，否则接收到的数据会和期望结果不同

解码器-ReplayingDecoder

public abstract class ReplayingDecoder extends ByteToMessageDecoder
使用这个类，不必调用 readableBytes()方法。参数S指定了用户状态管理的类型，其中Void代表不需要状态管理

  public class MyByteToLongDecoder2 extends ReplayingDecoder<Void> {
      @Override
      protected void decode(ChannelHandlerContext ctx, ByteBuf in, List<Object> out) throws Exception {
          System.out.println("MyByteToLongDecoder2 被调用");
          // ReplayingDecoder不需要判断数据是否足够读取，内部会进行判断处理
          out.add(in.readLong());
      }
  }

局限性
- 并不是所有的 ByteBuf 操作都被支持，如果调用了一个不被支持的方法，将会抛出一个 UnsupportedOperationException
- 在某些情况下可能稍慢于 ByteToMessageDecoder，例如网络缓慢并且消息格式复杂时，消息会被拆成了多个碎片，速度变慢

其他解码器

LineBasedFrameDecoder：在Netty内部也有使用，使用行尾控制字符（\n或\r\n）作为分隔符来解析数据
DelimiterBasedFrameDecoder：使用自定义的特殊字符作为消息的分隔符
HttpObjectDecoder：一个HTTP数据的解码器
LengthFieldBasedFrameDecoder：通过指定长度来标识整包消息，可以自动的处理黏包和半包消息

其他编码器

ObjectEncoder
SocksMessageEncoder
ZlibEncoder
Bzip2Encoder

13、Log4j整合到Netty

添加依赖 pom.xml

<dependency>
    <groupId>log4jgroupId>
    <artifactId>log4jartifactId>
    <version>1.2.17version>
dependency>
<dependency>
    <groupId>org.slf4jgroupId>
    <artifactId>slf4j-apiartifactId>
    <version>1.7.25version>
dependency>
<dependency>
    <groupId>org.slf4jgroupId>
    <artifactId>slf4j-log4j12artifactId>
    <version>1.7.25version>
    <scope>testscope>
dependency>
<dependency>
    <groupId>org.slf4jgroupId>
    <artifactId>slf4j-simpleartifactId>
    <version>1.7.25version>
    <scope>testscope>
dependency>

配置Log4j resources/log4j.properties

log4j.rootLogger=DEBUG, stdout
log4j.appender.stdout=org.apache.log4j.ConsoleAppender
log4j.appender.stdout.layout=org.apache.log4j.PatternLayout
log4j.appender.stdout.layout.ConversionPattern=[%p] %C{1} - %m%n

14、TCP粘包和拆包

TCP是面向连接的，面向流的，提供高可靠性服务。收发两端（客户端和服务器端）都要有一一成对的socket，因此，发送端为了将多个发给接收端的包，更有效的发给对方，使用了优化方法（Nagle算法），将多次间隔较小且数据量小的数据，合并成一个大的数据块，然后进行封包。这样做虽然提高了效率，但是接收端就难于分辨出完整的数据包了，因为面向流的通信是无消息保护边界的

图解：客户端给服务器发送数据包D1、D2，服务端读取到的字节数可能上图存在四种情况

粘包和拆包具体实例

MyServer

public class MyServer {
    public static void main(String[] args) throws Exception{
        NioEventLoopGroup bossGroup = new NioEventLoopGroup(1);
        NioEventLoopGroup workerGroup = new NioEventLoopGroup();
        try {
            ServerBootstrap serverBootstrap = new ServerBootstrap();
            serverBootstrap.group(bossGroup, workerGroup)
                    .channel(NioServerSocketChannel.class)
                    .childHandler(new MyServerInitializer()); // 自定义一个初始化类
            ChannelFuture channelFuture = serverBootstrap.bind(7000).sync();
            channelFuture.channel().closeFuture().sync();
        } finally {
            bossGroup.shutdownGracefully();
            workerGroup.shutdownGracefully();
        }
    }
}

MyServerInitializer

public class MyServerInitializer extends ChannelInitializer<SocketChannel> {
    @Override
    protected void initChannel(SocketChannel ch) throws Exception {
        ChannelPipeline pipeline = ch.pipeline();
        pipeline.addLast(new MyServerHandler());
    }
}

MyServerHandler

public class MyServerHandler extends SimpleChannelInboundHandler<ByteBuf> {
    private int count;

    @Override
    protected void channelRead0(ChannelHandlerContext ctx, ByteBuf msg) throws Exception {
        byte[] buffer = new byte[msg.readableBytes()];
        msg.readBytes(buffer);
        String message = new String(buffer, Charset.forName("utf-8"));

        System.out.println("服务器收到的数据：" + message);
        System.out.println("服务器收到的消息量：" + (++count));

        // 服务端回送数据给客户端
        ByteBuf responseByteBuf = Unpooled.copiedBuffer(UUID.randomUUID().toString() + " ", Charset.forName("utf-8"));
        ctx.writeAndFlush(responseByteBuf);
    }

    @Override
    public void exceptionCaught(ChannelHandlerContext ctx, Throwable cause) throws Exception {
        cause.printStackTrace();
        ctx.close();
    }
}

MyClient

public class MyClient {
    public static void main(String[] args) throws Exception{
        NioEventLoopGroup group = new NioEventLoopGroup();
        try {
            Bootstrap bootstrap = new Bootstrap();
            bootstrap.group(group).channel(NioSocketChannel.class).handler(new MyClientInitializer());
            ChannelFuture channelFuture = bootstrap.connect("localhost", 7000).sync();
            channelFuture.channel().closeFuture().sync();
        } finally {
            group.shutdownGracefully();
        }
    }
}

MyClientInitializer

public class MyClientInitializer extends ChannelInitializer<SocketChannel> {
    @Override
    protected void initChannel(SocketChannel ch) throws Exception {
        ChannelPipeline pipeline = ch.pipeline();
        pipeline.addLast(new MyClientHandler());
    }
}

MyClientHandler

public class MyClientHandler extends SimpleChannelInboundHandler<ByteBuf> {
    private int count;
    @Override
    protected void channelRead0(ChannelHandlerContext ctx, ByteBuf msg) throws Exception {
        byte[] buffer = new byte[msg.readableBytes()];
        msg.readBytes(buffer);
        String message = new String(buffer, Charset.forName("utf-8"));
        System.out.println("客户端接收到的消息：" + message);
        System.out.println("客户端接收到的消息数量；：" + (++count));
    }
    @Override
    public void channelActive(ChannelHandlerContext ctx) throws Exception {
        // 使用客户端发送10调数据
        for (int i = 0; i < 10; ++ i) {
            ByteBuf byteBuf = Unpooled.copiedBuffer("hello server " + i, Charset.forName("utf-8"));
            ctx.writeAndFlush(byteBuf);
        }
    }
    @Override
    public void exceptionCaught(ChannelHandlerContext ctx, Throwable cause) throws Exception {
        cause.printStackTrace();
        ctx.close();
    }
}

粘包和拆包解决方案

使用自定义协议 + 编解码器来解决
关键就是要解决服务器端每次读取数据长度的问题, 这个问题解决，就不会出现服务器多读或少读数据的问题，从而避免的TCP 粘包、拆包

MessageProtocol

/**
 * 协议包
 */
public class MessageProtocol {
    private int len; // 关键
    private byte[] content;

	getter setter
}

MyClient

public class MyClient {
    public static void main(String[] args) throws Exception{
        NioEventLoopGroup group = new NioEventLoopGroup();
        try {
            Bootstrap bootstrap = new Bootstrap();
            bootstrap.group(group).channel(NioSocketChannel.class).handler(new MyClientInitializer());
            ChannelFuture channelFuture = bootstrap.connect("localhost", 7000).sync();
            channelFuture.channel().closeFuture().sync();
        } finally {
            group.shutdownGracefully();
        }
    }
}

MyClientHandler

public class MyClientHandler extends SimpleChannelInboundHandler<MessageProtocol> {
    private int count;
    @Override
    protected void channelRead0(ChannelHandlerContext ctx, MessageProtocol msg) throws Exception {
        int len = msg.getLen();
        byte[] content = msg.getContent();
        System.out.println("客户端接收到消息如下");
        System.out.println("长度=" + len);
        System.out.println("内容=" + new String(content, Charset.forName("utf-8")));
        System.out.println("客户端接收消息数量=" + (++count));
    }

    @Override
    public void channelActive(ChannelHandlerContext ctx) throws Exception {
        // 使用客户端发送10调数据
        for (int i = 0; i < 3; ++ i) {
            String msg = "hello server";
            byte[] count = msg.getBytes(Charset.forName("utf-8"));
            int len = msg.getBytes(Charset.forName("utf-8")).length;
            // 创建协议包对象
            MessageProtocol messageProtocol = new MessageProtocol();
            messageProtocol.setLen(len);
            messageProtocol.setContent(count);
            ctx.writeAndFlush(messageProtocol);
        }
    }

    @Override
    public void exceptionCaught(ChannelHandlerContext ctx, Throwable cause) throws Exception {
        System.out.println("异常消息：" + cause.getMessage());
        ctx.close();
    }
}

MyClientInitializer

public class MyClientInitializer extends ChannelInitializer<SocketChannel> {
    @Override
    protected void initChannel(SocketChannel ch) throws Exception {
        ChannelPipeline pipeline = ch.pipeline();
        pipeline.addLast(new MyMessageEncoder());
        pipeline.addLast(new MyMessageDecoder());
        pipeline.addLast(new MyClientHandler());
    }
}

MyMessageDecoder

public class MyMessageDecoder extends ReplayingDecoder<Void> {
    @Override
    protected void decode(ChannelHandlerContext ctx, ByteBuf in, List<Object> out) throws Exception {
        System.out.println("MyMessageDecoder decode 被调用");
        //需要将得到二进制字节码-> MessageProtocol 数据包(对象)
        int length = in.readInt();
        byte[] content = new byte[length];
        in.readBytes(content);
        //封装成 MessageProtocol 对象，放入 out， 传递下一个handler业务处理
        MessageProtocol messageProtocol = new MessageProtocol();
        messageProtocol.setLen(length);
        messageProtocol.setContent(content);
        out.add(messageProtocol);

    }
}

MyMessageEncoder

public class MyMessageEncoder extends MessageToByteEncoder<MessageProtocol> {
    @Override
    protected void encode(ChannelHandlerContext ctx, MessageProtocol msg, ByteBuf out) throws Exception {
        System.out.println("MyMessageEncoder encode 被调用");
        out.writeInt(msg.getLen());
        out.writeBytes(msg.getContent());
    }
}

MyServer

public class MyServer {
    public static void main(String[] args) throws Exception{
        NioEventLoopGroup bossGroup = new NioEventLoopGroup(1);
        NioEventLoopGroup workerGroup = new NioEventLoopGroup();
        try {
            ServerBootstrap serverBootstrap = new ServerBootstrap();
            serverBootstrap.group(bossGroup, workerGroup)
                    .channel(NioServerSocketChannel.class)
                    .childHandler(new MyServerInitializer()); // 自定义一个初始化类
            ChannelFuture channelFuture = serverBootstrap.bind(7000).sync();
            channelFuture.channel().closeFuture().sync();
        } finally {
            bossGroup.shutdownGracefully();
            workerGroup.shutdownGracefully();
        }
    }
}

MyServerHandler

public class MyServerHandler extends SimpleChannelInboundHandler<MessageProtocol> {
    private int count;
    @Override
    protected void channelRead0(ChannelHandlerContext ctx, MessageProtocol msg) throws Exception {
        // 接收数据并处理
        int len = msg.getLen();
        byte[] content = msg.getContent();
        System.out.println("服务器收到消息：" );
        System.out.println("len = " + len);
        System.out.println("content = " + new String(content, Charset.forName("utf-8")));
        System.out.println("服务器收到的数量：" + (++count));
        // 服务端回送数据给客户端
        String responseContent = UUID.randomUUID().toString();
        int responseLen = responseContent.getBytes("utf-8").length;
        byte[]  responseContent2 = responseContent.getBytes("utf-8");
        //构建一个协议包
        MessageProtocol messageProtocol = new MessageProtocol();
        messageProtocol.setLen(responseLen);
        messageProtocol.setContent(responseContent2);
        ctx.writeAndFlush(messageProtocol);
    }
    @Override
    public void exceptionCaught(ChannelHandlerContext ctx, Throwable cause) throws Exception {
        cause.printStackTrace();
        ctx.close();
    }
}

MyServerInitializer

public class MyServerInitializer extends ChannelInitializer<SocketChannel> {
    @Override
    protected void initChannel(SocketChannel ch) throws Exception {
        ChannelPipeline pipeline = ch.pipeline();
        pipeline.addLast(new MyMessageDecoder());
        pipeline.addLast(new MyMessageEncoder());
        pipeline.addLast(new MyServerHandler());
    }
}

Netty学习笔记

文章目录

1 Netty

2 BIO

1、介绍

2、工作机制

3、应用实例

4、问题分析

3 NIO

1、介绍

2、BIO vs. VIO

3、NIO三大核心原理

4、Buffer缓冲区

5、Channel通道

6、Selector选择器

7、NIO 网络编程应用实例-群聊系统

8、NIO与零拷贝

9、AIO

4 Netty

1、概述

2、高性能架构设计

3、Netty模型

4、异步模型

5、核心模块

6、实例：群聊系统

7、实例：心跳检测机制

8、实例：WebSocket长连接

9、编解码器机制

10、Protobuf机制

11、编解码器和handler调用机制

12、handler链的调用机制实例

13、Log4j整合到Netty

14、TCP粘包和拆包

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