【Netty】 工作原理详解（十一）

前言

回顾Netty系列文章：

• Netty 概述（一）
• Netty 架构设计（二）
• Netty Channel 概述（三）
• Netty ChannelHandler（四）
• ChannelPipeline源码分析（五）
• 字节缓冲区 ByteBuf （六）（上）
• 字节缓冲区 ByteBuf（七）（下）
• Netty 如何实现零拷贝（八）
• Netty 程序引导类（九）
• Reactor 模型（十）

一、Netty 模型

下图就是 Netty 的工作原理图：

执行流程如下：

• 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 处理 I/O 事件， 即 read , write 事件；
  2. 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 可以获取到对应通道，管道中维护了很多的 处理器（ChannelHandler）。

二、代码示例

2.1、引入Maven依赖

<dependency><groupId>io.netty</groupId><artifactId>netty-all</artifactId><version>4.1.49.Final</version>
</dependency>

2.2、服务端的管道处理器

public class NettyServerHandler extends ChannelInboundHandlerAdapter {//读取数据实际(这里我们可以读取客户端发送的消息)/*1. ChannelHandlerContext ctx:上下文对象, 含有 管道pipeline , 通道channel, 地址2. Object msg: 就是客户端发送的数据 默认Object*/@Overridepublic void channelRead(ChannelHandlerContext ctx, Object msg) throws Exception {System.out.println("server ctx =" + ctx);Channel channel = ctx.channel();//将 msg 转成一个 ByteBuf//ByteBuf 是 Netty 提供的，不是 NIO 的 ByteBuffer.ByteBuf buf = (ByteBuf) msg;System.out.println("客户端发送消息是:" + buf.toString(CharsetUtil.UTF_8));System.out.println("客户端地址:" + channel.remoteAddress());}//数据读取完毕@Overridepublic void channelReadComplete(ChannelHandlerContext ctx) throws Exception {//writeAndFlush 是 write + flush//将数据写入到缓存，并刷新//一般讲，我们对这个发送的数据进行编码ctx.writeAndFlush(Unpooled.copiedBuffer("公司最近账户没啥钱，再等几天吧！", CharsetUtil.UTF_8));}//处理异常, 一般是需要关闭通道@Overridepublic void exceptionCaught(ChannelHandlerContext ctx, Throwable cause) throws Exception {ctx.close();}
}

2.3、服务端主程序

public class NettyServer {public static void main(String[] args) throws Exception {//创建BossGroup 和 WorkerGroup//说明//1. 创建两个线程组 bossGroup 和 workerGroup//2. bossGroup 只是处理连接请求 , 真正的和客户端业务处理，会交给 workerGroup完成//3. 两个都是无限循环//4. bossGroup 和 workerGroup 含有的子线程(NioEventLoop)的个数//   默认实际 cpu核数 * 2//EventLoopGroup bossGroup = new NioEventLoopGroup(1);EventLoopGroup workerGroup = new NioEventLoopGroup(); //8try {//创建服务器端的启动对象，配置参数ServerBootstrap bootstrap = new ServerBootstrap();//使用链式编程来进行设置bootstrap.group(bossGroup, workerGroup) //设置两个线程组.channel(NioServerSocketChannel.class) //bossGroup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 option主要是针对boss线程组，.childOption(ChannelOption.SO_KEEPALIVE, true) //设置保持活动连接状态 child主要是针对worker线程组.childHandler(new ChannelInitializer<SocketChannel>() {//workerGroup使用 SocketChannel创建一个通道初始化对象																														(匿名对象)//给pipeline 设置处理器@Overrideprotected void initChannel(SocketChannel ch) throws Exception {//可以使用一个集合管理 SocketChannel， 再推送消息时，可以将业务加入到各个channel 对应的 NIOEventLoop 的 									taskQueue 或者 scheduleTaskQueuech.pipeline().addLast(new NettyServerHandler());}}); // 给我们的workerGroup 的 EventLoop 对应的管道设置处理器System.out.println(".....服务器 is ready...");//绑定一个端口并且同步, 生成了一个 ChannelFuture 对象//启动服务器(并绑定端口)ChannelFuture cf = bootstrap.bind(7788).sync();//给cf 注册监听器，监控我们关心的事件cf.addListener(new ChannelFutureListener() {@Overridepublic void operationComplete(ChannelFuture future) throws Exception {if (cf.isSuccess()) {System.out.println("服务已启动,端口号为7788...");} else {System.out.println("服务启动失败...");}}});//对关闭通道进行监听cf.channel().closeFuture().sync();} finally {bossGroup.shutdownGracefully();workerGroup.shutdownGracefully();}}
}

NioEventLoopGroup是用来处理I/O操作的多线程事件循环器。Netty 提供了许多不同的EventLoopGroup的实现来处理不同的传输。

上面的服务端应用中，有两个NioEventLoopGroup被使用。第一个叫作bossGroup，用来接收进来的连接。第二个叫作workerGroup，用来处理已经被接收的连接，一旦 bossGroup接收连接，就会把连接的信息注册到workerGroup上。

ServerBootstrap是一个NIO服务的引导启动类。可以在这个服务中直接使用Channel。

• group方法用于 设置EventLoopGroup。
• 通过Channel方法，可以指定新连接进来的Channel类型为NioServerSocketChannel类。
• childHandler用于指定ChannelHandler，也就是前面实现的NettyServerHandler。
• 可以通过option设置指定的Channel来实现NioServerSocketChannel的配置参数。
• childOption主要设置SocketChannel的子Channel的选项。
• bind用于绑定端口启动服务。

2.4、客户端管道处理器

public class NettyClientHandler extends ChannelInboundHandlerAdapter {//当通道就绪就会触发该方法@Overridepublic void channelActive(ChannelHandlerContext ctx) throws Exception {System.out.println("client ctx =" + ctx);ctx.writeAndFlush(Unpooled.copiedBuffer("老板，工资什么时候发给我啊？", CharsetUtil.UTF_8));}//当通道有读取事件时，会触发@Overridepublic void channelRead(ChannelHandlerContext ctx, Object msg) throws Exception {ByteBuf buf = (ByteBuf) msg;System.out.println("服务器回复的消息:" + buf.toString(CharsetUtil.UTF_8));System.out.println("服务器的地址： "+ ctx.channel().remoteAddress());}//处理异常, 一般是需要关闭通道@Overridepublic void exceptionCaught(ChannelHandlerContext ctx, Throwable cause) throws Exception {cause.printStackTrace();ctx.close();}
}

2.5、客户端主程序

public class NettyClient {public static void main(String[] args) throws Exception {//客户端需要一个事件循环组EventLoopGroup group = new NioEventLoopGroup();try {//创建客户端启动对象//注意客户端使用的不是 ServerBootstrap 而是 BootstrapBootstrap 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>() {@Overrideprotected void initChannel(SocketChannel ch) throws Exception {ch.pipeline().addLast(new NettyClientHandler()); //加入自己的处理器}});System.out.println("客户端 ok..");//启动客户端去连接服务器端//关于 ChannelFuture 要分析，涉及到netty的异步模型ChannelFuture channelFuture = bootstrap.connect("127.0.0.1", 7788).sync();//给关闭通道进行监听channelFuture.channel().closeFuture().sync();} finally {group.shutdownGracefully();}}
}

客户端只需要一个NioEventLoopGroup就可以了。

2.6、测试运行

分别启动服务器 NettyServer 和客户端 NettyClient程序

服务端控制台输出内容：

服务器 is ready...
服务已启动,端口号为7788...
server ctx =ChannelHandlerContext(NettyServerHandler#0, [id: 0xa1b2233c, L:/127.0.0.1:7788 - R:/127.0.0.1:63239])
客户端发送消息是:老板，工资什么时候发给我啊？
客户端地址:/127.0.0.1:63239

客户端控制台输出内容：

客户端 ok..
client ctx =ChannelHandlerContext(NettyClientHandler#0, [id: 0x21d6f98e, L:/127.0.0.1:63239 - R:/127.0.0.1:7788])
服务器回复的消息:公司最近账户没啥钱，再等几天吧！
服务器的地址： /127.0.0.1:7788

至此，一个简单的基于Netty开发的服务端和客户端就完成了。

总结

本篇文章主要讲解了 Netty 的工作原理及简单应用。下节我们来讲解 Netty 的编解码。
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