Java網路程式設計--Netty入門
Netty簡介
Netty是一個高效能,高可擴充套件性的非同步事件驅動的網路應用程式框架,它極大的簡化了TCP和UDP客戶端和伺服器端網路開發。它是一個NIO框架,對Java NIO進行了良好的封裝。作為一個非同步NIO框架,Netty的所有IO操作都是非同步非阻塞的,通過Future-Listener機制,使用者可以方便的主動獲取或者通過通知機制獲得IO操作結果。
Netty的特性
- 統一的API,適用於不同的協議
- 基於靈活、可擴充套件的事件驅動模型
- 高度可定製的執行緒模型
- 更好的吞吐量,低延遲
- 更省資源,儘量減少不必要的記憶體拷貝
- 完整的SSL/TLS和STARTTLS的支援
- 能在Applet與Android的限制環境執行良好
- 不再因過快、過慢或超負載連線導致OutOfMemoryError
- 不再有在高速網路環境下NIO讀寫頻率不一致的問題
Netty核心內容
Netty中最核心的內容主要有以下四個方面:
- Reactor執行緒模型:一種高效能的多執行緒程式設計思路
- Netty中自己定義的Channel概念:增強版的通道概念
- ChannelPipeline職責鏈設計模式:事件處理機制
- 記憶體管理:增強的ByteBuf緩衝區
Netty整體結構圖
Netty核心元件
EventLoop:EventLoop維護了一個執行緒和任務佇列,支援非同步提交執行任務。EventLoop自身實現了Executor介面,當呼叫executor方法提交任務時,則判斷是否啟動,未啟動則呼叫內建的executor建立新執行緒來觸發run方法執行,其大致流程參考Netty原始碼SingleThreadEventExecutor如下:
EventLoopGroup: EventLoopGroup主要是管理eventLoop的生命週期,可以將其看作是一個執行緒池,其內部維護了一組EventLoop,每個eventLoop對應處理多個Channel,而一個Channel只能對應一個EventLoop
Bootstrap:BootStrap 是客戶端的引導類,主要用於客戶端連線遠端主機,有1個EventLoopGroup。Bootstrap 在呼叫 bind()(連線UDP)和 connect()(連線TCP)方法時,會新建立一個單獨的、沒有父 Channel 的 Channel 來實現所有的網路交換。
ServerBootstrap
Channel:Netty中的Channel是一個抽象的概念,可以理解為對Java NIO Channel的增強和擴充套件,增加了許多新的屬性和方法,如bing方法等。
ChannelFuture:ChannelFuture能夠註冊一個或者多個ChannelFutureListener 例項,當操作完成時,不管成功還是失敗,均會被通知。ChannelFuture儲存了之後執行的操作的結果並且無法預測操作何時被執行,提交至Channel的操作按照被喚醒的順序被執行。
ChannelHandler:ChannelHandler用來處理業務邏輯,分別有入站和出站的實現。
ChannelPipeline: ChannelPipeline 提供了 ChannelHandler鏈的容器,並定義了用於在該鏈上傳播入站和出站事件流的API。
Netty執行緒模型
Netty的執行緒模型是基於Reactor模式的執行緒實現。關於Reactor模式可以參考 [Reactor模式](2.1.3 Reactor模式.md) ,Netty中依據使用者的配置可以支援單執行緒的Reactor模型,多執行緒的Reactor模型以及主從多Reactor的模型。在Netty中其大致流程如下如下:
Netty入門程式碼示例
服務端程式碼示例:
import io.netty.bootstrap.ServerBootstrap;
import io.netty.buffer.ByteBuf;
import io.netty.buffer.Unpooled;
import io.netty.channel.*;
import io.netty.channel.nio.NioEventLoopGroup;
import io.netty.channel.socket.SocketChannel;
import io.netty.channel.socket.nio.NioServerSocketChannel;
import io.netty.handler.logging.LogLevel;
import io.netty.handler.logging.LoggingHandler;
import java.nio.charset.Charset;
public class EchoServer {
public static void main(String[] args) {
// accept執行緒組,用來接受連線
EventLoopGroup bossGroup = new NioEventLoopGroup(1);
// I/O執行緒組, 用於處理業務邏輯
EventLoopGroup workerGroup = new NioEventLoopGroup(1);
try {
// 服務端啟動引導
ServerBootstrap b = new ServerBootstrap();
b.group(bossGroup, workerGroup) // 繫結兩個執行緒組
.channel(NioServerSocketChannel.class) // 指定通道型別
.option(ChannelOption.SO_BACKLOG, 100) // 設定TCP連線的緩衝區
.handler(new LoggingHandler(LogLevel.INFO)) // 設定日誌級別
.childHandler(
new ChannelInitializer<SocketChannel>() {
@Override
protected void initChannel(SocketChannel socketChannel) throws Exception {
ChannelPipeline pipeline = socketChannel.pipeline(); // 獲取處理器鏈
pipeline.addLast(new EchoServerHandler()); // 新增新的件處理器
}
});
// 通過bind啟動服務
ChannelFuture f = b.bind(8080).sync();
// 阻塞主執行緒,知道網路服務被關閉
f.channel().closeFuture().sync();
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
} finally {
workerGroup.shutdownGracefully();
bossGroup.shutdownGracefully();
}
}
}
class EchoServerHandler extends ChannelInboundHandlerAdapter {
// 每當從客戶端收到新的資料時,這個方法會在收到訊息時被呼叫
@Override
public void channelRead(ChannelHandlerContext ctx, Object msg) throws Exception {
System.out.println("收到資料:" + ((ByteBuf) msg).toString(Charset.defaultCharset()));
ctx.write(Unpooled.wrappedBuffer("Server message".getBytes()));
ctx.fireChannelRead(msg);
}
// 資料讀取完後被呼叫
@Override
public void channelReadComplete(ChannelHandlerContext ctx) throws Exception {
ctx.flush();
}
// 當Netty由於IO錯誤或者處理器在處理事件時丟擲的異常時被呼叫
@Override
public void exceptionCaught(ChannelHandlerContext ctx, Throwable cause) throws Exception {
cause.printStackTrace();
ctx.close();
}
}
客戶端程式碼示例:
import io.netty.bootstrap.Bootstrap;
import io.netty.buffer.ByteBuf;
import io.netty.buffer.Unpooled;
import io.netty.channel.*;
import io.netty.channel.nio.NioEventLoopGroup;
import io.netty.channel.socket.SocketChannel;
import io.netty.channel.socket.nio.NioSocketChannel;
import java.nio.charset.Charset;
public class EchoClient {
public static void main(String[] args) {
EventLoopGroup group = new NioEventLoopGroup();
try {
Bootstrap b = new Bootstrap();
b.group(group)
.channel(NioSocketChannel.class)
.option(ChannelOption.TCP_NODELAY, true)
.handler(
new ChannelInitializer<SocketChannel>() {
@Override
public void initChannel(SocketChannel ch) throws Exception {
ChannelPipeline p = ch.pipeline();
p.addLast(new EchoClientHandler());
}
});
ChannelFuture f = b.connect("127.0.0.1", 8080).sync();
f.channel().closeFuture().sync();
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
} finally {
group.shutdownGracefully();
}
}
}
class EchoClientHandler extends ChannelInboundHandlerAdapter {
private final ByteBuf firstMessage;
public EchoClientHandler() {
firstMessage = Unpooled.buffer(256);
for (int i = 0; i < firstMessage.capacity(); i++) {
firstMessage.writeByte((byte) i);
}
}
@Override
public void channelActive(ChannelHandlerContext ctx) {
ctx.writeAndFlush(firstMessage);
}
@Override
public void channelRead(ChannelHandlerContext ctx, Object msg) {
System.out.println("收到資料:" + ((ByteBuf) msg).toString(Charset.defaultCharset()));
ctx.write(Unpooled.wrappedBuffer("Client message".getBytes()));
}
@Override
public void channelReadComplete(ChannelHandlerContext ctx) {
ctx.flush();
}
@Override
public void exceptionCaught(ChannelHandlerContext ctx, Throwable cause) {
cause.printStackTrace();
ctx.close();
}
}
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