Java Netty：核心模块（二）

Netty 核心模块：Bootstrap、ServerBootstrap、Future、ChannelFuture、Channel、ChannelHandler、Pipeline、ChannelPipeline、ChannelHandlerContext、ChannelOption、EventLoopGroup、NioEventLoopGroup、Unpooled

Bootstrap、ServerBootstrap

• 主要作用就是配置整个 Netty 程序，串联各个组件
• Bootstrap 是客户端程序的启动类
• ServerBootstrap 是服务端启动引导类
• 常用方法
  • group(bossGroup, workerGroup)：用于服务端，设置两个 EventLoop，客户端设置 EventLoopGroup
  • channel：设置服务端的通道实现
  • option：给 ServerChannel 添加配置
  • childOption：接收到到通道添加配置
  • childHandler：设置业务处理类，自定义 handler
  • bind：绑定端口号
  • connect：用于客户端连接服务器

Future、ChannelFuture

• Netty 中所有的 IO 操作都是异步的，不能立刻得知消息是否被正确处理，可以通过 Future 和 ChannelFuture 注册监听
• 常用方法
  • channel：返回正在进行 IO 操作的通道
  • sync：等待异步操作执行完毕

Channel

• Netty 网络通信的组件，执行网络 IO 操作
• 通过 Channel 可以获取当前网络连接通道的状态
• 通过 Channel 可以获得网络连接的配置参数
• Channel 提供异步的网络 IO 操作（连接、读写、绑定端口），异步任何 IO 调用都将立即返回，但是不保证操作完成
• 会立即返回一个 ChannelFuture 实例，可以监听 IO 操作
• 支持关联 IO 操作与对应的处理程序
• 不同协议、不同阻塞类型都有不同的 Channel 类型
  • NioSocketChannel：异步客户端 TCP Socket 连接
  • NioServerSocketChannel：异步服务端 TCO Socket 连接
  • NioDatagramChannel：异步 UDP 连接
  • NioSctpChannel： 异步客户端 Sctp 连接
  • NioSctpServerChannel：异步服务端 Sctp 连接

Selector

• Netty 基于 Selector 对象实现 IO 多路复用，一个线程可以监听多个连接 Channel 事件
• 向一个 Selector 注册 Channel 后，就可以不断查询是否有就绪的 IO 事件，可以简单高效的管理多个 Channel
  ChannelHandler
• 是一个接口，处理 IO 事件或者拦截 IO 操作，并转发到 ChannelPipeline 中的下一个处理程序
• 并没有很多方法，可以继承子类使用

Pipeline、ChannelPipeline

• ChannelPipeline 是一个 Handler 的集合，负责处理和拦截 inbound 或者 outbound 的事件和操作，相当于贯穿 Netty 的链
• ChannelPipeline 实现了一种高级形式的拦截过滤器模式，使用户可以完全控制事件的处理方式，以及 Channel 中各个的 ChannelHandler 如何相互交互
• 每个 Channel 有且只有一个 ChannelPipeline 与之对应
  • ChannelPipeline 中又维护了一个由 ChannelHandlerContext 组成的双向链表，并且每个 ChannelHandlerContext 中又关联着一个 ChannelHandler
  • 入站事件和出战事件在一个双向链表中，入站事件会从链表 head 往后传递到最后一个入站的 handler，出站事件会从链表 tail 往前传递到最新一个出站的 handler，两种类型的 handler 互不干扰
• 常用方法
  • addFirst：把 handler 添加到链中第一个位置
  • addLast：把 handler 添加到链中最后一个位置

ChannelHandlerContext

• 保存 Channel 所有上下文信息，同时关联一个 ChannelHandler 对象，包含一个具体到事件处理器 ChannelHandler
• 绑定对应到 pipeline 和 Channel 信息，方便 ChannelHandler 调用
• 常用方法
  • close：关闭通道
  • flush：刷新
  • writeAndFlush：将数据写到 ChannelPipeline 中当前 ChannelHandler 的下一个 ChannelHandler 开始处理

ChannelOption

• Netty 创建 Channel 实例后，一般需要设置 Option 参数
• 参数
  • SO_BACKLOG：backlog 参数，初始化服务器可连接队列大小
  • SO_KEEPALIVE：保持连接活动状态
    EventLoopGroup、NioEventLoopGroup
• EventLoopGroup 是一组 EventLoop 的抽象，更好利用 CPU 资源一般会有多个 EventLoop 同时工作，每个 EventLoop 维护着一个 Selector 实例
• EventLoopGroup 提供 next 接口，可以按照规则取其中一个 EventLoop 处理任务，服务器端一般需要提供两个（Boss、Worker）
  • BossEventLoopGroup 通常是一个单线程的 EventLoop，维护着一个注册了 ServerSocketChannel 的 Selector 实例，不断轮询将连接事件分离出来
  • 通常是 OP_ACCEPT 事件，将接收到的 SocketChannel 交给 WorkerEventLoopGroup，由 next 选择其中一个 EventLoopGroup 来注册并处理后续事件
• 通常一个服务端口即一个 ServerSocketChannel 对应一个 Selector 和一个 EventLoop 线程
• 常用方法
  • NioEventLoopGroup：构造方法
  • shutdownGracefully：断开连接

Unpooled

• Netty 提供的一个专门用来操作缓冲区的工具类
• 常用方法
  • copiedBuffer：给定的数据和字符编码返回一个 ByteBuf 对象（类似 ByteBuffer）

编码解码

• 基本介绍
  • 数据在网络中传输的都是二进制字节码数据，发送时就需要编码，接收时就需要解码
  • codec（编解码器）组成分两个：decoder（解码器）和 encoder（编码器）
• 存在问题
  • 无法跨语言、序列化后体积太大（二进制编码 5 倍多）、序列化性能太低
• Protobuf（Google Protocol Buffers）
  • 基本介绍
    • 是一种轻便高效的结构化数据存储格式，可以用于结构化数据串行化或序列化
    • 适合做数据存储或 RPC 数据交换格式
    • Protobuf 是以 message 的方式来管理数据的，支持跨平台、跨语言、高性能、高可靠性
    • protobuf 能自动生成代码

入站出站

• 基本说明
  • Netty 主要组件：Channel、EventLoop、ChannelFuture、ChannelHandler、ChannelPipe 等
  • ChannelHandler 充当处理入站和出站数据的容器
  • ChannelPipeline 提供了 ChannelHandler 链的容器
    • 客户端到服务端的方向是出站，反之入站
• 编码解码器
  • 入站消息会被解码，出站消息会被编码
  • 结论
    • 不论解码器 handler 还是编码器 handler，接收的消息类型必须和处理的类型一致，否则不会执行
    • 解码器解码时，需要判断缓存区数据是否足够，否则收到的结果可能不一致
  • ReplayingDecoder 解码器
    • 继承 ByteTOMessageDecoder，扩展类这个类，不必调用 readableBytes() 方法
    • 局限性
      • 不是所有的 ByteBuf 都支持
      • 格式复杂等情况下还会比 ByteToMessageDecoder 慢，消息会被拆分成多个碎片，速度变慢
  • 其他解码器
    • LineBaseFrameDecoder：使用行尾控制字符作为分隔符来解析数据
    • DelimiterBasedFrameDecoder：自定义特殊符号作为消息分隔符
    • HttpObjectDecoder：HTTP 数据解码器
    • LengthFieldBasedFrameDecoder：指定长度来标示整包信息，自定处理粘包和半包消息
    • …