重学Netty（三）——Netty的概念及其简单的Echo服务器编写

于 2020-04-13 16:29:37 发布
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文章标签： 网络 java netty
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本文深入解析Netty框架，介绍其异步事件驱动特性，适用于高效网络应用开发。涵盖设计原则、使用优势及核心组件，包括Channel、Buffer、Future、ChannelHandler、EventLoop等，展示其实现非阻塞网络通信的强大能力。

摘要生成于 C知道 ，由 DeepSeek-R1 满血版支持， 前往体验 >

Netty简介

刚开始学习一门技术的时候，不要先去看那些博客和视频，应该先去官网上通读一遍，然后有什么看不懂的再去找其他途径。下图为官网截图
在这里插入图片描述
据官网描述，Netty是一个异步的事件驱动型的网络应用框架，可以用来快速的开发高性能且可维护协议的服务器和客户端。
也可以从官网中看到它的特点：在这里插入图片描述

  1. 从设计方面来看：不仅可以实现非阻塞，当然也可以实现阻塞socket通信，还有灵活可扩展的事件模型，还可以自定义线程模型等等
  2. 从使用方面来看：良好的Javadoc有使用案例，不需要一些额外的依赖
  3. 从性能方面来看：更高的吞吐量，更低的延迟，尽量减少内存拷贝，更小的资源消耗等
  4. 从安全方面来看：完整的SSL / TLS和StartTLS支持
  5. 从社区方面来看：社区比较活跃经常发布新版本，当然使用的地方也很多，因此常见问题会有相对成熟的解决方案

接下来可以再看一下它可以用来干什么，它的核心就是基于缓冲区零拷贝，通用的一些APO还有一些可扩展的事件模型。它不仅支持Socket，Datagram还支持Http Tunnel和Pipe数据传输服务，还有支持HTTP，SSL等常见的协议

在这里插入图片描述
可以看出来Netty是一个十分强大的网络框架！

从定义分析核心

Netty的定义就是说的是一个异步的事件驱动型网络框架，基于非阻塞的基础上开发的，因此我们就可以根据定义来推组件

  1. 非阻塞的：那就需要在Channel和Buffer的基础上
  2. 异步的：说明需要Future和方法的回调
  3. 事件驱动：需要事件和ChannelHandler（在Channel中对事件的处理）
  4. 事件分发机制：EventLoop

Channel和Buffer

Channel和Buffer已经很熟悉了，在nio中是必要的组件，Channel可以看做是一个数据传输的载体，但是需要注意的是数据并不是放在Channel里，而是Buffer里。

方法回调和Future

方法回调

用通俗的话来说，它还是一个方法调用，只不过这个方法调用不同于普通的方法调用，比如A方法调用了B方法，在B执行时某条件触发，A方法又会调用C方法。

在前面的网络程序设计中，对Server端的连接处理中，可以设置一个回调方法，如果isConnec()就打印一句话，当请求连接的时候这个回调方法就会打印出一句话，可以看做是自定义一个监听器，然后并在特定情况下进行处理。这个在ChannelHandler中会经常使用。

Future

Future学Java的都很熟悉了，它位于java.util.concurrent包下，它提供了一种可以在一种操作完成后对应用进行通知，可以从接口中的方法看出，很明显是对异步的一个支持，可以对任务进行取消，可以判断异步任务是否完成，可以去获取异步任务的执行结果。


public interface Future<V> {

    boolean cancel(boolean mayInterruptIfRunning);

    boolean isCancelled();
    
    boolean isDone();
    
    V get() throws InterruptedException, ExecutionException;

    V get(long timeout, TimeUnit unit)
        throws InterruptedException, ExecutionException, TimeoutException;
}

在Netty中并没有直接使用Future方法，而是对Future进行了扩展，因为Java中的Future只能手动进行检查是否完成，因此Netty提供了自己实现的ChannelFuture。因为如果有了监听器就不需要手动进行检查，可以由监听器判断和执行相应的回调。

public interface ChannelFuture extends Future<Void> {
    Channel channel();

    ChannelFuture addListener(GenericFutureListener<? extends Future<? super Void>> var1);

    ChannelFuture addListeners(GenericFutureListener<? extends Future<? super Void>>... var1);

    ChannelFuture removeListener(GenericFutureListener<? extends Future<? super Void>> var1);

    ChannelFuture removeListeners(GenericFutureListener<? extends Future<? super Void>>... var1);

    ChannelFuture sync() throws InterruptedException;

    ChannelFuture syncUninterruptibly();

    ChannelFuture await() throws InterruptedException;

    ChannelFuture awaitUninterruptibly();

    boolean isVoid();
}

事件和ChannelHandler

事件

对于事件，经过前面的NIO学习应该也不陌生了，因此可以将前面的一起串联起来，事件是什么？事件就是触发监听器的条件，触发后从而执行相应的回调逻辑，怎么控制回调逻辑？那就需要ChannelHandler来进行处理了。
因为Channel是一个双向通信的一个通道，因此它的事件也大致是基于请求/数据的进站/出站顺序而来的，比如以下这些事件

  • 连接请求状态
  • 连接的打开和断开
  • 数据从Socket读取和写入Socket
  • 用户自定义事件
  • 错误处理事件

这些可以算得上是事件，当然事件还都是人定义的。

ChannelHandler

上面说到了事件，那么对事件的处理就得交给ChannelHandler了，每一个事件都要有相对于的一个ChannelHandler进行事件处理，一个数据的发送或者接收往往是触发了很多的事件，因此ChannelHandler会连成一条责任链，每个ChannelHandler只负责自己的事件，如下图所示
在这里插入图片描述
在Netty中也有很多封装好的ChannelHandler供开发人员使用，避免重复造轮子，提高开发效率。

EventLoop和EventLoopGroup

在NIO编程中需要将事件注册到Selector上去，然后手动的根据情况分派任务，而Netty将Selector这写操作抽象了出来，不需要手动的进行分配。它内部会为每一个Channel都绑定一个EventLoop，用来事件处理，并在检测到感兴趣的事件后将事件自动分派给ChannelHandler进行处理。

EventLoop它是EventLoopGroup的子接口，因此它继承了很多父接口的方法，如父类的注册方法等（由它的注册方法也可以看出一个EventLoop对应一个Channel，因为入参只能有一个Channel）

public interface EventLoop extends OrderedEventExecutor, EventLoopGroup {
    @Override
    EventLoopGroup parent();
}

在这里插入图片描述

Echo服务器编写

服务端

package Netty.SimpleExample;
/*
 * @Author  Wrial
 * @Date Created in 14:54 2020/4/13
 * @Description
 */

import io.netty.bootstrap.ServerBootstrap;
import io.netty.channel.Channel;
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.nio.NioServerSocketChannel;

public class EchoServer {
    public static void main(String[] args) {
        new EchoServer(8090).service();
    }

    private final ServerHandler serverHandler;
    private final EventLoopGroup eventLoopGroup;
    private final ServerBootstrap bootstrap;
    private final int port;

    public EchoServer(int port) {
        this.port = port;
        serverHandler = new ServerHandler();
        eventLoopGroup = new NioEventLoopGroup();
        bootstrap = new ServerBootstrap();
    }

    public void service() {

        try {
            bootstrap.group(eventLoopGroup)
                    .channel(NioServerSocketChannel.class)
                    .localAddress(port).childHandler(new ChannelInitializer<Channel>() {
                @Override
                protected void initChannel(Channel ch) throws Exception {
                    ch.pipeline().addLast(serverHandler);
                }
            });

            ChannelFuture channelFuture = bootstrap.bind().sync();
            channelFuture.channel().closeFuture().sync();
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            try {
                eventLoopGroup.shutdownGracefully().sync();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }

    }
}



package Netty.SimpleExample;
/*
 * @Author  Wrial
 * @Date Created in 14:56 2020/4/13
 * @Description 简单的处理器  因为Echo只需要对入站的消息进行处理
 * 因此就可以使用一个简单的ChannelInboundHandlerAdapter进行处理
 */

import io.netty.buffer.ByteBuf;
import io.netty.buffer.Unpooled;
import io.netty.channel.ChannelFutureListener;
import io.netty.channel.ChannelHandler;
import io.netty.channel.ChannelHandlerContext;
import io.netty.channel.ChannelInboundHandlerAdapter;
import io.netty.util.CharsetUtil;

@ChannelHandler.Sharable  // 可以对此实例进行复用
public class ServerHandler extends ChannelInboundHandlerAdapter {
    @Override
    public boolean isSharable() {
        return super.isSharable();
    }

    @Override
    public void channelRead(ChannelHandlerContext ctx, Object msg) throws Exception {
        ByteBuf byteBuf = (ByteBuf) msg;
        System.out.println("接收到" +byteBuf.toString(CharsetUtil.UTF_8));
        ctx.write(byteBuf);
    }

    @Override
    public void channelReadComplete(ChannelHandlerContext ctx) throws Exception {
        System.out.println("读完数据了，write and flush 并关闭Channel");
        ctx.writeAndFlush(Unpooled.EMPTY_BUFFER)
                .addListener(ChannelFutureListener.CLOSE);

    }

    @Override
    public void exceptionCaught(ChannelHandlerContext ctx, Throwable cause) throws Exception {
        cause.printStackTrace();
        ctx.channel();
    }
}

客户端

package Netty.SimpleExample;
/*
 * @Author  Wrial
 * @Date Created in 14:54 2020/4/13
 * @Description
 */

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 EchoClient {
    private final String host;
    private final int port;
    private final SocketChannel socketChannel;
    private final EventLoopGroup group;
    private final Bootstrap bootstrap;
    private final ClientHandler clientHandler;

    public EchoClient(String host, int port) {
        this.host = host;
        this.port = port;
        socketChannel = new NioSocketChannel();
        group = new NioEventLoopGroup();
        clientHandler = new ClientHandler();
        bootstrap = new Bootstrap();
    }

    private void start() {
        try {
            bootstrap.group(group)
                    .channel(NioSocketChannel.class)
                    .remoteAddress(host,port).handler(new ChannelInitializer<SocketChannel>() {
                @Override
                protected void initChannel(SocketChannel ch) throws Exception {
                    ch.pipeline().addLast(clientHandler);
                }
            });
            ChannelFuture future = bootstrap.connect().sync();
            future.channel().closeFuture().sync();
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            try {
                group.shutdownGracefully().sync();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }

    }

    public static void main(String[] args) throws Exception {

        new EchoClient("127.0.0.1", 8090).start();
    }


}


package Netty.SimpleExample;
/*
 * @Author  Wrial
 * @Date Created in 15:50 2020/4/13
 * @Description 此处使用SimpleChannelInboundHandler是根据资源分配角度来设定的
 */

import io.netty.buffer.ByteBuf;
import io.netty.buffer.Unpooled;
import io.netty.channel.*;
import io.netty.util.CharsetUtil;


@ChannelHandler.Sharable
public class ClientHandler extends SimpleChannelInboundHandler<ByteBuf> {

    // 活跃的时候发一条消息
    @Override
    public void channelActive(ChannelHandlerContext ctx) throws Exception {
        System.out.println("发给服务端 Netty Client");
        ctx.writeAndFlush(Unpooled.copiedBuffer("Netty Client ", CharsetUtil.UTF_8));
        super.channelActive(ctx);
    }

    @Override
    public void exceptionCaught(ChannelHandlerContext ctx, Throwable cause) throws Exception {
        cause.printStackTrace();
        ctx.close();
    }

    @Override
    protected void channelRead0(ChannelHandlerContext ctx, ByteBuf byteBuf) throws Exception {
        System.out.println("接收到服务端的响应："+byteBuf.toString(CharsetUtil.UTF_8));
    }
}

运行结果如下：
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述

可以看得出Netty编写一个非阻塞的Echo服务器和客户端是十分简单的，这几行代码如果用NIO实现的话是需要上百行代码的！

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