Netty入门——基于NIO实现机器客服案例

前言

最近学完了Netty，在这里关于Netty中实现NIO做一些小总结，并附上一个小案例，最好读者有一点Netty的基础。这里附上git的地址，看一下netty的各种案例运行一下。github

环境准备

Maven 3.X、JDK15

前置知识

网络传输的几种实现方式

建议看一下之前的一篇文章《Java网络编程之阻塞式IO与非阻塞IO》中关于阻塞和非阻塞IO在Java中的使用。

BIO——同步阻塞IO

阻塞式的IO，服务器以轮询的方式，不断查看是否有新的连接。当然其性能可以使用线程池得到略微改善。

NIO——同步非阻塞IO

通过Selector以及Channel的组合使用，实现了多路复用，虽然实现了服务器的异步处理，但是客户端必须要在服务器响应到达才能发起下一个请求，即客户端需要某线程持续监听是否有响应发送回来。大体流程如下：

AIO——异步非阻塞IO

该模式不仅服务器实现了异步、客户端也实现了异步，能够在请求没有到达之前，继续向服务器发送数据。这里之后补充。

适用范围

• NIO方式适用于连接数目多且连接比较短（轻操作）的架构，比如聊天服务器，并发局限于应用中，JDK1.4开始支持。

• AIO方式使用于连接数目多且连接比较长（重操作）的架构，比如HTTP服务器等，充分调用OS参与并发操作，JDK7开始支持

Netty

简介

Netty是高性能的水平扩展的分布式架构

特点

健壮、安全、高可用、高性能、更新快、易用

核心组件

• channel：传入、传出的数据载体
• 回调：给请求的响应
• Feature：异步编程的的一个任务的开启
• 事件和ChannelHandler：很多框架，前端后端都包含这类"发布者订阅者"设计思想

使用场景

• 内部的RPC框架
  低延迟高吞吐量
• 负载和性能测试
  用于负载和性能测试框架，可以通过Netty和Redis结合，来以最小的负载测试端到端的消息吞吐量。
• 同步协议的异步客户端
  Netty为同步的协议创建异步的客户端，如Kafka、Memcached。使得在同步和异步之间来回切换，不需要更改任何上有代码。

消息推送、实时流量监控都可以使用Netty，有待大家自己探索。

运行简图

简而言之，服务器监听端口，就是新建一个ServerChannel，客户端建立连接connect也是建立一个连接，之后ServerChannel收到之后通过EventLoopGroup把该channel分配到EventLoop，如果该channel对应的任务已经存在于EventLoop中就直接执行，否则就要放入EventLoop中，等待执行。

• EventLoopGroup
  EventLoopGroup好比线程池，EventLoop好比线程，Channel的pipeline包含了所有的Handler
  

• EventLoop的Task注册
  

• 连接建立示意图

  • 服务器
    

  • 客户端
    

案例

简介

客户通过一个终端输入查询的编号，如果问题在库中存在，人工客服返回相应的回答；若不存在，就会返回默认回复——”致电人工客服“；

如果是非法的输入，就直接模拟服务器宕机，所有的连接都断开。

注意 ：这里后续作为入门案例展示，如果这里看不太懂，建议看一下git的quickstart部分。这里只展示关键代码

关键代码

客户端

    public void start() {
        Bootstrap bootstrap = new Bootstrap ( );
        // 引导类的配置，包括事件组，channel类型以及处理器
        bootstrap.group (group)
                .channel (NioSocketChannel.class)
                .handler (createInitializer ( ));

        ChannelFuture future = bootstrap.connect (new InetSocketAddress (8080));
        future.syncUninterruptibly ( );
        channel = future.channel ( );
    }
    // 注册所有的处理器
    private ChannelInitializer<Channel> createInitializer() {
        return new TerminalChatClientInitializer ( );
    }
    // 通过控制台不断地询问智能客服
    static void chat() throws IOException {
        while (true) {
            String input = getInputMsg ( );
            if (!input.equals (OVER)) {
                channel.writeAndFlush (Unpooled.copiedBuffer (input, StandardCharsets.UTF_8));
            } else {
                break;
            }
        }
    }

// 处理器代码
public class TerminalClientInHandler extends SimpleChannelInboundHandler<ByteBuf> {
	// 把响应打印出来
    @Override
    protected void channelRead0(ChannelHandlerContext ctx, ByteBuf msg) throws Exception {
        out.println (LocalDateTime.now ( ).format (DateTimeFormatter.ofPattern ("yyyy/MM/dd HH:mm:ss")));
        String resp = msg.toString (StandardCharsets.UTF_8);
        out.println (resp);
    }

	// 提示连接成功
    @Override
    public void channelActive(ChannelHandlerContext ctx) throws Exception {
        out.println ("connect to server successfully : " + ctx.channel ( ).remoteAddress ( ));
    }
	// 提示连接关闭
    @Override
    public void channelInactive(ChannelHandlerContext ctx) throws Exception {
        out.println ("已经关闭连接");
    }
}

服务器端

    public void start() {
    	// 初始化服务器引导
        ServerBootstrap server = new ServerBootstrap ( );
        server.group (mainGroup)
                .channel (NioServerSocketChannel.class)
                .childHandler (createInitializer (channelGroup));
        // 监听8080端口
        ChannelFuture future = server.bind (8080);
        future.syncUninterruptibly ( );
        channel = future.channel ( );
    }

    private ChannelInitializer<Channel> createInitializer(ChannelGroup channelGroup) {
        return new TerminalChatServerInitializer (channelGroup);
    }

    public void destroy() {
        if (channel != null) {
            channel.close ( );
        }
        mainGroup.shutdownGracefully ( );
        subGroup.shutdownGracefully ( );
    }

	// 处理器关键代码	
    protected void channelRead0(ChannelHandlerContext ctx, ByteBuf msg) throws Exception {		
    	// 打印收到的时间和消息
        String input = msg.toString (StandardCharsets.UTF_8);
        out.println (ctx.channel ().remoteAddress () + "\n" + input);
        try {
        	// 解析查询的Id,并且响应相应的答案
            int id = Integer.parseInt (input);
            String res = resMap.getOrDefault (id, "请致电人工：10086");
            ctx.writeAndFlush (Unpooled.copiedBuffer (res, StandardCharsets.UTF_8));
        } catch (Exception e) {
        	// 非法输入，模拟服务器宕机，向所有的客户端发送 服务器关闭消息
            group.writeAndFlush (Unpooled.copiedBuffer ("不明原因，服务器暂时关闭",StandardCharsets.UTF_8));
            group.close ();
        }
    }
	// 有新连接，打印客户机地址，并且加入到聊天群组
    @Override
    public void channelActive(ChannelHandlerContext ctx) throws Exception {
        out.println ("client connected successfully : " + ctx.channel ( ).remoteAddress ( ));
        group.add (ctx.channel ( ));
    }
	// 某客户端下线，打印客户机地址，这里不需要手动从群组移除，Netty已经帮我们实现了该功能
    @Override
    public void channelInactive(ChannelHandlerContext ctx) throws Exception {
        out.println ("客户端: " + ctx.channel ( ).remoteAddress ( ).toString ( ) + "  结束");
    }

运行状况

总结

相对于Java原生Nio的消息读取以及消息处理来说，Netty的实现方式更加简单。完整代码放于git上了。

若文章有错误，欢迎大家指正，同时希望大佬能够给予一些指导！