玩转Netty，从“Hello World”开始

谁借莪１个温暖的怀抱￠ 2024-03-22 19:21 78阅读 0赞

大家好，我是老三，之前里，我们讨论了[Java的三种IO模型][Java_IO]，提到了网络通信框架Netty，它简化和优化了NIO的使用，这期，我们正式开始走近Netty。

### 为什么要用Netty? ###

首先当然是NIO的使用，本身比较复杂，而且还存在一些问题。

除此之外，如果在项目的开发中，要实现稳定的网络通信，就得考虑网络的闪断、客户端的重复接入、客户端的安全认证、消息的编解码、半包读写……

![头大][f8d44b38b0824146b885904ea2b8d4b4.png]

所以，巧了，恰好有这么一个成熟稳定、性能强大、开箱即用的网络框架摆在我们面前，相比较Java NIO，Netty更加出色：

*  **易用性**: Netty 在 NIO 基础上进行了更高层次的封装，屏蔽了 NIO 的复杂性，大大降低了开发难度；Netty 提供了很多开箱即用的工具，例如常用的行解码器、长度域解码器等，不需要自己再实现。
 *  **稳定性**: Netty 更加可靠稳定，修复和完善了 JDK NIO 较多已知问题，例如臭名昭著的 select 空转导致 CPU 消耗 100%，TCP 断线重连，keep-alive 检测等问题。
 *  **可扩展性**: Netty 的的可扩展性做的非常好，比如支持可定制化的线程模型。

我们有什么理由拒绝这么一款优秀的网络通信框架呢？代码怎么写不是写喽！

### 初识Netty ###

#### 什么是Netty? ####

Netty官方是这么定义Netty的：

> Netty 是一个异步事件驱动的网络应用程序框架，用于快速开发可维护的高性能协议服务器和客户端。

![组成图-来源官方][-]

*  Netty是一个开源的、单线程模型的 Java 网络编程框架。
 *  Netty基于 NIO ，被广泛应用于各种网络应用程序开发。
 *  Netty支持多种协议，包括但不限于 HTTP、WebSocket、TCP、UDP 和 SSL/TLS 协议等。
 *  Netty 是非阻塞的，事件驱动的框架。
 *  Netty具有高性能、可扩展和易于使用的优点。

#### Netty的现状？ ####

Netty 由 JBoss 社区开发维护的，它的社区相对比较活跃：

*  https://github.com/netty/netty：Github已经收获31.2K星标
 *  https://netty.io/：官方网站，提供了比较完整的文档

官方目前最新的版本是5.x,，但是很不幸，已经被社区放弃开发维护，属于废弃版本，最新的稳定版本是[4.x][] 。

一般使用，推荐4.x，Netty 4.x对3.x不做兼容，我们后续的学习也基于Netty 4.x版本。

#### 谁在用Netty? ####

作为最流行的网络通信框架，大量的公司选择它作为底层网络通信框架，包括不限于：

![使用Netty的公司][Netty]

我们可能自己没有直接用过Netty，但其实熟悉的很多开源中间件，都用到了Netty，比如：

*  服务治理：Apache Dubbo、gRPC。
 *  大数据：Hbase、Spark、Flink、Storm。
 *  搜索引擎：Elasticsearch。
 *  消息队列：RocketMQ、ActiveMQ。

用到Netty的优秀产品非常多，大家感兴趣可以看看：https://netty.io/wiki/related-projects.html。

### 从"Hello World"开始 ###

气氛衬托到这，不写个Demo也过不去，还是从"Hello World"开始，我们领略一下Netty的风采。

1.  创建一个Maven项目：这个就不用多说了吧

![创建Maven项目][Maven]

1.  导入依赖：我们直接用4.x最新的版本

<dependency>
 <groupId>io.netty</groupId>
 <artifactId>netty-all</artifactId>
 <version>4.1.92.Final</version>
 </dependency>

1. 编写代码：那么我们就开始编写这个Demo的服务器和客户端相关代码
 
 * `NettyServer`：基于Netty的客户端
 
 /**
 * Date: 2023/5/14 10:29
 * Author: fighter3
 * Description: Netty服务端Demo
 */
 public class NettyServer{
 
 // 服务器监听的端口号
 private int port;
 
 public NettyServer(int port) {
 
 this.port = port;
 }
 
 /**
 * 启动Netty服务器
 * @throws InterruptedException
 */
 public void run() throws InterruptedException {
 
 // 创建boss线程组和worker线程组
 // bossGroup 用于监听客户端的连接请求，将连接请求发送给 workerGroup 进行处理
 NioEventLoopGroup bossGroup = new NioEventLoopGroup();
 // workerGroup 用于处理客户端连接的数据读写
 NioEventLoopGroup workerGroup = new NioEventLoopGroup();
 try {
 
 // 创建 ServerBootstrap 对象，用于启动 Netty 服务器
 ServerBootstrap serverBootstrap = new ServerBootstrap();
 // 绑定线程池事件组
 serverBootstrap.group(bossGroup, workerGroup)
 .channel(NioServerSocketChannel.class)
 // 通道初始化回调函数，在启动的时候可以自动调用
 .childHandler(new ChannelInitializer<SocketChannel>() {
 
 @Override
 public void initChannel(SocketChannel ch) throws Exception {
 
 ChannelPipeline pipeline = ch.pipeline();
 // 添加消息处理器
 pipeline.addLast(new NettyServerHandler());
 }
 });
 
 // 绑定端口，开始接收客户端请求
 ChannelFuture channelFuture = serverBootstrap.bind(port).sync();
 
 System.out.println("Netty服务器监听端口："+port);
 
 // 等待服务端监听端口关闭
 channelFuture.channel().closeFuture().sync();
 } finally {
 
 //释放线程组资源
 bossGroup.shutdownGracefully();
 workerGroup.shutdownGracefully();
 }
 }
 
 public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
 
 // 创建服务器对象，监听端口号为 8888
 NettyServer server = new NettyServer(8888);
 System.out.println("============Netty服务器启动...=============");
 // 启动服务器
 server.run();
 System.out.println("============Netty服务器停止...=============");
 }
 }
 * `NettyServerHandler`：服务器的消息处理器，用于处理各种事件
 
 /**
 * Date: 2023/5/14 10:30
 * Author: fighter3
 * Description: Netty服务器消息处理器
 */
 public class NettyServerHandler extends ChannelInboundHandlerAdapter {
 
 
 /**
 * 当客户端上线的时候会触发这个方法
 * @param ctx
 * @throws Exception
 */
 @Override
 public void channelActive(ChannelHandlerContext ctx) throws Exception {
 
 String message="你好，靓仔！";
 ByteBuf hello = Unpooled.copiedBuffer(message, CharsetUtil.UTF_8);
 // 发送消息
 ctx.writeAndFlush(hello);
 }
 
 /**
 *当 Channel 中有来自客户端的数据时就会触发这个方法
 */
 @Override
 public void channelRead(ChannelHandlerContext ctx, Object msg) throws Exception {
 
 ByteBuf buf = (ByteBuf) msg;
 System.out.println("客户端发来的消息：" + buf.toString(CharsetUtil.UTF_8)); // 接收消息并打印输出
 }
 
 /**
 * 当有异常时触发这个方法
 */
 @Override
 public void exceptionCaught(ChannelHandlerContext ctx, Throwable cause) throws Exception {
 
 cause.printStackTrace();
 ctx.close();
 }
 }

* `NettyClient`：使用Netty的客户端，通过ip和端口连接服务端
 
 /**
 * Date: 2023/5/14 10:32
 * Author: fighter3
 * Description: Netty客户端Demo
 */
 public class NettyClient {
 
 // 服务器 IP
 private String host;
 // 服务器监听的端口号
 private int port;
 
 public NettyClient(String host, int port) {
 
 this.host = host;
 this.port = port;
 }
 
 /**
 * 启动 Netty 客户端
 */
 public void run() throws InterruptedException {
 
 // 创建事件循环组
 NioEventLoopGroup group = new NioEventLoopGroup();
 try {
 
 // 创建 Bootstrap 对象
 Bootstrap bootstrap = new Bootstrap();
 // 配置 Bootstrap 对象
 // 设置线程组
 bootstrap.group(group)
 // 设置客户端通信的通道类型为NIO类型
 .channel(NioSocketChannel.class)
 .handler(new ChannelInitializer<SocketChannel>() {
 
 // 通道初始化回调函数，在启动的时候可以自动调用
 @Override
 public void initChannel(SocketChannel ch) throws Exception {
 
 // 添加消息处理器
 ch.pipeline().addLast(new NettyClientHandler());
 }
 });
 // 连接服务器，异步等待连接成功
 ChannelFuture channelFuture = bootstrap.connect(host, port).sync();
 System.out.println("===========Netty客户端连接服务端=========");
 
 // 等待客户端连接关闭
 channelFuture.channel().closeFuture().sync();
 } finally {
 
 //释放资源
 group.shutdownGracefully();
 }
 }
 
 public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
 
 // 创建客户端对象，并连接到服务器
 NettyClient client = new NettyClient("127.0.0.1", 8888);
 // 启动客户端，开始发送消息
 client.run();
 }
 }
 * NettyClientHandler：Netty客户端处理器，用于处各种事件
 
 /**
 * Date: 2023/5/14 10:33
 * Author: fighter3
 * Description: Netty客户端处理器
 */
 public class NettyClientHandler extends ChannelInboundHandlerAdapter {
 
 
 /**
 * 当 Channel 准备就绪时就会触发这个方法
 */
 @Override
 public void channelActive(ChannelHandlerContext ctx) throws Exception {
 
 String message="大佬，带带我！";
 ByteBuf hello = Unpooled.copiedBuffer(message, CharsetUtil.UTF_8);
 // 发送消息
 ctx.writeAndFlush(hello);
 }
 
 /**
 * 当 Channel 中有来自服务器的数据时就会触发这个方法
 */
 @Override
 public void channelRead(ChannelHandlerContext ctx, Object msg) throws Exception {
 
 ByteBuf buf = (ByteBuf) msg;
 System.out.println("服务端发来的消息：" + buf.toString(CharsetUtil.UTF_8)); // 接收消息并打印输出
 }
 
 /**
 * 发生异常就会触发这个方法
 */
 @Override
 public void exceptionCaught(ChannelHandlerContext ctx, Throwable cause) throws Exception {
 
 cause.printStackTrace();
 ctx.close();
 }
 }

1.  运行一下：先启动NettyServer，再启动NettyClient，看下运行结果
    
        ============Netty服务器启动...=============
        Netty服务器监听端口：8888
        客户端发来的消息：大佬，带带我！
    
        ===========Netty客户端连接服务端=========
        服务端发来的消息：你好，靓仔！

好了，一个简单的Netty入门Demo就写完了，Netty是一个双工通信的网络框架，可以看到，服务端和客户端，流程基本上一致，主要包括这么几个步骤：

1.  创建事件循环组和相关对象，用于监听和处理网络事件；
2.  配置 Netty 服务器或客户端的启动参数，包括线程组、通道类型、TCP 参数等；
3.  给服务器或客户端的 ChannelPipeline 添加各种 ChannelHandler，用于处理不同的网络事件；
4.  绑定端口启动服务器或连接服务器；
5.  等待服务器或客户端连接关闭，释放相关资源。

![服务器&客户端初始化启动流程][f00e8af572124b61aebff8f1e2132650.png]

虽然这个Demo比较简单，但其实已经用到了Netty里几个比较关键的组件：

1.  `ByteBuf`：Netty 的字节容器，类似于 Java 的 ByteBuffer，但是提供了更加强大、简便且安全的 API，用于在网络中传递二进制数据；
2.  `EventLoopGroup`：Netty 的事件循环组，用于管理和调度连接到服务器或者从服务器连接出去的所有 Channel 上的事件循环；
3.  `ServerBootstrap`：Netty 的服务器启动类，用于启动和配置一个 TCP/IP 服务器；
4.  `Bootstrap`：Netty 的客户端启动类，用于启动和配置一个 TCP/IP 客户端；
5.  `Channel`：Netty 的核心概念，用于表示一个通信通道，可以读取和写入数据；
6.  `ChannelPipeline`：Netty 的 Channel 处理器，用于在传入的数据上执行一组 ChannelHandler；
7.  `ChannelHandler`：Netty 的核心组件，用于处理各种通信事件，例如读取数据、写数据、建立连接等；

![Netty的重要组件][Netty 1]

后续，我们还会和这些组件打更多的交道。

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好了，那么这期内容就到这了，这期里我们初步了解了Netty，包括什么是Netty、Netty现状、Netty的应用，还写了一个简单的Demo。下一期，我们继续深入了解Netty，敬请期待。

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**参考：**

\[1\].https://netty.io/

\[2\].《Netty权威指南》

\[3\]. 《Netty核心原理剖析与RPC实践》

[Java_IO]: https://mp.weixin.qq.com/s/EMVS4dnHAgOfKg_OCQWEIw
[f8d44b38b0824146b885904ea2b8d4b4.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/03/18/794567fd4e134966bfa46d31e4bc65a7.png
[-]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/03/18/daacda8827b84dd9ae7abfddeb24dc0b.png
[4.x]: https://netty.io/wiki/user-guide-for-4.x.html
[Netty]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/03/18/24abad340ac54013af849308f14be600.png
[Maven]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/03/18/94b92ef4dc8641c1810879e5b2ad6850.png
[f00e8af572124b61aebff8f1e2132650.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/03/18/fa50b1d7a766475e8f8c32525875a3a4.png
[Netty 1]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/03/18/724ca79faac1415dbc5059e8d6bcc8e4.png