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NIO 和 Netty 在 Spring Boot 中的集成与使用

news 2025/9/8 11:14:08

Netty到底是个啥，有啥子作用

1. Netty 的本质：对 NIO 的封装

NIO 的原生问题：
- Java 的 NIO 提供了非阻塞 I/O 和多路复用机制，但其使用较为复杂（如 Selector、Channel、Buffer 的配置和管理）。
- 开发者需要自己处理线程模型、资源管理、协议解析等底层细节，代码冗长且容易出错。
Netty 的改进：
- Netty 对 NIO 进行了高级封装，提供了更加易用的 API 和灵活的抽象层，例如：
  - Channel：封装网络连接。
  - Pipeline：处理器链，支持多种 Handler 对 I/O 事件的顺序处理。
  - EventLoopGroup：管理 I/O 线程，优化线程池模型。
  - 零拷贝：通过 FileRegion 等机制提升文件传输性能。
- 通过这些封装，Netty 让开发者可以专注于业务逻辑，而无需过多关注底层实现。

2. Netty 的定位：搭建各种协议的网络框架

Netty 的核心价值在于它不是一个具体的协议实现，而是一个通用的网络框架，你可以用它来搭建支持任意协议的服务器或客户端：

HTTP/HTTPS：Netty 提供了 HttpServerCodec、HttpObjectAggregator 等，简化 HTTP 服务器开发。
WebSocket：通过 WebSocketServerProtocolHandler 支持 WebSocket 协议的握手和数据帧处理。
自定义协议：可以使用 Netty 提供的 ByteBuf 和编解码器开发任意的私有协议。
其他协议：支持基于 TCP、UDP 的多种网络协议（如 FTP、MQTT、RPC 框架等）。

因此，学习 Netty 的核心目标是：基于其框架搭建一个能够满足你业务需求的服务器或客户端，这既可能是基于已有协议（如 HTTP），也可能是自定义协议。

3. Netty 与 Spring 的关系：与 Tomcat 并列

Netty 和 Spring 中的 Tomcat、Jetty、Undertow 等容器确实属于同一层级的网络层组件，它们的关系可以这样理解：

Tomcat/Jetty/Undertow（传统 Servlet 容器）：
- 专注于基于 Servlet API 的 HTTP 协议处理。
- 与 Spring WebMVC、Spring Boot 配合紧密，默认用于运行 REST API 或 Web 应用。
- 通常是阻塞 I/O 模型（Tomcat 提供了异步支持，但整体设计仍然偏向阻塞）。
Reactor Netty（Spring WebFlux 默认容器）：
- Netty 的一个封装版本，专注于响应式编程模型，支持非阻塞、高并发 HTTP/WebSocket 服务。
- 与 Spring WebFlux 配合，简化了直接使用 Netty 时的一些底层复杂性。
- 你不需要自己搭建 ServerBootstrap，但可以通过 WebFlux 直接调用 Netty 的异步能力。
原生 Netty：
- 灵活且强大，可以搭建支持任意协议的高性能服务器或客户端。
- 如果需要自定义协议（如 RPC、物联网通信协议）、或处理特殊场景（如 TCP 长连接、UDP 消息），原生 Netty 是理想选择。
- 它可以与 Spring Boot 并行运行，比如 Spring Boot 提供 HTTP API，而 Netty 提供 WebSocket、TCP 或自定义协议服务。

4. 学习 Netty 的本质：搭建服务器（或客户端）

学习 Netty 的核心目标确实是“搭建一个服务器或客户端”。以下是几个关键点：

事件驱动的 I/O 模型
- 理解 Netty 的 Channel、EventLoop、Selector 是如何通过事件驱动模型处理网络 I/O 的。
- 理解 ChannelPipeline 和 Handler 的作用，以及如何通过责任链处理 I/O 事件（如读、写、异常等）。
线程模型的灵活性
- 学习如何使用 EventLoopGroup 来管理线程池（如 bossGroup 处理连接，workerGroup 处理读写）。
- 掌握 Netty 的多线程模型，避免传统阻塞 I/O 中的线程瓶颈。
编解码与协议支持
- 学习如何使用 Netty 提供的编解码器（如 ByteToMessageDecoder 和 MessageToByteEncoder）来解析和组装协议数据。
- 通过 HttpServerCodec 等现成工具快速支持标准协议，也可以自己开发定制化的协议栈。
高性能文件传输
- 利用 Netty 的零拷贝（FileRegion）和分块传输（ChunkedWriteHandler）提升文件传输效率。
- 在需要时手动控制传输细节，比如断点续传、多连接并行下载等。
典型场景
- 构建一个支持高并发的 WebSocket 服务器，用于聊天、通知推送等。
- 构建基于 Netty 的 RPC 框架，支持分布式调用。
- 使用 Netty 搭建高效的 TCP 或 UDP 服务（如物联网设备通信）。
- 开发支持复杂协议（如 MQTT、FTP、SMTP 等）的服务器或客户端。

5. 是否每次都需要搭建一个服务器？

不一定完全是“搭建服务器”。Netty 本身既可以用来搭建服务器（ServerBootstrap），也可以用来构建客户端（Bootstrap），具体取决于你的应用场景：

搭建服务器
这是 Netty 的典型用途，例如构建 HTTP、WebSocket 或其他协议服务器。学习 Netty 的一个重要方向就是学会如何编写 ServerBootstrap 并配置它的 ChannelInitializer 和 Pipeline。
构建客户端
Netty 也可以用来构建高性能的网络客户端。例如：
- RPC 调用中的客户端通信。
- 基于 Netty 的 WebSocket 客户端（如 IM、实时通知客户端）。
- 支持自定义协议的客户端程序。

一、NIO 的基础与在 Spring Boot 中的集成

1.1 NIO 是什么？为什么要有 NIO？

NIO 的背景

Java NIO（New Input/Output）是 Java 1.4 引入的一组新的 I/O 操作 API，旨在解决传统 BIO（Blocking I/O）在高并发场景下的性能瓶颈。BIO 的模型在处理大量并发连接时存在明显的性能问题，而 NIO 通过引入非阻塞 I/O 和多路复用技术，显著提升了 I/O 操作的效率。

BIO 的局限性：

线程开销大：每个连接需要一个独立的线程进行处理，当连接数增加时，线程数量会急剧增加，导致系统资源消耗过大。
阻塞操作：在 BIO 模型中，I/O 操作是阻塞的，即线程在执行读写操作时会一直等待，直到数据准备好或操作完成。这种阻塞会导致大量线程处于等待状态，浪费 CPU 资源。
扩展性差：由于线程数量的限制，BIO 模型难以应对高并发的场景，尤其是在网络通信中，连接数可能达到数千甚至数万。

NIO 的特点与优势

非阻塞 I/O：NIO 的核心特性之一是非阻塞 I/O。通过 Selector 机制，NIO 可以实现事件驱动的 I/O 操作。一个线程可以管理多个通道（Channel），只有在通道上有事件（如数据可读、可写）发生时，线程才会进行处理，避免了线程的阻塞等待。
多路复用：NIO 使用 Selector 实现多路复用，即一个线程可以同时监控多个通道的 I/O 事件。这种方式大大减少了线程的数量，降低了系统的资源消耗，同时提高了系统的并发处理能力。
缓冲区模型：NIO 引入了 Buffer 作为数据读写的核心组件。与传统的流式 I/O 不同，NIO 使用缓冲区来批量处理数据，减少了频繁的系统调用，提高了 I/O 操作的效率。

1.2 NIO 的基础组件、它们之间的联系与工作流程

NIO 的核心组件包括 Channel（通道）、Buffer（缓冲区） 和 Selector（选择器）。这些组件共同协作，实现了非阻塞 I/O 和多路复用机制。下面我们将详细讲解这些组件的作用、联系以及它们的工作流程。

1.2.1 Channel（通道）

Channel 是 NIO 中用于数据传输的抽象，类似于传统 I/O 中的流（Stream），但 Channel 是双向的，既可以读数据，也可以写数据。与传统的流相比，Channel 提供了更高的灵活性和性能。

1.2.1.1 对比传统流

传统流：传统的 InputStream 和 OutputStream 是单向的，只能读或写。
Channel：Channel 是双向的，既可以读数据，也可以写数据。例如，SocketChannel 可以同时进行读写操作。

1.2.1.2 常见类型

ServerSocketChannel：用于监听 TCP 连接，类似于 ServerSocket。
SocketChannel：用于 TCP 网络通信，类似于 Socket。
FileChannel：用于文件 I/O 操作，支持文件的读写和内存映射。

1.2.1.3 获取 Channel

通过 open() 方法获取 Channel：

ServerSocketChannel serverSocketChannel = ServerSocketChannel.open();
SocketChannel socketChannel = SocketChannel.open();
FileChannel fileChannel = FileChannel.open(Paths.get("file.txt"), StandardOpenOption.READ);

通过 RandomAccessFile 获取 Channel：

RandomAccessFile file = new RandomAccessFile("file.txt", "rw");
FileChannel fileChannel = file.getChannel();

1.2.2 Buffer（缓冲区）

Buffer 是 NIO 中用于存储数据的容器，所有的数据读写操作都是通过 Buffer 进行的。Buffer 提供了一种高效的方式来批量处理数据，避免了传统流式 I/O 的低效问题。

1.2.2.1 核心类：ByteBuffer

ByteBuffer 是最常用的缓冲区类型，用于存储字节数据。
其他类型的 Buffer：
- CharBuffer：存储字符数据。
- IntBuffer：存储整数数据。
- LongBuffer：存储长整数数据。

1.2.2.2 读写数据必须经过 Buffer

写入数据：将数据写入 Buffer，然后通过 Channel 发送。
读取数据：从 Channel 读取数据到 Buffer，然后从 Buffer 中读取数据。

1.2.2.3 核心方法

put()：将数据写入 Buffer。
get()：从 Buffer 中读取数据。
flip()：将 Buffer 从写模式切换到读模式。
clear()：清空 Buffer，准备重新写入数据。
rewind()：将 position 重置为 0，可以重新读取 Buffer 中的数据。

1.2.2.4 Buffer 的状态属性

capacity：缓冲区的容量，即可以存储的最大数据量。
position：当前读写的位置。
limit：缓冲区的限制位置，表示可以读写的数据范围。
mark：标记位置，用于临时记录 position。

1.2.3 Selector（选择器）

Selector 是 NIO 实现多路复用的核心组件，它可以监控多个 Channel 的 I/O 事件（如读、写、连接等）。通过 Selector，一个线程可以管理多个 Channel，从而减少线程数量，提高系统的并发处理能力。

1.2.3.1 基于操作系统的多路复用机制

Selector 底层依赖于操作系统的多路复用机制（如 Linux 的 epoll、Windows 的 IOCP）。
通过 select() 方法，Selector 可以查询哪些 Channel 已经就绪（如可读、可写、可连接等）。

1.2.3.2 事件类型

OP_ACCEPT：表示 Channel 可以接受新的连接（适用于 ServerSocketChannel）。
OP_READ：表示 Channel 有数据可读。
OP_WRITE：表示 Channel 可以写入数据。
OP_CONNECT：表示 Channel 已经成功连接。

1.2.3.3 注册 Channel 到 Selector

通过 register() 方法将 Channel 注册到 Selector，并指定感兴趣的事件：

serverSocketChannel.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT);
socketChannel.register(selector, SelectionKey.OP_READ);

1.2.4 工作流程简述

NIO 的工作流程可以分为以下几个步骤：

1.2.4.1 初始化

打开 ServerSocketChannel，并配置为非阻塞模式：

ServerSocketChannel serverSocketChannel = ServerSocketChannel.open();
serverSocketChannel.bind(new InetSocketAddress(8080));
serverSocketChannel.configureBlocking(false);

打开 Selector：

Selector selector = Selector.open();

将 ServerSocketChannel 注册到 Selector，并指定感兴趣的事件（如 OP_ACCEPT）：

serverSocketChannel.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT);

1.2.4.2 事件循环

调用 selector.select() 方法，阻塞等待事件发生，轮询就绪事件：

selector.select();

获取就绪的 SelectionKey 集合：

Set<SelectionKey> selectedKeys = selector.selectedKeys();
Iterator<SelectionKey> iter = selectedKeys.iterator();

1.2.4.3 事件处理

处理新连接（OP_ACCEPT）：

调用 accept() 方法接受新连接，并注册到 Selector：

if (key.isAcceptable()) {SocketChannel socketChannel = serverSocketChannel.accept();socketChannel.configureBlocking(false);socketChannel.register(selector, SelectionKey.OP_READ);
}

处理读事件（OP_READ）：

从 Channel 读取数据到 Buffer：

if (key.isReadable()) {SocketChannel socketChannel = (SocketChannel) key.channel();ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024);int bytesRead = socketChannel.read(buffer);if (bytesRead > 0) {buffer.flip();// 处理读取的数据}
}

处理写事件（OP_WRITE）：

将数据从 Buffer 写入 Channel：

if (key.isWritable()) {SocketChannel socketChannel = (SocketChannel) key.channel();ByteBuffer buffer = ByteBuffer.wrap("Hello, World!".getBytes());socketChannel.write(buffer);
}

1.2.4.4 Buffer 读写

读操作：将数据从 Channel 读入 Buffer。
写操作：将数据从 Buffer 写回 Channel。

1.2.5 组件之间的联系

Channel 与 Buffer：Channel 负责数据的传输，Buffer 负责数据的存储。所有的读写操作都必须通过 Buffer 进行。
Channel 与 Selector：Channel 注册到 Selector 后，Selector 可以监控 Channel 的 I/O 事件，并在事件发生时通知应用程序。
Selector 与 Buffer：Selector 负责管理多个 Channel 的事件，而 Buffer 负责存储这些事件中涉及的数据。

1.3 NIO 在 Spring Boot 中的集成与使用

在 Spring Boot 中集成 NIO 可以帮助我们构建高性能的网络服务和文件操作功能。下面我们将详细讲解如何在 Spring Boot 中编写简易的 NIO 服务，以及如何使用 NIO 进行文件操作，并结合实际项目场景进行代码实现和详细解释。

1.3.1 在 Spring Boot 中编写简易 NIO 服务

1.3.1.1 目标

实现一个基于 NIO 的简易 Echo 服务器。
将 NIO 服务集成到 Spring Boot 项目中。
使用线程池管理 NIO 事件循环，避免阻塞 Spring Boot 主线程。

1.3.1.2 实现步骤

创建 Spring Boot 项目：
- 使用 Spring Initializr 创建一个 Spring Boot 项目，添加 spring-boot-starter-web 依赖。
编写 NIO 服务：
- 在 Spring Boot 中编写 NIO 服务，并将其作为一个 @Component 或 @Service 组件。
启动 NIO 服务：
- 在 Spring Boot 启动时初始化 NIO 服务。
测试 NIO 服务：
- 使用 Telnet 或 Netcat 工具测试 NIO 服务。

1.3.1.3 关键代码与详细解释

以下是一个完整的 Spring Boot 项目示例，展示了如何集成 NIO 服务。

1. Spring Boot 主类

@SpringBootApplication
public class NioSpringBootApplication {public static void main(String[] args) {SpringApplication.run(NioSpringBootApplication.class, args);}
}

说明：这是 Spring Boot 的启动类，用于启动应用程序。

2. NIO 服务组件

import org.springframework.stereotype.Component;
import javax.annotation.PostConstruct;
import java.io.IOException;
import java.net.InetSocketAddress;
import java.nio.ByteBuffer;
import java.nio.channels.SelectionKey;
import java.nio.channels.Selector;
import java.nio.channels.ServerSocketChannel;
import java.nio.channels.SocketChannel;
import java.util.Iterator;
import java.util.Set;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;@Component
public class NioEchoServer {@PostConstructpublic void start() throws IOException {// 1. 创建 ServerSocketChannel 并绑定端口ServerSocketChannel serverSocketChannel = ServerSocketChannel.open();serverSocketChannel.bind(new InetSocketAddress(8080)); // 绑定到 8080 端口serverSocketChannel.configureBlocking(false); // 设置为非阻塞模式// 2. 创建 SelectorSelector selector = Selector.open();// 3. 将 ServerSocketChannel 注册到 Selector，监听 OP_ACCEPT 事件serverSocketChannel.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT);// 4. 使用线程池管理事件循环ExecutorService executorService = Executors.newSingleThreadExecutor();executorService.submit(() -> {try {while (true) {// 5. 阻塞等待事件发生selector.select();// 6. 获取就绪的事件集合Set<SelectionKey> selectedKeys = selector.selectedKeys();Iterator<SelectionKey> iter = selectedKeys.iterator();while (iter.hasNext()) {SelectionKey key = iter.next();// 7. 处理新连接事件if (key.isAcceptable()) {handleAccept(serverSocketChannel, selector);}// 8. 处理读事件if (key.isReadable()) {handleRead(key);}// 9. 移除已处理的事件iter.remove();}}} catch (IOException e) {e.printStackTrace();}});}// 处理新连接事件private void handleAccept(ServerSocketChannel serverSocketChannel, Selector selector) throws IOException {SocketChannel socketChannel = serverSocketChannel.accept(); // 接受新连接socketChannel.configureBlocking(false); // 设置为非阻塞模式socketChannel.register(selector, SelectionKey.OP_READ); // 注册到 Selector，监听 OP_READ 事件System.out.println("New client connected: " + socketChannel.getRemoteAddress());}// 处理读事件private void handleRead(SelectionKey key) throws IOException {SocketChannel socketChannel = (SocketChannel) key.channel();ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024); // 分配缓冲区// 读取数据int bytesRead = socketChannel.read(buffer);if (bytesRead > 0) {buffer.flip(); // 切换为读模式byte[] data = new byte[buffer.remaining()];buffer.get(data); // 将数据从缓冲区读取到字节数组String message = new String(data);System.out.println("Received: " + message);// 回显数据ByteBuffer responseBuffer = ByteBuffer.wrap(data);socketChannel.write(responseBuffer); // 将数据写回客户端} else if (bytesRead == -1) {// 客户端关闭连接System.out.println("Client disconnected: " + socketChannel.getRemoteAddress());socketChannel.close();}}
}

1.3.1.4 关键代码详解

ServerSocketChannel 的创建与配置：
- ServerSocketChannel serverSocketChannel = ServerSocketChannel.open();：创建一个 ServerSocketChannel。
- serverSocketChannel.bind(new InetSocketAddress(8080));：绑定到 8080 端口。
- serverSocketChannel.configureBlocking(false);：设置为非阻塞模式。
Selector 的创建与注册：
- Selector selector = Selector.open();：创建一个 Selector。
- serverSocketChannel.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT);：将 ServerSocketChannel 注册到 Selector，监听 OP_ACCEPT 事件。
事件循环：
- selector.select();：阻塞等待事件发生。
- Set<SelectionKey> selectedKeys = selector.selectedKeys();：获取就绪的事件集合。
- Iterator<SelectionKey> iter = selectedKeys.iterator();：遍历事件集合。
处理新连接事件：
- SocketChannel socketChannel = serverSocketChannel.accept();：接受新连接。
- socketChannel.configureBlocking(false);：设置为非阻塞模式。
- socketChannel.register(selector, SelectionKey.OP_READ);：注册到 Selector，监听 OP_READ 事件。
处理读事件：
- ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024);：分配缓冲区。
- int bytesRead = socketChannel.read(buffer);：读取数据到缓冲区。
- buffer.flip();：切换为读模式。
- socketChannel.write(responseBuffer);：将数据写回客户端。
线程池管理：
- ExecutorService executorService = Executors.newSingleThreadExecutor();：创建一个单线程的线程池。
- executorService.submit(() -> { ... });：提交任务，避免阻塞 Spring Boot 主线程。

1.3.1.5 测试 NIO 服务

启动 Spring Boot 项目。
使用 Telnet 或 Netcat 连接到 NIO 服务器：
```
telnet localhost 8080
```
输入消息，服务器会将消息原样返回。

1.3.2 NIO 文件操作

1.3.2.1 目标

使用 FileChannel 和 MappedByteBuffer 实现高效的文件读写。
在 Spring Boot 中提供文件上传和下载接口。

1.3.2.2 实现步骤

使用 FileChannel 读写文件：
- 通过 FileChannel 实现文件的随机访问和直接写入。
使用 MappedByteBuffer 提高读写效率：
- 将文件映射到内存中，减少系统调用。
在 Spring Boot 中提供文件上传和下载接口：
- 使用 @RestController 实现文件上传和下载功能。

1.3.2.3 关键代码与详细解释

以下是一个完整的 Spring Boot 项目示例，展示了如何使用 NIO 进行文件操作。

1. 文件上传接口

import org.springframework.web.bind.annotation.*;
import org.springframework.web.multipart.MultipartFile;
import java.io.IOException;
import java.nio.ByteBuffer;
import java.nio.channels.FileChannel;
import java.nio.file.Paths;
import java.nio.file.StandardOpenOption;@RestController
@RequestMapping("/file")
public class FileController {@PostMapping("/upload")public String uploadFile(@RequestParam("file") MultipartFile file) throws IOException {// 1. 获取文件路径String filePath = "uploads/" + file.getOriginalFilename();// 2. 使用 FileChannel 写入文件try (FileChannel fileChannel = FileChannel.open(Paths.get(filePath), StandardOpenOption.CREATE, StandardOpenOption.WRITE)) {ByteBuffer buffer = ByteBuffer.wrap(file.getBytes()); // 将文件内容写入缓冲区fileChannel.write(buffer); // 将缓冲区内容写入文件}return "File uploaded: " + file.getOriginalFilename();}
}

说明：
- MultipartFile file：接收上传的文件。
- FileChannel.open()：打开文件通道。
- ByteBuffer.wrap()：将文件内容包装到缓冲区。
- fileChannel.write()：将缓冲区内容写入文件。

2. 文件下载接口

import org.springframework.core.io.FileSystemResource;
import org.springframework.http.HttpHeaders;
import org.springframework.http.ResponseEntity;
import org.springframework.web.bind.annotation.GetMapping;
import org.springframework.web.bind.annotation.RequestParam;
import org.springframework.web.bind.annotation.RestController;
import java.nio.file.Paths;@RestController
@RequestMapping("/file")
public class FileController {@GetMapping("/download")public ResponseEntity<Resource> downloadFile(@RequestParam String filename) {// 1. 获取文件路径String filePath = "uploads/" + filename;// 2. 创建 FileSystemResourceFileSystemResource resource = new FileSystemResource(Paths.get(filePath));// 3. 返回文件内容return ResponseEntity.ok().header(HttpHeaders.CONTENT_DISPOSITION, "attachment; filename=\"" + filename + "\"").body(resource);}
}

说明：
- FileSystemResource：表示文件系统资源。
- ResponseEntity：返回文件内容，并设置响应头。

3. 使用 MappedByteBuffer 提高读写效率

import java.io.IOException;
import java.nio.MappedByteBuffer;
import java.nio.channels.FileChannel;
import java.nio.file.Paths;
import java.nio.file.StandardOpenOption;public class FileService {public void readFileWithMappedBuffer(String filePath) throws IOException {try (FileChannel fileChannel = FileChannel.open(Paths.get(filePath), StandardOpenOption.READ)) {// 1. 将文件映射到内存MappedByteBuffer mappedBuffer = fileChannel.map(FileChannel.MapMode.READ_ONLY, 0, fileChannel.size());// 2. 读取文件内容byte[] data = new byte[mappedBuffer.remaining()];mappedBuffer.get(data);System.out.println(new String(data));}}
}

说明：
- fileChannel.map()：将文件映射到内存中。
- MappedByteBuffer：直接操作内存中的数据，提高读写效率。

2. Netty 基础

2.1 Netty 是什么？与 NIO 之间的联系

2.1.1 Netty 的定义

Netty 是一个基于 Java NIO 的异步事件驱动网络应用框架，专注于高性能和可扩展的网络通信应用开发。它封装了底层 NIO 的复杂性，使开发者无需直接处理 Selector、Channel、Buffer 等低级 API，从而简化网络通信的实现。

Netty 的应用场景广泛，适用于：

实现自定义 TCP/UDP 协议服务；
开发高性能的 HTTP 服务器和客户端；
构建分布式系统的通信模块。

2.1.2 Netty 与 NIO 的关系

Netty 基于 NIO，继承了其核心特性，同时进一步简化和优化了编程模型，提供了更加易用且功能强大的 API。

NIO 特性	Netty 封装
`Selector`	`EventLoopGroup`：管理多路复用的事件循环线程组
`Channel`	`Channel`：扩展的网络通道接口，支持异步操作
`Buffer`	`ByteBuf`：替代 `ByteBuffer`，提供更高效和灵活的内存管理
I/O 事件处理	`Pipeline` 和 `ChannelHandler`：链式事件处理机制

2.1.3 Netty 的主要优点

简洁性
- 封装底层 API：隐藏了复杂的 Selector 和 Channel 细节，开发者无需手动管理 I/O 事件。
- 链式处理模型：通过 Pipeline 和 ChannelHandler 管理 I/O 数据流。
可扩展性
- 支持多种协议：内置 HTTP、WebSocket 等常用协议的编解码器。
- 丰富的工具库：支持自定义协议解析和扩展。
高性能
- 线程模型优化：采用 EventLoopGroup 管理线程池，实现事件的高效分发。
- 零拷贝：使用 ByteBuf 支持直接内存操作，避免数据在用户态与内核态之间多次复制。
- 异步非阻塞：充分利用底层 NIO 的非阻塞特性，实现高效的 I/O 操作。

2.2 Netty 中的核心组件，以及它们之间的联系、工作流程

当服务端初始化时，需要创建并配置 EventLoopGroup（事件循环组）、ServerBootstrap（服务端引导类） 等关键对象。
客户端或服务端底层通信的抽象是 Channel（通道）；每个 Channel 上会挂载一个 ChannelPipeline（通道管线），其中包含多个 ChannelHandler（通道处理器） 对入站/出站数据进行处理。
数据的读写操作基于 ByteBuf（字节缓冲区） 提供更灵活高效的内存管理。
当服务器运行时，EventLoopGroup 中的线程会不断监听网络事件（连接、读、写等），并按顺序调用对应的 Handler 进行处理。
在关闭阶段，需要优雅地释放线程组和通道资源。

2.2.1 EventLoopGroup（事件循环组）

作用：管理线程池并负责处理 Channel 上的各种 I/O 事件，如连接、读写等。

EventLoopGroup 的作用
- 线程管理：为 Netty 提供线程池支持，使得多个连接可以在少量线程之间复用（非阻塞 I/O 的核心思想）。
- 事件循环：每个 EventLoop 内部通常持有一个 Selector（在 NIO 模型下），不断轮询注册在此上的 Channel 事件（如可读、可写、连接就绪等）。
- 调度任务：除了 I/O 事件外，EventLoopGroup 也可执行定时任务或用户自定义任务。
EventLoopGroup 的分类
- Boss Group（老板线程组）：主要负责处理客户端的连接请求（OP_ACCEPT）。
- Worker Group（工人线程组）：负责处理已经建立连接的读写操作（OP_READ / OP_WRITE）。
- 不同的 EventLoopGroup 可以基于不同的实现，如 NioEventLoopGroup（基于 NIO），EpollEventLoopGroup（基于 epoll，仅在 Linux 上可用），等等。
EventLoopGroup 的工作流程
- 初始化：创建 NioEventLoopGroup 或 EpollEventLoopGroup 时，会生成对应数量的 EventLoop 线程。
- 事件循环：这些线程会在循环中不断调用 select() 或 poll() 方法检测 I/O 就绪事件，并回调相应的 Handler。
- 任务执行：用户可以通过 EventLoop 提交一些定时或普通任务，这些任务会在事件循环线程中被执行。
- 优雅关闭：在关闭阶段，调用 shutdownGracefully() 来结束事件循环并释放资源。

2.2.2 ServerBootstrap / Bootstrap（服务端引导类/客户端引导类）

作用：配置并启动 Netty 应用程序的核心入口。

1. ServerBootstrap（服务端引导类）

用于 服务端 的配置与启动。例如：

ServerBootstrap bootstrap = new ServerBootstrap();
bootstrap.group(bossGroup, workerGroup) // 设置 Boss 和 Worker 线程组.channel(NioServerSocketChannel.class) // 设置服务端Channel类型.childHandler(new ChannelInitializer<SocketChannel>() {@Overrideprotected void initChannel(SocketChannel ch) {ch.pipeline().addLast(new MyHandler()); // 添加自定义Handler}});

主要功能：

绑定端口（bind(port)）并监听客户端连接；
关联线程组（group(...)）让 BossGroup 处理连接，WorkerGroup 处理读写；
指定 Channel 类型（如 NioServerSocketChannel）；
childHandler：对每个新建的 SocketChannel 进行初始化（设置 pipeline、handler 等）。

2. Bootstrap（客户端引导类）

用于 客户端 的配置与启动。例如：

Bootstrap bootstrap = new Bootstrap();
bootstrap.group(eventLoopGroup) // 设置 EventLoopGroup.channel(NioSocketChannel.class) // 设置客户端 Channel类型.handler(new ChannelInitializer<SocketChannel>() {@Overrideprotected void initChannel(SocketChannel ch) {ch.pipeline().addLast(new MyHandler());}});

主要功能：

通过 connect(host, port) 发起连接到服务端；
与 ServerBootstrap 类似，也可配置线程组、选择 Channel 实现、指定初始化 pipeline 等。

2.2.3 Channel（通道）

作用：代表一个 网络连接 的抽象，封装了底层 读写操作、远程信息 等。

Channel 的作用
- 网络 I/O 操作：如 read()、write()、connect()、bind() 等；
- 生命周期管理：包括活跃、非活跃、注册到 EventLoop、关闭等；
- Pipeline 挂载：每个 Channel 都拥有一个 ChannelPipeline 来处理 I/O 事件。
Channel 的类型
- NioServerSocketChannel：服务端监听套接字，基于 NIO。
- NioSocketChannel：客户端或服务器端使用的普通 TCP 连接通道。
- EmbeddedChannel：内嵌测试用的通道，主要用于单元测试。
- EpollServerSocketChannel / EpollSocketChannel：在 Linux 上基于 epoll 实现。
Channel 的工作流程
- 当服务端启动后，会创建一个 ServerSocketChannel 供 bossGroup 监听连接；
- 客户端连接成功后，会对应创建一个 SocketChannel，注册到 workerGroup 中，用于读写数据；
- 应用层可以通过 channel.writeAndFlush(msg) 向远端发送数据，也可以在入站事件中读取数据；
- 当连接断开或调用关闭方法时，Channel 进入非活跃状态并最终释放资源。

2.2.4 ChannelPipeline & ChannelHandler（通道管线 & 通道处理器）

作用：构成对 I/O 事件进行处理的 责任链 机制。

ChannelPipeline（通道管线）
- 中文名称：通道管线
- 作用：维护一组 ChannelHandler 对象的有序列表，所有入站与出站事件都会依次经过这些 Handler。
- 特点：双向链表结构，提供 addLast(), remove(), replace() 等方法。
ChannelHandler（通道处理器）
- 中文名称：通道处理器
- 作用：实际编写业务逻辑的地方；区分入站 (Inbound) 和出站 (Outbound) 两种处理器。
  - InboundHandler：处理读事件、连接事件、异常事件等入站操作；
  - OutboundHandler：处理写事件、刷新事件等出站操作。

Pipeline 的工作流程

入站数据：从 Channel 读取数据 -> 按顺序调用 InboundHandler（如解码器、业务处理等）。
出站数据：调用 write() -> 按逆序调用 OutboundHandler（如编码器、压缩等）-> 最终写到远端。
Handler 调用：Netty 提供了 ChannelInboundHandlerAdapter、ChannelOutboundHandlerAdapter 等适配器供继承，开发者可重写想要的方法（如 channelRead, channelActive, write, flush 等）。

2.2.5 ByteBuf（字节缓冲区）

作用：在 Netty 中用于读写数据的 核心缓存，比 Java NIO 的 ByteBuffer 更高效灵活。

ByteBuf 的特点
- 读写指针：不需要像 ByteBuffer 一样手动 flip()；ByteBuf 内部有 readerIndex、writerIndex 来标识读写位置。
- 容量可扩展：可以自动扩容，无需手动分配过多内存。
- 池化：Netty 提供了池化机制，减少内存分配与回收的开销。
- 多种实现：如堆内存 (heap buffer) 与直接内存 (direct buffer)。

ByteBuf 的使用

ByteBuf buffer = Unpooled.buffer(1024);         // 创建一个 1024 字节的缓冲区
buffer.writeBytes("Hello, Netty!".getBytes());  // 写入数据
byte[] data = new byte[buffer.readableBytes()];
buffer.readBytes(data);                         // 读取数据
System.out.println(new String(data));

写数据：buffer.writeBytes(...) 或 writeInt(), writeLong() 等；
读数据：buffer.readBytes(...) 或 readInt(), readLong() 等；
索引操作：getByte(int index) / setByte(int index) 等，不会移动 readerIndex / writerIndex。

2.2.6 Netty 工作流程

下面综合以上组件，介绍 Netty 典型的服务器工作流程，一般可分为 初始化、启动、事件处理、关闭四大阶段。

1. 初始化阶段

创建 EventLoopGroup（事件循环组）

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

bossGroup 通常只需一个线程负责处理连接；
workerGroup 默认线程数为 CPU 核心数 * 2，处理实际的读写 I/O。

创建并配置 ServerBootstrap（服务端引导类）

ServerBootstrap bootstrap = new ServerBootstrap();
bootstrap.group(bossGroup, workerGroup) // 设置 EventLoopGroup.channel(NioServerSocketChannel.class) // 设置 Channel 类型.childHandler(new ChannelInitializer<SocketChannel>() { // 设置 ChannelHandler@Overrideprotected void initChannel(SocketChannel ch) {ch.pipeline().addLast(new MyHandler());}});

group(...)：将 Boss/Worker 线程组与引导类关联；
channel(...)：指定服务端 Channel 实现类型（NIO / EPOLL等）；
childHandler(...)：当新的客户端连接创建 SocketChannel 时，如何对 pipeline 进行初始化（添加业务 Handler）。

2. 启动阶段

ChannelFuture future = bootstrap.bind(8080).sync();
System.out.println("Netty Server started on port 8080");

通过 bind(8080) 绑定端口，sync() 阻塞等待绑定完成；
开始监听客户端连接请求：当客户端连接到 8080 端口时，bossGroup 会创建新的 SocketChannel 并交给 workerGroup 管理。

3. 事件处理阶段

在运行过程中，Netty 通过 事件循环 来处理 I/O 事件（连接事件、读事件、写事件、异常事件等）。

处理连接事件

public class MyHandler extends ChannelInboundHandlerAdapter {@Overridepublic void channelActive(ChannelHandlerContext ctx) {System.out.println("Client connected: " + ctx.channel().remoteAddress());}
}

当 channelActive 被触发时，表示客户端连接建立成功。

处理读写事件

public class MyHandler extends ChannelInboundHandlerAdapter {@Overridepublic void channelRead(ChannelHandlerContext ctx, Object msg) {ByteBuf buffer = (ByteBuf) msg;byte[] data = new byte[buffer.readableBytes()];buffer.readBytes(data);System.out.println("Received: " + new String(data));// 回显给客户端ctx.writeAndFlush(Unpooled.wrappedBuffer("Echo: ".getBytes(), data));}
}

读事件：从 ByteBuf 中读取数据；
写事件：使用 ctx.writeAndFlush(...) 将数据写回远端；
Echo：此例子直接回显客户端发送的数据。

Pipeline 的工作流程

入站（Inbound）：如上 channelRead，会从 pipeline 的头部开始依次调用入站 Handler；
出站（Outbound）：如 writeAndFlush，会反向调用出站 Handler，直至将数据写到网络中。

4. 关闭阶段

当服务器需要停止时，需要释放资源、关闭 EventLoopGroup。

关闭服务器

future.channel().closeFuture().sync();

等待服务器的 Channel 关闭事件完成后再继续执行。

释放资源

bossGroup.shutdownGracefully();
workerGroup.shutdownGracefully();

优雅地关闭线程组，确保已处理完正在进行的 I/O 事件。

完整示例代码

以下是一个完整的 Netty 服务器示例，展示了 Netty 的工作流程：

java复制import io.netty.bootstrap.ServerBootstrap;
import io.netty.channel.*;
import io.netty.channel.nio.NioEventLoopGroup;
import io.netty.channel.socket.SocketChannel;
import io.netty.channel.socket.nio.NioServerSocketChannel;
import io.netty.handler.codec.string.StringDecoder;
import io.netty.handler.codec.string.StringEncoder;public class NettyEchoServer {public static void main(String[] args) throws InterruptedException {// 1. 创建 EventLoopGroupEventLoopGroup bossGroup = new NioEventLoopGroup(1); // 负责接收连接EventLoopGroup workerGroup = new NioEventLoopGroup(); // 负责处理连接try {// 2. 创建 ServerBootstrapServerBootstrap bootstrap = new ServerBootstrap();bootstrap.group(bossGroup, workerGroup).channel(NioServerSocketChannel.class) // 设置 Channel 类型.childHandler(new ChannelInitializer<SocketChannel>() { // 设置 ChannelHandler@Overrideprotected void initChannel(SocketChannel ch) {ChannelPipeline pipeline = ch.pipeline();pipeline.addLast(new StringDecoder()); // 解码器pipeline.addLast(new StringEncoder()); // 编码器pipeline.addLast(new EchoServerHandler()); // 业务处理器}});// 3. 绑定端口并启动服务器ChannelFuture future = bootstrap.bind(8080).sync();System.out.println("Netty Echo Server started on port 8080");// 4. 等待服务器关闭future.channel().closeFuture().sync();} finally {// 5. 关闭 EventLoopGroupbossGroup.shutdownGracefully();workerGroup.shutdownGracefully();}}// Echo 服务器处理器private static class EchoServerHandler extends SimpleChannelInboundHandler<String> {@Overrideprotected void channelRead0(ChannelHandlerContext ctx, String msg) {// 回显消息ctx.writeAndFlush("Echo: " + msg);}}
}

三、Spring Boot 集成 Netty

3.1 方式一：替换默认的 Servlet 容器

Spring Boot 默认使用 Tomcat 作为内嵌的 Servlet 容器。如果我们希望使用 Netty 作为服务器，可以通过以下步骤替换默认的 Tomcat。

3.1.1 移除 Tomcat 依赖

在 Spring Boot 项目中，默认引入了 spring-boot-starter-web，它依赖 Tomcat。为了替换 Tomcat，我们需要移除 Tomcat 依赖。

方法 1：排除 Tomcat 依赖

在 pom.xml 中排除 spring-boot-starter-tomcat：

<dependency><groupId>org.springframework.boot</groupId><artifactId>spring-boot-starter-web</artifactId><exclusions><exclusion><groupId>org.springframework.boot</groupId><artifactId>spring-boot-starter-tomcat</artifactId></exclusion></exclusions>
</dependency>

方法 2：使用 spring-boot-starter-webflux

spring-boot-starter-webflux 默认使用 Reactor Netty 作为服务器，无需手动排除 Tomcat：

<dependency><groupId>org.springframework.boot</groupId><artifactId>spring-boot-starter-webflux</artifactId>
</dependency>

3.1.2 添加 Netty 依赖

如果选择使用 spring-boot-starter-webflux，则无需手动添加 Netty 依赖，因为它已经包含了 Reactor Netty。

如果选择手动集成 Netty，可以添加以下依赖：

<dependency><groupId>io.netty</groupId><artifactId>netty-all</artifactId><version>4.1.68.Final</version>
</dependency>

3.1.3 使用 Spring WebFlux (Reactor Netty) 启动 HTTP 服务器

Spring WebFlux 是 Spring 5 引入的响应式编程框架，默认使用 Reactor Netty 作为服务器。通过 WebFlux，我们可以轻松构建非阻塞的 HTTP/REST 服务。

1. 编写 @RestController

import org.springframework.web.bind.annotation.GetMapping;
import org.springframework.web.bind.annotation.RequestParam;
import org.springframework.web.bind.annotation.RestController;
import reactor.core.publisher.Mono;@RestController
public class HelloController {@GetMapping("/hello")public Mono<String> hello(@RequestParam String name) {return Mono.just("Hello, " + name + "!");}
}

2. 启动应用

Spring Boot 会自动使用 Reactor Netty 作为服务器。
访问 http://localhost:8080/hello?name=World，将会返回 Hello, World!。

3. 函数式路由

除了 @RestController，WebFlux 还支持函数式路由。

import org.springframework.context.annotation.Bean;
import org.springframework.context.annotation.Configuration;
import org.springframework.web.reactive.function.server.RouterFunction;
import org.springframework.web.reactive.function.server.ServerResponse;
import static org.springframework.web.reactive.function.server.RequestPredicates.GET;
import static org.springframework.web.reactive.function.server.RouterFunctions.route;@Configuration
public class RouterConfig {@Beanpublic RouterFunction<ServerResponse> helloRoute() {return route(GET("/hello"), request -> {String name = request.queryParam("name").orElse("World");return ServerResponse.ok().bodyValue("Hello, " + name + "!");});}
}

3.1.4 适用场景

1. 不想直接维护 Netty 原生的 ServerBootstrap

使用 Spring WebFlux 可以避免直接操作 Netty 的底层 API，简化开发。

2. 主要处理 HTTP/REST 请求，追求非阻塞高性能

WebFlux 提供了响应式编程模型，适合处理高并发的 HTTP/REST 请求。

3.2 方式二：单独运行 Netty 服务器（TCP/UDP/WebSocket）

在某些场景下，我们可能需要在 Spring Boot 应用中同时运行一个独立的 Netty 服务器，用于处理自定义协议（如 TCP、UDP、WebSocket 等）。这种方式可以保留 Spring Boot 默认的 Tomcat/Jetty 处理 HTTP 请求，同时利用 Netty 处理长连接或自定义协议。

3.2.1 与 Spring Boot 核心应用同处一个进程

在这种方式下，Netty 服务器与 Spring Boot 应用运行在同一个 JVM 进程中。我们可以将 Netty 服务器作为一个 Spring Bean 进行初始化，并通过 Spring 的依赖注入机制与其他组件（如 Service、Repository）交互。

1. 保留默认的 Tomcat/Jetty

Spring Boot 默认使用 Tomcat 或 Jetty 处理 HTTP 请求，这部分保持不变。
Netty 服务器用于处理自定义协议或长连接（如 WebSocket、TCP、UDP）。

2. 将 Netty Server 作为一个 Spring Bean

在 @Configuration 类中初始化 Netty 服务器。

import io.netty.bootstrap.ServerBootstrap;
import io.netty.channel.Channel;
import io.netty.channel.ChannelInitializer;
import io.netty.channel.EventLoopGroup;
import io.netty.channel.nio.NioEventLoopGroup;
import io.netty.channel.socket.SocketChannel;
import io.netty.channel.socket.nio.NioServerSocketChannel;
import org.springframework.context.annotation.Bean;
import org.springframework.context.annotation.Configuration;@Configuration
public class NettyServerConfig {@Beanpublic EventLoopGroup bossGroup() {return new NioEventLoopGroup(1); // 负责接收连接}@Beanpublic EventLoopGroup workerGroup() {return new NioEventLoopGroup(); // 负责处理连接}@Beanpublic ServerBootstrap serverBootstrap() {ServerBootstrap bootstrap = new ServerBootstrap();bootstrap.group(bossGroup(), workerGroup()).channel(NioServerSocketChannel.class).childHandler(new ChannelInitializer<SocketChannel>() {@Overrideprotected void initChannel(SocketChannel ch) {// 配置 ChannelPipelinech.pipeline().addLast(new MyHandler());}});return bootstrap;}
}

3.2.2 启动顺序

Netty 服务器的启动需要在 Spring Boot 应用完全初始化之后进行，以确保 Spring 的 Bean 已经准备好。

1. 在 SpringApplication.run() 之后启动

使用 ApplicationRunner 或 CommandLineRunner 接口启动 Netty 服务器。

import org.springframework.boot.ApplicationArguments;
import org.springframework.boot.ApplicationRunner;
import org.springframework.stereotype.Component;
import io.netty.channel.ChannelFuture;
import javax.annotation.Resource;@Component
public class NettyServerRunner implements ApplicationRunner {@Resourceprivate ServerBootstrap serverBootstrap;@Overridepublic void run(ApplicationArguments args) throws Exception {ChannelFuture future = serverBootstrap.bind(8081).sync();System.out.println("Netty Server started on port 8081");future.channel().closeFuture().sync();}
}

2. 确保 Spring Bean 已初始化

在 Netty 的 Handler 中可以通过依赖注入使用 Spring 的 Bean。

import io.netty.channel.ChannelHandlerContext;
import io.netty.channel.SimpleChannelInboundHandler;
import org.springframework.stereotype.Component;@Component
public class MyHandler extends SimpleChannelInboundHandler<String> {@Overrideprotected void channelRead0(ChannelHandlerContext ctx, String msg) {// 处理消息System.out.println("Received: " + msg);ctx.writeAndFlush("Echo: " + msg);}
}

3.2.3 适用场景

1. 聊天、游戏、物联网等长连接服务

Netty 非常适合处理长连接场景，如即时通讯、游戏服务器、物联网设备通信等。

2. 自定义 TCP/UDP/WebSocket 协议

如果需要处理自定义协议，Netty 提供了灵活的 API 来实现协议编解码。

3.2.4 具体使用实例：简易聊天室

下面我们通过一个 简易聊天室 的实例，展示如何使用 Netty 实现 WebSocket 服务器，并与 Spring Boot 集成。

1. WebSocket 基础

WebSocket 是一种全双工通信协议，适用于即时消息、聊天室、推送通知等场景。
Netty 提供了对 WebSocket 的支持，可以通过 WebSocketServerProtocolHandler 快速实现 WebSocket 服务器。

2. Netty WebSocket Pipeline 配置

配置 HttpServerCodec、HttpObjectAggregator 和 WebSocketServerProtocolHandler。

import io.netty.channel.ChannelInitializer;
import io.netty.channel.socket.SocketChannel;
import io.netty.handler.codec.http.HttpObjectAggregator;
import io.netty.handler.codec.http.HttpServerCodec;
import io.netty.handler.codec.http.websocketx.WebSocketServerProtocolHandler;public class WebSocketServerInitializer extends ChannelInitializer<SocketChannel> {@Overrideprotected void initChannel(SocketChannel ch) {ch.pipeline().addLast(new HttpServerCodec()); // HTTP 编解码器ch.pipeline().addLast(new HttpObjectAggregator(65536)); // 聚合 HTTP 请求ch.pipeline().addLast(new WebSocketServerProtocolHandler("/ws")); // WebSocket 协议处理器ch.pipeline().addLast(new ChatHandler()); // 自定义处理器}
}

3. ChatHandler 实现

处理 WebSocket 连接、消息接收和广播。

import io.netty.channel.Channel;
import io.netty.channel.ChannelHandlerContext;
import io.netty.channel.SimpleChannelInboundHandler;
import io.netty.channel.group.ChannelGroup;
import io.netty.channel.group.DefaultChannelGroup;
import io.netty.handler.codec.http.websocketx.TextWebSocketFrame;
import io.netty.util.concurrent.GlobalEventExecutor;public class ChatHandler extends SimpleChannelInboundHandler<TextWebSocketFrame> {private static final ChannelGroup channels = new DefaultChannelGroup(GlobalEventExecutor.INSTANCE);@Overridepublic void handlerAdded(ChannelHandlerContext ctx) {Channel incoming = ctx.channel();channels.add(incoming);System.out.println("Client connected: " + incoming.remoteAddress());}@Overridepublic void handlerRemoved(ChannelHandlerContext ctx) {Channel incoming = ctx.channel();channels.remove(incoming);System.out.println("Client disconnected: " + incoming.remoteAddress());}@Overrideprotected void channelRead0(ChannelHandlerContext ctx, TextWebSocketFrame msg) {String message = msg.text();System.out.println("Received: " + message);// 广播消息channels.writeAndFlush(new TextWebSocketFrame("Broadcast: " + message));}
}

4. 与 Spring Boot 集成

在 Spring Boot 中初始化 Netty WebSocket 服务器。

import io.netty.bootstrap.ServerBootstrap;
import io.netty.channel.EventLoopGroup;
import io.netty.channel.nio.NioEventLoopGroup;
import io.netty.channel.socket.nio.NioServerSocketChannel;
import org.springframework.context.annotation.Bean;
import org.springframework.context.annotation.Configuration;@Configuration
public class WebSocketServerConfig {@Beanpublic EventLoopGroup bossGroup() {return new NioEventLoopGroup(1);}@Beanpublic EventLoopGroup workerGroup() {return new NioEventLoopGroup();}@Beanpublic ServerBootstrap serverBootstrap() {ServerBootstrap bootstrap = new ServerBootstrap();bootstrap.group(bossGroup(), workerGroup()).channel(NioServerSocketChannel.class).childHandler(new WebSocketServerInitializer());return bootstrap;}
}

5. 启动 Netty WebSocket 服务器

使用 ApplicationRunner 启动 Netty 服务器。

import org.springframework.boot.ApplicationArguments;
import org.springframework.boot.ApplicationRunner;
import org.springframework.stereotype.Component;
import io.netty.channel.ChannelFuture;
import javax.annotation.Resource;@Component
public class WebSocketServerRunner implements ApplicationRunner {@Resourceprivate ServerBootstrap serverBootstrap;@Overridepublic void run(ApplicationArguments args) throws Exception {ChannelFuture future = serverBootstrap.bind(8081).sync();System.out.println("WebSocket Server started on port 8081");future.channel().closeFuture().sync();}
}

3.3 方式三：Spring Boot + Netty 文件服务

注意！

以下方案中所谓的方式三其实也是类似于方式二，也是单独搭建了个服务器，只不过这里搭建的这个Netty服务器与上面的Netty服务器的内部组件不一样。
不需要排除 Tomcat；让 Spring Boot 正常启动 Tomcat 处理 server.port=8080 上的 REST、网页、静态资源等。同时，你手动初始化一个 Netty 服务器监听另一端口（如 9090），处理你想交给 Netty 的 HTTP 任务（这里示例了文件下载）。
其实完全可以通过使用Spring WebFlux替代Spring MVC来去享受Netty的异步与高并发特性，因为Spring WebFlux的底层就是Reactor Netty（又对Netty做了封装），这种方式可以不用自己去搭建Netty服务器，更加方便。

3.3.1. 为什么要让 Tomcat 与 Netty 共存？

保留 Spring MVC 的便利
- Spring Boot 默认整合 Tomcat，使用 @RestController、@RequestMapping 等注解式模式非常简单高效。
- 提供常规 Web API、静态资源、过滤器等功能也不需要额外配置。
同时享受 Netty 的高性能/高灵活
- Netty 对高并发、大文件、WebSocket、TCP/UDP、自定义协议等场景具有强大支持。
- 某些场景想用原生 Netty 来深度定制数据传输或协议处理，Tomcat 不方便做这一块。
不同端口分工
- Tomcat：以默认的 8080（或其他）端口运行，处理常规请求。
- Netty：以 9090（或其他）端口运行，用于高并发文件下载、WebSocket 聊天、RPC 等需求。

结论：二者并存可以让你 在一个项目 中统一管理依赖与配置，既不失去 Tomcat 的开发便利，也能引入 Netty 做特定高性能/自定义场景。

3.3.2. 项目依赖与结构

Maven 依赖

<dependencies><!-- Spring Boot Web Starter --><dependency><groupId>org.springframework.boot</groupId><artifactId>spring-boot-starter-web</artifactId><!-- 注意：不排除Tomcat --></dependency><!-- Netty 核心依赖 --><dependency><groupId>io.netty</groupId><artifactId>netty-all</artifactId><version>4.1.68.Final</version></dependency>
</dependencies>

spring-boot-starter-web：Spring MVC + 内嵌 Tomcat。
netty-all：引入 Netty 的全部组件，方便示例；生产可精简。

目录示例

src/main/java
└── com.example.demo├── DemoApplication.java                   # Spring Boot 启动入口├── controller│    └── HelloController.java              # Tomcat 默认处理├── netty│    ├── NettyHttpProperties.java          # Netty的配置读取│    ├── NettyHttpServerConfig.java        # Netty线程组、ServerBootstrap│    ├── HttpFileServerHandler.java        # 自定义Handler, 提供HTTP下载│    └── NettyServerRunner.java            # 绑定端口, 启动Netty└── ...
src/main/resources
└── application.properties

application.properties

# ========== Tomcat配置 ==========
server.port=8080# ========== Netty配置 ==========
netty.http.port=9090
netty.http.baseDir=D:/netty-files
netty.http.bossThreads=1
netty.http.workerThreads=4

server.port=8080：Spring Boot 默认 Tomcat 的端口；
netty.http.port=9090：Netty 的端口；
netty.http.baseDir：文件存放目录（如 D:/netty-files）；
netty.http.bossThreads、netty.http.workerThreads：Netty 线程数。

3.3.3 Tomcat 保留

示例：HelloController

package com.example.demo.controller;import org.springframework.web.bind.annotation.GetMapping;
import org.springframework.web.bind.annotation.RestController;/*** 这是一个走Tomcat容器的普通Spring MVC接口*/
@RestController
public class HelloController {@GetMapping("/hello")public String hello() {return "Hello from Tomcat (default port 8080)!";}
}

你可以访问 http://localhost:8080/hello 即可看到此响应。
Tomcat 会自动在端口 server.port=8080（若不指定则 8080）运行。

3.3.4 Netty 服务器配置

NettyHttpProperties

先做一个专门的配置类用于读取 Netty 端口、线程数以及文件根目录等信息：

package com.example.demo.netty;import org.springframework.boot.context.properties.ConfigurationProperties;
import org.springframework.context.annotation.Configuration;@Configuration
@ConfigurationProperties(prefix = "netty.http")
public class NettyHttpProperties {private int port;           // Netty监听端口private String baseDir;     // 本地文件存储根目录private int bossThreads;    // bossGroup线程数private int workerThreads;  // workerGroup线程数// Getter/Setterpublic int getPort() {return port;}public void setPort(int port) {this.port = port;}public String getBaseDir() {return baseDir;}public void setBaseDir(String baseDir) {this.baseDir = baseDir;}public int getBossThreads() {return bossThreads;}public void setBossThreads(int bossThreads) {this.bossThreads = bossThreads;}public int getWorkerThreads() {return workerThreads;}public void setWorkerThreads(int workerThreads) {this.workerThreads = workerThreads;}
}

要点：

@Configuration + @ConfigurationProperties(prefix = "netty.http") 会让 Spring Boot 自动从 application.properties 中读取 netty.http.* 配置并注入到该类。
这样就能在其他地方 @Autowired NettyHttpProperties 来使用。

NettyHttpServerConfig

创建并配置 ServerBootstrap 等核心 Bean：

package com.example.demo.netty;import io.netty.bootstrap.ServerBootstrap;
import io.netty.channel.Channel;
import io.netty.channel.ChannelInitializer;
import io.netty.channel.EventLoopGroup;
import io.netty.channel.nio.NioEventLoopGroup;
import io.netty.channel.socket.nio.NioServerSocketChannel;
import io.netty.handler.codec.http.*;
import io.netty.handler.stream.ChunkedWriteHandler;
import org.springframework.context.annotation.Bean;
import org.springframework.context.annotation.Configuration;@Configuration
public class NettyHttpServerConfig {@Beanpublic EventLoopGroup bossGroup(NettyHttpProperties props) {return new NioEventLoopGroup(props.getBossThreads());}@Beanpublic EventLoopGroup workerGroup(NettyHttpProperties props) {return new NioEventLoopGroup(props.getWorkerThreads());}@Beanpublic ServerBootstrap serverBootstrap(EventLoopGroup bossGroup,EventLoopGroup workerGroup,NettyHttpProperties props,HttpFileServerHandler fileHandler) {// 创建ServerBootstrapServerBootstrap b = new ServerBootstrap();b.group(bossGroup, workerGroup).channel(NioServerSocketChannel.class).childHandler(new ChannelInitializer<Channel>() {@Overrideprotected void initChannel(Channel ch) {// 初始化pipelinech.pipeline().addLast(new HttpServerCodec());          // HTTP编解码ch.pipeline().addLast(new HttpObjectAggregator(65536));// 聚合HTTP消息ch.pipeline().addLast(new HttpContentCompressor());    // 响应压缩(可选)ch.pipeline().addLast(new ChunkedWriteHandler());      // 大数据流写支持ch.pipeline().addLast(fileHandler);                    // 自定义文件处理}});return b;}
}

逐段解释：

EventLoopGroup bossGroup、EventLoopGroup workerGroup
- Netty 典型的双线程组模型：一个专门处理连接（bossGroup），另一个处理读写（workerGroup）。
- 线程数从 NettyHttpProperties 读出，便于后期调整。
ServerBootstrap
- group(...) 传入这两个线程组；
- channel(NioServerSocketChannel.class) 表示用 NIO 实现；
- childHandler(...) 给每个连接的 Channel 初始化 pipeline：
  - HttpServerCodec：将字节流与 HTTP 对象互相转换
  - HttpObjectAggregator(65536)：把分段的请求合并成 FullHttpRequest，方便后面处理
  - HttpContentCompressor()：可选，对响应进行 gzip 等压缩
  - ChunkedWriteHandler()：分块写大数据
  - HttpFileServerHandler：自定义的业务处理（文件下载、请求路由等）。

HttpFileServerHandler

这是一个 Netty Handler，示例展示如何提供文件下载功能。例如，当访问 GET http://localhost:9090/download?filename=xxx 时，把对应的文件返回给客户端。

package com.example.demo.netty;import io.netty.buffer.Unpooled;
import io.netty.channel.*;
import io.netty.handler.codec.http.*;
import io.netty.handler.stream.ChunkedStream;
import io.netty.util.CharsetUtil;
import org.springframework.stereotype.Component;import java.io.File;
import java.io.FileInputStream;@Component
@ChannelHandler.Sharable
public class HttpFileServerHandler extends SimpleChannelInboundHandler<FullHttpRequest> {private final NettyHttpProperties props;public HttpFileServerHandler(NettyHttpProperties props) {this.props = props;}@Overrideprotected void channelRead0(ChannelHandlerContext ctx, FullHttpRequest request) throws Exception {// 解析URI和查询参数QueryStringDecoder decoder = new QueryStringDecoder(request.uri());String path = decoder.path();            // e.g. "/download"String filename = null;if (decoder.parameters().containsKey("filename")) {filename = decoder.parameters().get("filename").get(0);}// 如果路径不是/download 或没有filename参数, 返回错误if (!"/download".equals(path) || filename == null) {sendError(ctx, HttpResponseStatus.NOT_FOUND, "Usage: /download?filename=xxx");return;}// 构造文件对象File file = new File(props.getBaseDir(), filename);if (!file.exists() || !file.isFile()) {sendError(ctx, HttpResponseStatus.NOT_FOUND, "File not found: " + filename);return;}// 返回文件数据writeFileResponse(ctx, file);}/*** 将文件内容通过HTTP响应写回*/private void writeFileResponse(ChannelHandlerContext ctx, File file) throws Exception {// 1) 先写一个响应头HttpResponse response = new DefaultHttpResponse(HttpVersion.HTTP_1_1, HttpResponseStatus.OK);long fileLength = file.length();response.headers().set(HttpHeaderNames.CONTENT_LENGTH, fileLength);response.headers().set(HttpHeaderNames.CONTENT_TYPE, "application/octet-stream");// 告知客户端以附件形式下载response.headers().set(HttpHeaderNames.CONTENT_DISPOSITION, "attachment; filename=\"" + file.getName() + "\"");ctx.write(response);// 2) ChunkedStream 方式写文件内容FileInputStream fis = new FileInputStream(file);HttpChunkedInput chunkedInput = new HttpChunkedInput(new ChunkedStream(fis));ChannelFuture sendFileFuture = ctx.writeAndFlush(chunkedInput);sendFileFuture.addListener((ChannelFutureListener) future -> {fis.close();});}private void sendError(ChannelHandlerContext ctx, HttpResponseStatus status, String msg) {FullHttpResponse response = new DefaultFullHttpResponse(HttpVersion.HTTP_1_1, status,Unpooled.copiedBuffer(msg, CharsetUtil.UTF_8));response.headers().set(HttpHeaderNames.CONTENT_TYPE, "text/plain; charset=UTF-8");// 响应后关闭连接ctx.writeAndFlush(response).addListener(ChannelFutureListener.CLOSE);}
}

核心逻辑：

channelRead0：
- 接收到一个完整的 FullHttpRequest；
- 我们解析 uri，只处理 "/download" 路径，且需要一个 filename 查询参数；
- 如果文件不存在或参数缺失，就返回错误给客户端。
writeFileResponse：
- 先写一个 HTTP 响应行与头部，包含 Content-Length、Content-Type、Content-Disposition 等；
- 使用 ChunkedStream 分块传输文件数据，无需把文件读进内存；
- 也可以使用 DefaultFileRegion 实现零拷贝，但需考虑操作系统对 sendfile() 的支持，以及禁用 HttpContentCompressor（零拷贝与压缩冲突）。
@ChannelHandler.Sharable：
- 表示此 Handler 可以被多个 Channel 共享（前提：无内部状态竞争）。

NettyServerRunner

最后，用 ApplicationRunner 来在 Spring Boot 启动完成后，绑定 Netty 的端口。二者（Tomcat 与 Netty）在同一进程运行，只是端口不同。

package com.example.demo.netty;import io.netty.bootstrap.ServerBootstrap;
import io.netty.channel.ChannelFuture;
import org.springframework.boot.ApplicationArguments;
import org.springframework.boot.ApplicationRunner;
import org.springframework.stereotype.Component;import javax.annotation.Resource;@Component
public class NettyServerRunner implements ApplicationRunner {@Resourceprivate ServerBootstrap serverBootstrap;@Resourceprivate NettyHttpProperties props;@Overridepublic void run(ApplicationArguments args) throws Exception {// 绑定Netty端口(与Tomcat不同)ChannelFuture future = serverBootstrap.bind(props.getPort()).sync();System.out.println("Netty Server started on port " + props.getPort());// 阻塞等待关闭事件future.channel().closeFuture().sync();}
}

解释：

serverBootstrap.bind(props.getPort())：如 9090。
sync()：阻塞当前线程直到绑定成功；若失败会抛出异常。
closeFuture().sync()：保证 Netty 不会提前退出，一直运行到收到关闭事件。

3.3.5. 特殊说明

统一域名？
- 若要在同一域名上，只是不同端口，如 http://yourdomain:8080 与 http://yourdomain:9090；
- 如果想只对外暴露 80/443 等标准端口，可使用 Nginx 反向代理：
  - 路径 /api -> 8080 (Tomcat)
  - 路径 /files -> 9090 (Netty)
- 这样客户端感知不到两个不同端口。
上传功能
- 当前 Handler 只演示下载，若需要文件上传（POST /upload），可在 HttpFileServerHandler 中解析 multipart/form-data。
- Netty 官方提供 HttpPostRequestDecoder，或你自己处理二进制流。
零拷贝
- 对超大文件下载，你可改用 DefaultFileRegion。注意：若要开启零拷贝，就需关闭 HttpContentCompressor（否则压缩与零拷贝冲突）。
- 同时确认操作系统支持 sendfile。
性能调优
- Tomcat 与 Netty 线程数都可自定义，根据机器 CPU 核数、预计并发量进行调优。
- 如果 Netty 主要用来跑大文件下载，可适当提高 workerThreads，并使用 EpollEventLoopGroup（Linux下）来进一步提升性能。
会不会造成资源浪费？
- 在某些场景下，两套容器各自占用线程池与内存。但这是必要的代价，如果你确实需要保留 Tomcat 的生态又想使用 Netty 特性。
安全考虑
- 如果要 HTTPS，可以分别对 Tomcat 和 Netty 做 SSL 配置（Tomcat SSL Connector、Netty SslHandler）。
- 如果需要统一认证，可以让两端共享同一个认证服务或 token 验证逻辑。