Netty核心组件分析

1.Bootstrap和ServerBootstrap

Bootstrap 即引导，一个 Netty 程序通常由 Bootstrap 开始去配置整个 Netty 程序，串联各个组件，Bootstrap是客户端程序的启动引导类，ServerBootstrap是服务端启动引导类

• 常用方法：

方法名称	方法介绍
public ServerBootstrap group(EventLoopGroup parentGroup, EventLoopGroup childGroup)	该方法用于服务器端，用来设置两个EventLoop
public B group(EventLoopGroup group)	该方法用于客户端，用来设置一个EventLoop
public B channel(Class<? extends C> channelClass)	该方法用来设置一个服务器端的通道实现
public B option(ChannelOption option, T value)	用来给 ServerChannel 添加配置
public ServerBootstrap childOption(ChannelOption childOption, T value)	用来给接收到的通道添加配置
public ServerBootstrap childHandler(ChannelHandler childHandler)	该方法用来设置业务处理类（自定义的 handler）
public ChannelFuture bind(int inetPort)	该方法用于服务器端，用来设置占用的端口号
public ChannelFuture connect(String inetHost, int inetPort)	该方法用于客户端，用来连接服务器

2.EventLoopGroup和其实现类NioEventLoopGroup

EventLoop为一个时间循环，抽象概念上即可以不断循环去处理任务的线程，为了更好的利用多核CPU资源，一般会把多个EventLoop作为一组EventLoopGroup。
在Netty编程中，服务端一般需要两个EventLoopGroup，BossGroup和WorkerGroup，一个用来轮询监听，一个用来轮询处理读写事件，而客户端一般只需要一个处理读写事件的就好。

在debug可以看到NioEventLoopGroup通过EventExecutor[ ]数组去管理每个为NioEventLoop类型的子线程，并且每个NioEventLoop类型的子线程依然包含很多自己的信息，其中包含属于自己的selector实例，EventLoopGroup 提供 next 接口，可以从组里面按照一定规则获取其中一个 EventLoop来处理任务，每个 EventLoop维护着一个 Selector 实例

通常一个服务端口即一个 ServerSocketChannel对应一个Selector 和一个EventLoop线程。BossEventLoop 负责接收客户端的连接并将 SocketChannel 交给 WorkerEventLoopGroup 来进行 IO 处理，如下图所示

3.Channel

channel即通道，网络通信组件中大多都含有这个概念，我个人是把它理解为连接在客户端与服务端的一条抽象的通道，

• 常用的 Channel 类型：

名称	介绍
NioSocketChannel	异步的客户端 TCP Socket 连接。
NioServerSocketChannel	异步的服务器端 TCP Socket 连接
NioDatagramChannel	异步的 UDP 连接。
NioSctpChannel	异步的客户端 Sctp 连接。
NioSctpServerChannel	异步的 Sctp 服务器端连接，这些通道涵盖了 UDP 和 TCP 网络 IO 以及文件 IO。

4.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。但是可以过一会等它执行完成或者直接注册一个监听，具体的实现就是通过 Future 和 ChannelFutures，他们可以注册一个监听，当操作执行成功或失败时监听会自动触发注册的监听事件

• 常见的方法有：

方法名	方法介绍
Channel channel()	返回当前正在进行 IO 操作的通道
ChannelFuture sync()	等待异步操作执行完毕，相当于将阻塞在当前。

5.Selector

• Netty 基于 Selector 对象实现 I/O 多路复用，通过 Selector 一个线程可以监听多个连接的 Channel 事件。
• 当向一个 Selector 中注册 Channel 后，Selector 内部的机制就可以自动不断地查询(Select) 这些注册的Channel 是否有已就绪的 I/O 事件（例如可读，可写，网络连接完成等），这样程序就可以很简单地使用一个线程高效地管理多个Channel
• 同时，Netty中对selector中的selectedKey集合进行了替换，它替换成了一个它自己实现的一个set集合，这样效率更高。

6.ChannelHandler及其实现类

ChannelHandler 是一个接口，处理 I/O 事件或拦截 I/O 操作，并将其转发到其 ChannelPipeline(业务处理链)中的下一个处理程序。
ChannelHandler 本身并没有提供很多方法，因为这个接口有许多的方法需要实现，方便使用期间，可以继承它的子类
我们经常需要自定义一个 Handler 类去继承 ChannelInboundHandlerAdapter，或更方便的SimpleChannelInboundHandler然后通过重写相应方法实现业务逻辑

public class ChannelInboundHandlerAdapter extends ChannelHandlerAdapter implements ChannelInboundHandler {

    //通道注册事件
    @Skip
    @Override
    public void channelRegistered(ChannelHandlerContext ctx) throws Exception {
        ctx.fireChannelRegistered();
    }

    //通道取消注册事件
    @Skip
    @Override
    public void channelUnregistered(ChannelHandlerContext ctx) throws Exception {
        ctx.fireChannelUnregistered();
    }

    //通道就绪事件
    @Skip
    @Override
    public void channelActive(ChannelHandlerContext ctx) throws Exception {
        ctx.fireChannelActive();
    }

    /**
     * Calls {@link ChannelHandlerContext#fireChannelInactive()} to forward
     * to the next {@link ChannelInboundHandler} in the {@link ChannelPipeline}.
     *
     * Sub-classes may override this method to change behavior.
     */
    @Skip
    @Override
    public void channelInactive(ChannelHandlerContext ctx) throws Exception {
        ctx.fireChannelInactive();
    }

    //通道读取数据事件
    @Skip
    @Override
    public void channelRead(ChannelHandlerContext ctx, Object msg) throws Exception {
        ctx.fireChannelRead(msg);
    }

    //通道数据读取完毕事件
    @Skip
    @Override
    public void channelReadComplete(ChannelHandlerContext ctx) throws Exception {
        ctx.fireChannelReadComplete();
    }

    /**
     * Calls {@link ChannelHandlerContext#fireUserEventTriggered(Object)} to forward
     * to the next {@link ChannelInboundHandler} in the {@link ChannelPipeline}.
     *
     * Sub-classes may override this method to change behavior.
     */
    @Skip
    @Override
    public void userEventTriggered(ChannelHandlerContext ctx, Object evt) throws Exception {
        ctx.fireUserEventTriggered(evt);
    }

    /**
     * Calls {@link ChannelHandlerContext#fireChannelWritabilityChanged()} to forward
     * to the next {@link ChannelInboundHandler} in the {@link ChannelPipeline}.
     *
     * Sub-classes may override this method to change behavior.
     */
    @Skip
    @Override
    public void channelWritabilityChanged(ChannelHandlerContext ctx) throws Exception {
        ctx.fireChannelWritabilityChanged();
    }

    //通道发生异常事件
    @Skip
    @Override
    @SuppressWarnings("deprecation")
    public void exceptionCaught(ChannelHandlerContext ctx, Throwable cause)
            throws Exception {
        ctx.fireExceptionCaught(cause);
    }
}

ChannelInboundHandler 用于处理入站 I/O 事件。
ChannelOutboundHandler 用于处理出站 I/O 操作。
适配器：
ChannelInboundHandlerAdapter 用于处理入站 I/O 事件。
ChannelOutboundHandlerAdapter 用于处理出站 I/O 操作。
ChannelDuplexHandler 用于处理入站和出站事件。

7.Pipeline和ChannelPipeline

ChannelPipeline是一个 Handler 的集合，本质上是一个双向链表，它负责处理和拦截 inbound 或者 outbound 的事件和操作，入站操作主要是指读取数据的操作；而出站操作主要是指写入数据的操作
在 Netty 中每个 Channel 都有且仅有一个 ChannelPipeline 与之对应，它们的组成关系如下：

一个 Channel 包含了一个 ChannelPipeline，而 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

入站事件和出站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 往前传递到最前一个出站的 handler，两种类型的 handler 互不干扰

8.Selector

Netty 基于 Selector 对象实现 I/O 多路复用，通过 Selector 一个线程可以监听多个连接的 Channel 事件。
当向一个 Selector 中注册 Channel 后，Selector 内部的机制就可以自动不断地查询 (Select) 这些注册的 Channel 是否有已就绪的 I/O 事件（例如可读，可写，网络连接 完成等），这样程序就可以很简单地使用一个线程高效地管理多个 Channel

9.ChannelHandlerContext

• 保存 Channel 相关的所有上下文信息，同时关联一个 ChannelHandler 对象
• 即ChannelHandlerContext 中包含一 个具体的事件处理器ChannelHandler ，同时ChannelHandlerContext 中也绑定了对应的 pipeline 和 Channel 的信息，便对ChannelHandler进行调用

常用方法：

• ChannelFuture close()，关闭通道
• ChannelOutboundInvoker flush()，刷新
• ChannelFuture writeAndFlush(Object msg) ， 将 数 据 写 到 ChannelPipeline中当前ChannelHandler 的下一个 ChannelHandler 开始处理（出站）

10.ChannelOption

Netty 在创建 Channel 实例后,一般都需要设置 ChannelOption 参数。
ChannelOption 参数如下:

1.ChannelOption.SO_BACKLOG :
对应 TCP/IP 协议 listen 函数中的 backlog 参数，用来初始化服务器可连接队列大小。服务端处理客户端连接请求是顺序处理的，所以同一时间只能处理一个客户端连接。多个客户 端来的时候，服务端将不能处理的客户端连接请求放在队列中等待处理，backlog 参数指定了队列的大小。
2.ChannelOption.SO_KEEPALIVE :
一直保持连接活动状态

11.Unpooled类

Netty 提供一个专门用来操作缓冲区(即Netty的数据容器)的工具类

常用方法如下所示

public static ByteBuf copiedBuffer(CharSequence string, Charset charset)
通过给定的数据和字符编码返回一个 ByteBuf 对象（类似于 NIO 中的 ByteBuffer 但有区别）

举例说明Unpooled 获取 Netty的数据容器ByteBuf 的基本使用

代码示例-1

体会以上三个属性值

public class ByteBuf01 {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建一个 byteBuf
        /*
            说明
            1. 创建一个对象，该对象包含一个数组，是一个 byte[10]
            2. Netty 的 Buf 存取数据，不需要像 NIO 一样使用 Filp 切换
                Netty 底层维护了一个 ReaderIndex（下一个读的位置） 和 WriterIndex（下一个写的位置）
         */
        ByteBuf buffer = Unpooled.buffer(10);
        // 向 buf 存数据
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            buffer.writeByte(i);
        }
        System.out.println("写完数据后 {ReaderIndex: "+buffer.readerIndex()+", WriterIndex: "+buffer.writerIndex()+"}");
        System.out.println("buf 的长度 - capacity ："+ buffer.capacity());
        // 输出
        for (int i = 0; i < buffer.capacity(); i++) {
            // 读数据的方式-1 ：直接 get 第几个 byte
            //System.out.println(buffer.getByte(i));
            // 读数据的方式-2 ：通过移动 ReaderIndex 遍历
            System.out.print(buffer.readByte() + "  ");
        }
        System.out.println();
        System.out.println("读完数据后 {ReaderIndex: "+buffer.readerIndex()+", WriterIndex: "+buffer.writerIndex()+"}");
    }
}

代码示例-2

Netty - Buf 的常用 API

public class ByteBuf02 {
    public static void main(String[] args) {
        // 用其他方式创建 Buf ,参数 ：（存入 Buf 的文本 ， 字符编码）
        ByteBuf byteBuf = Unpooled.copiedBuffer("【呵呵】：Hello,Buf", CharsetUtil.UTF_8);
        // 使用相关的 API
        if (byteBuf.hasArray()){ // 如果有内容
            // 获得 buf 中的数据
            byte[] bytes = byteBuf.array();
            // 转成 String 输出
            System.out.println(new String(bytes, CharsetUtil.UTF_8));
            // 查看 ByteBuf 中真正存的是什么
            System.out.println("ByteBuf : "+ byteBuf);
            // 数组的偏移量
            System.out.println("偏移量 ："+ byteBuf.arrayOffset());
            System.out.println("WriterIndex: "+byteBuf.writerIndex());
            byteBuf.getByte(0);
            System.out.println("getByte 后 ：ReaderIndex: "+byteBuf.readerIndex()+"，可读取的字节数 ：" + byteBuf.readableBytes());
            byteBuf.readByte();
            System.out.println("readByte 后 ：ReaderIndex: "+byteBuf.readerIndex()+"，可读取的字节数 ：" + byteBuf.readableBytes());
            // 读取某一段,参数：(起点，终点，字符集编码)
            System.out.println(byteBuf.getCharSequence(9, 24, CharsetUtil.UTF_8));
        }
    }
}