Netty学习（一）Netty的概念及体系结构

r囧r小猫 2023-07-15 15:15 43阅读 0赞

# 前言 #

一系列文章旨在把我学习Netty以及使用Netty的一些经验分享出来，希望能帮助到对Netty感兴趣或正要上手的同学们。如果发现我述说得有问题，希望大家能指出讨论，非常感谢。

# 引导 #

首先我们要提出几个问题，大家一起思考，然后再通过文章来加深理解。

*  什么是Netty
 *  Netty的诞生是为了解决什么问题
 *  Netty的核心组件有哪些

# 什么是Netty #

Netty提供异步的、事件驱动的网络应用程序框架和工具，用以快速开发高性能、高可靠性的网络服务器和客户端程序。Netty基于IO多路复用模型，对Java提供的NIO进行了更加完善的包装，解决NIO存在的bug，使用者无需关注太多底层。成熟、稳定、高并发、低延迟、易上手等特点已经获得很多开发者的青睐。

它有以下特性：

*  设计
    
     *  统一API，支持多种传输类型，阻塞和非阻塞
     *  真正的无连接数据报套接字支持
     *  链接逻辑组件以支持复用
 *  性能
    
     *  拥有比Java的NIO更高的吞吐量以及更低的延迟
     *  得益于池化和复用，拥有更低的资源消耗
 *  健壮性
    
     *  不会因为慢速、快速或者超载的连接而导致OutOfMemoryError
     *  消除在高速网络中NIO应用程序常见的不公平读/写比率
 *  安全性
    
     *  完整的SSL/TLS以及StartTLS支持

# Netty的诞生为了解决什么问题 #

大家已经知道Netty是基于Java NIO的基础上实现的（需要区别Java NIO 以及NIO，前者是基于IO多路复用实现，后者一般指是None Blocking IO，非阻塞IO），主要原因在于Java NIO存在多方面缺陷：

*  复杂的API、类库。Selector、ServerSocketChannel、SocketChannel、ByteBuffer等，想写出优秀高质量的NIO程序你就需要对网络编程这块非常熟悉才行。
 *  针对半包读写，网络阻塞，编码处理等等，NIO要实现的难度比较大
 *  存在bug，最为代表性的是Epoll空轮询，导致CPU利用率爆满。

由此，Netty就诞生了，它不单单解决了NIO的缺陷，还增加了多种功能支持，例如快速切换NIO和BIO，自定义编码解码，原生也提供了多种类库，以支持多种协议，包括TCP\\UDP\\MQTT\\Protocol Buffers 等等。还有它高并发，低延迟的特性，让使用者能快速，方便上手，专心处理业务而无需关注性能和漏洞问题，因为Netty都已经帮你处理好这些东西。

# Netty的核心组件 #

上面我们知道了什么是Netty以及Netty能给我们带来什么好处，下面我们就来看一下Netty的核心组件。

*  Channel
 *  回调
 *  Future
 *  事件和ChannelHandler

## Channel ##

Channel是Java NIO的一个基本构造，它代表到一个实体（实体包括硬件设备、文件、网络套接字等）的开放连接，可以进行读操作或写操作。简单来说，它就是两者之间可以进行数据交互的一条通道，不论是入站或出站数据（入站出站可以理解成数据的传出传入），都通过channel来传输。它可以被打开或关闭，连接或断开链接。

## 回调 ##

进行多线程异步开发的人对回调这个名词应该不陌生，通俗来讲，它就是在某一个操作结束之后要执行的方法，方法我们可以自定义，可以包括通知、异常处理等等。  
在Netty中很多地方都使用了回调，举个例子：ChannelInboundHandler中的channelActive方法，当一个新的连接已经建立的时候，该方法就会被执行。

/** * @author chenws * @date 2020/03/17 11:01:33 */
    @Slf4j
    public class ConnectHandler extends ChannelInboundHandlerAdapter { 
    
        @Override
        public void channelActive(ChannelHandlerContext ctx) throws Exception { 
            log.info("client-{}已经成功连接。",ctx.channel().remoteAddress());
            super.channelActive(ctx);
        }
    }

## Future ##

Future提供了另一种在操作完成时通知应用程序的方式，你可以把它看作是一个异步操作结果的占位符，它将在未来某一时刻完成，并可以访问其结果。

Java NIO与之对应的是java.util.concurrent.Future，但是它实现的Future需要手动去检查对应的操作是否已经完成，或者一直阻塞直至它完成，这样的话即麻烦又耗资源，因此Netty在java Future的基础上编写了自己的一套支持异步读取的Future。

直接看例子  
listener，监听事件，根据状态来判断操作是否成功，不成功的话可以打印错误信息。

/** * @author chenws * @date 2020/03/17 11:27:02 */
    @Slf4j
    public class BindListener implements GenericFutureListener<Future<? super Void>> { 
    
        @Override
        public void operationComplete(Future<? super Void> future) throws Exception { 
            boolean success = future.isSuccess();
            if(success) { 
                log.info("bind操作完成");
            }else { 
                Throwable cause = future.cause();
                cause.printStackTrace();
            }
        }
    }

绑定操作

/** * @author chenws * @date 2020/03/17 11:22:14 */
    @Slf4j
    public class BindServer { 
    
        public void startServer() throws InterruptedException { 
            ServerBootstrap b = new ServerBootstrap();
            EventLoopGroup bossGroup = new NioEventLoopGroup(1);
            EventLoopGroup workerGroup = new NioEventLoopGroup(6);
            b.group(bossGroup, workerGroup)
                    .channel(NioServerSocketChannel.class)
                    .childHandler(new ChannelInitializer<SocketChannel>() { 
                        @Override
                        protected void initChannel(SocketChannel ch) throws Exception { 
                            ChannelPipeline pipeline = ch.pipeline();
                        }
                    });
            BindListener bindListener = new BindListener();
            //addListener操作后，当该程序绑定指定ip和端口号后，就会执行配置的listener
            Channel channel = b.bind("localhost", 8080).sync().addListener(bindListener).channel();
        }
    }

你可以把Netty的Future看作是回调的一个更加精细的版本，回调和Future是互相补充的机制，它们互相结合，构成Netty关键构建块之一。

## 事件和ChannelHandler。 ##

首先我们先理解下这两个名词的定义

*  事件：可以看作是有入站或出站数据而触发的事件
 *  ChannelHandler：是我们自定义的一系列处理器，包括但不仅限：编码解码器，记录日志，数据转换，流控制以及我们的业务逻辑处理。

事件入站或出站后通过一系列的ChannelHandler处理数据以达到我们的目的，而ChannelHandler就是通过ChannelPipeline管理起来，它能使我们的事件按顺序的执行ChannelHandler。正是这种设计，使我们的代码耦合度降低，且灵活、方便、易懂。

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3NodW9zaHVvMTMy_size_16_color_FFFFFF_t_70]

## 小结 ##

在本章中，我们主要了解Netty的功能、优点以及核心组件，下一章我们将介绍Netty的相关组件，包括Channel、EventLoop、ChannelFuture。在此之前，大家可以参照我Github上的 [Netty-TCP][]例子来先了解一个Netty应用程序。

[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3NodW9zaHVvMTMy_size_16_color_FFFFFF_t_70]: /images/20230528/8cbfd914a8644345b46dfed442e669c7.png
[Netty-TCP]: https://github.com/SingleTigger/Netty-Learn