Netty实战入门教程之 什么是Netty

目录

• 一、BIO、NIO、AIO
• 二、什么是Netty？
• 三、为什么学习Netty？
• 四、原生NIO存在的问题
• 五、Netty有什么好处
• 六、那些领域用到了Netty
• 七、Netty模型
• ️简单版本
• ️进阶版本
• ️详细版本
• 八、Netty入门案例—TCP服务
• 需求说明
• 效果图
• 核心源码
• 小结

一、BIO、NIO、AIO

学习Netty需要了解BIO、NIO、AIO，具体可参考

Java网络编程IO模型 — BIO、NIO、AIO详解

二、什么是Netty？

官网介绍

Netty is an asynchronous event-driven network application framework
for rapid development of maintainable high performance protocol servers & clients.

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。

Netty 是一个 NIO 客户端服务器框架，可以快速轻松地开发协议服务器和客户端等网络应用程序。它极大地简化和流线了网络编程，例如 TCP 和 UDP 套接字服务器。

“快速和简单”并不意味着生成的应用程序会受到可维护性或性能问题的影响。Netty 是经过精心设计的，它借鉴了许多协议（如 FTP、SMTP、HTTP 以及各种基于二进制和基于文本的遗留协议）的实现经验。因此，Netty 成功地找到了一种方法，可以在不妥协的情况下实现易于开发、性能、稳定性和灵活性。

三、为什么学习Netty？

Netty在NIO的基础上进行了封装，比NIO强大，Netty使用很广泛，用的企业多，所以需要去学习，Netty支持高并发，在高并发的情况下具有良好的吞吐量，是网络通讯的首选框架

四、原生NIO存在的问题

1. NIO的类库和API繁杂，使用麻烦，需要熟练掌握Selector、ServerSocketChannel、SocketChannel、ByteBuffer等
2. 需要具备其他额外技能，要熟悉Java多线程编程，因为NIO编程涉及到Reactor模式，你必须对多线程和网络编程非常熟悉，才能编写出高质量的NIO程序
3. 开发工作量和难度都非常大，例如客户端面临断连重连、网络闪断、半包读写，失败缓存、网络拥塞和异常流的处理等
4. JDK NIO的Bug：例如臭名昭著的 Epoll Bug，它会导致Selector空轮询，最终导致CPU100%，直到JDK1.7版本该问题仍旧存在，没有被根本解决

五、Netty有什么好处

Netty对JDK自带的NIO的API进行了封装，解决了上述问题

• 设计优雅，适用于各种传输类型的统一API阻塞和非阻塞Socket，基于灵活且可扩展的事件模型，可以清晰地分离关注点，高度可定制的线程模型 - 单线程，一个或多个线程池
• 使用方便，详细记录的JavaDoc，用户指南和示例，没有其它依赖项，JDK5（Netty3.x）或6（Netty4.x）就可以
• 安全，完整的SSL/TLS和StartTLS支持
• 社区活跃，不断更新；版本迭代周期短，发现的Bug可以被及时修复，同时，更多的新功能会被加入

1. 更高的吞吐量，更低的延迟
2. 更少的资源消耗
3. 最小化不必要的内存拷贝

Netty模型图

六、那些领域用到了Netty

Netty在互联网领域、大数据分布式计算领域、游戏行业、通信行业等获得了广泛的应用，一些业界著名的开源组件也基于Netty的NIO框架构建 (文章尾有详细介绍)。 2.Netty的特点 高并发 Netty是一款基于NIO（Nonblocking IO，非阻塞 IO）开发的网络通信框架，对比于BIO（Blocking IO，阻塞IO），他的并发性能得到了很大提高 。

七、Netty模型

️简单版本

工作原理示意图-简单版

Netty主要基于主从Reactor多线程模型，做了一定的改进，其中主从Reactor多线程有多个Reactor

对上图说明

• BoosGroup线程维护Selector，只关注Accept
• 当接受到Accept事件，获取到对应的SocketChannel，封装成NIOSocketChannel并注册到Worker线程（事件循环），并进行维护
• 当Worker线程监听到selector 中通道发生自己感兴趣的事件后，就进行处理（就由Handler），注意handler已经加入通道。

️进阶版本

Netty主要基于主从Reactor多线程模型，做了一定的改进，其中主从Reactor多线程模型有多个Reactor

️详细版本

对上图的说明

1. Netty抽象出两组线程池， BossGroup专门负责客户端的连接，WorkerGroup专门负责网络的读写
2. BossGroup和WorkerGroup类型都是NIOEventLoopGroup
3. NIOEventLoopGroup相当于**一个事件循环组，**这个组中有多个事件循环，每一个事件循环是NIOEventLoop
4. 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网络通讯
5. NIOEventLoopGroup 可以有多个线程，即可以含有多个NIOEventLoop
6. 每个Boss NIOEventLoop 循环执行的步骤有3步

• 轮询accept事件
• 处理accept事件，与client建立连接，生成NIoSocketChannel，并将其注册到某个Worker NIOEventLoop 上的selector
• 处理任务队列的任务，即runAllTasks

7.每个Worker NIOEventLoop 循环执行的步骤

• 轮询read，write事件
• 处理i/o事件，在对应的NIOSocketChannel处理
• 处理任务队列的任务，即runAllTasks

8.每个Worker NIoEventLoop 处理业务时，会使用pipeline（管道）pipeline中包含了channel，即通过了pipelien可以获取到对应通道，管道中维护了很多的处理器

八、Netty入门案例 — TCP服务

需求说明

Netty服务器在6666端口监听，客户端发送消息给服务器 “Hello，服务器”

服务器可以回复消息给客户端 “hello 客户端”

效果图

核心源码

NettyServer

服务器，监听6666端口

package com.wanshi.netty.simple;

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;
public class NettyServer {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        // 创建BossGroup 和 WorkerGroup
        //说明
        //1.创建2个线程组，分别是boosGroup和workerGroup
        //2.boosGroup只是处理连接请求，真正的与客户端业务处理，会交给workerGroup完成
        //3.两个都是无限循环
        //4. boosGroup 和 workerGroup 含有的子线程（NioEventLoop）的个数
        // 默认实际 CPU核数*2
        EventLoopGroup boosGroup = new NioEventLoopGroup();
        EventLoopGroup workerGroup = new NioEventLoopGroup();
        try {
            //创建服务器端的启动的对象，配置参数
            ServerBootstrap bootstrap = new ServerBootstrap();
            //使用链式编程来进行设置
            bootstrap.group(boosGroup, workerGroup) // 设置两个线程组
                    .channel(NioServerSocketChannel.class) //使用NioServerSocketChannel作为服务器的通道实现
                    .option(ChannelOption.SO_BACKLOG, 128) // 设置线程队列等待连接个数
                    .childOption(ChannelOption.SO_KEEPALIVE, true) // 设置保持活动连接状态
                    .childHandler(new ChannelInitializer<SocketChannel>() { // 创建一个通道初始化对象（匿名对象）
                        //给pipeline 设置处理器
                        @Override
                        protected void initChannel(SocketChannel socketChannel) 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 scheduleTaskQueue
                            System.out.println("客户 SocketChannel：" + socketChannel.hashCode());
                            socketChannel.pipeline().addLast(new NettyServerHandler());
                        }
                    }); //给我们的workerGroup的某一个EventLoop的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 channelFuture = bootstrap.bind(6668).sync();
            channelFuture.addListener(new ChannelFutureListener() {
                @Override
                public void operationComplete(ChannelFuture future) throws Exception {
                    if (channelFuture.isSuccess()) {
                        System.out.println("监听端口 6668 成功");
                    } else {
                        System.out.println("监听端口 6668 失败");
                    }
                }
            });
            //对关闭通道进行监听
            channelFuture.channel().closeFuture().sync();
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            //优雅关闭
            boosGroup.shutdownGracefully();
            workerGroup.shutdownGracefully();
        }
    }
}

NettyServerHandler

服务器处理器，处理客户端发送的消息并输出到控制台，并向服务端发送消息

package com.wanshi.netty.simple;

import io.netty.buffer.ByteBuf;
import io.netty.buffer.Unpooled;
import io.netty.channel.ChannelHandlerContext;
import io.netty.channel.ChannelInboundHandlerAdapter;
import io.netty.util.CharsetUtil;
import java.util.concurrent.TimeUnit;
/**
 * 自定义一个Handler，需要继承netty规定好的某个HandlerAdapter
 * 这时我们自定义的handler才能称为一个handler
 */
public class NettyServerHandler extends ChannelInboundHandlerAdapter {
    //读取数据事件（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
     * @param ctx
     * @param msg
     * @throws Exception
     */
    @Override
    public void channelRead(ChannelHandlerContext ctx, Object msg) throws Exception {
        System.out.println("server ctx =" + ctx);
        //将 msg 转成一个ByteBuf
//        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：" + ctx.channel().remoteAddress());
        //自定义普通任务队列，将耗时长的任务加入队列，定义到NioEventLoop --> taskQueue
        ctx.channel().eventLoop().execute(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                try {
                    Thread.currentThread().sleep(10 * 1000);
                    ctx.writeAndFlush(Unpooled.copiedBuffer("hello，客户端：喵2~", CharsetUtil.UTF_8));
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        });
                    Thread.currentThread().sleep(20 * 1000);
                    ctx.writeAndFlush(Unpooled.copiedBuffer("hello，客户端：喵3~", CharsetUtil.UTF_8));
        //用户自定义定时任务 --》 该任务是提交到 scheduleQueue中
        ctx.channel().eventLoop().schedule(new Runnable() {
                    Thread.currentThread().sleep(5 * 1000);
                    ctx.writeAndFlush(Unpooled.copiedBuffer("hello，客户端：喵4~", CharsetUtil.UTF_8));
        }, 5, TimeUnit.SECONDS);
        System.out.println("go ~");
    }
     * 数据读取完毕
    public void channelReadComplete(ChannelHandlerContext ctx) throws Exception {
        //writeAndFlush 是 write+flush
        //将数据写入到缓存，并刷新
        //一般讲，需要对发送的数据进行编码
        ctx.writeAndFlush(Unpooled.copiedBuffer("hello，客户端：喵1~", CharsetUtil.UTF_8));
    //处理异常，一般是需要关闭通道
    public void exceptionCaught(ChannelHandlerContext ctx, Throwable cause) throws Exception {
        ctx.close();
}

NettyClient

客户端，用于连接服务器

package com.wanshi.netty.simple;

import io.netty.bootstrap.Bootstrap;
import io.netty.channel.ChannelFuture;
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.NioSocketChannel;
public class NettyClient {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        //客户端需要一个事件循环组
        EventLoopGroup eventExecutors = new NioEventLoopGroup();
        try {
            //创建一个客户端启动对象
            //客户端使用的不是ServerGroup 而是Bootstrap
            Bootstrap bootstrap = new Bootstrap();
            //设置相关参数
            bootstrap.group(eventExecutors) //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>() {
                        @Override
                        protected void initChannel(SocketChannel socketChannel) throws Exception {
                            socketChannel.pipeline().addLast(new NettyClientHandler()); //加入自己的处理器
                        }
                    });
            System.out.println("客户端 is ok...");
            //启动客户端去连接服务器端， netty异步模型ChannelFuture
            ChannelFuture channelFuture = bootstrap.connect("127.0.0.1", 6668).sync();
            //给关闭通道进行监听
            channelFuture.channel().closeFuture().sync();
        } finally {
            //优雅关闭线程池
            eventExecutors.shutdownGracefully();
        }
    }
}

NettyClientHandler

客户端处理器，处理服务器发送的消息输出到控制台，并向服务器发送消息

package com.wanshi.netty.simple;

import io.netty.buffer.ByteBuf;
import io.netty.buffer.Unpooled;
import io.netty.channel.ChannelHandlerContext;
import io.netty.channel.ChannelInboundHandlerAdapter;
import io.netty.util.CharsetUtil;
public class NettyClientHandler extends ChannelInboundHandlerAdapter {
    /**
     * 当通道就绪就会触发该方法
     * @param ctx
     * @throws Exception
     */
    @Override
    public void channelActive(ChannelHandlerContext ctx) throws Exception {
        System.out.println("client " + ctx);
        ctx.writeAndFlush(Unpooled.copiedBuffer("hello，服务端Server：喵~", CharsetUtil.UTF_8));
    }
     * 当通道有读取事件时，会触发
     * @param msg
    public void channelRead(ChannelHandlerContext ctx, Object msg) throws Exception {
        //将msg转成buf
        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());
	// 当通道发生异常时执行此方法
    public void exceptionCaught(ChannelHandlerContext ctx, Throwable cause) throws Exception {
        cause.printStackTrace();
        ctx.close();
}

小结

以上就是【Bug 终结者】对Netty入门简单的理解，小编认为Java中支持三种网络编程IO模型，BIO、NIO、AIO，Netty对NIO又做了一层封装，本文我们已大致了解Netty到底是什么，Netty入门案例还需多敲，多练，方可掌握，通过本文能加固你对Netty的理解

到此这篇关于Netty实战入门教程之 什么是Netty的文章就介绍到这了,更多相关Netty入门内容请搜索我们以前的文章或继续浏览下面的相关文章希望大家以后多多支持我们！