java架構之路-（netty專題）netty的基本使用和netty聊天室

本文轉載自查看原文 2020-02-14 10:45 893 面試/ java基礎/ java/ 聊天室/ java面試題/ 面試題/ 分布式/ 基礎/ netty

上次回顧：

　　上次博客，我們主要說了我們的IO模型，BIO同步阻塞，NIO同步非阻塞，AIO基於NIO二次封裝的異步非阻塞，最重要的就是我們的NIO，腦海中應該有NIO的模型圖。

Netty概念：

　　Netty是由JBOSS提供的一個java開源框架，現為 Github上的獨立項目。Netty提供異步的、事件驅動的網絡應用程序框架和工具，用以快速開發高性能、高可靠性的網絡服務器和客戶端程序。也就是說，Netty 是一個基於NIO的客戶、服務器端的編程框架，使用Netty 可以確保你快速和簡單的開發出一個網絡應用，例如實現了某種協議的客戶、服務端應用。Netty相當於簡化和流線化了網絡應用的編程開發過程，例如：基於TCP和UDP的socket服務開發。 “快速”和“簡單”並不用產生維護性或性能上的問題。Netty 是一個吸收了多種協議（包括FTP、SMTP、HTTP等各種二進制文本協議）的實現經驗，並經過相當精心設計的項目。最終，Netty 成功的找到了一種方式，在保證易於開發的同時還保證了其應用的性能，穩定性和伸縮性。---摘自百度百科。

基本使用：

　　我們來看一下代碼吧

　　服務端：

package com.xiaocai.netty;

import io.netty.bootstrap.ServerBootstrap;
import io.netty.channel.ChannelFuture;
import io.netty.channel.ChannelInitializer;
import io.netty.channel.ChannelOption;
import io.netty.channel.EventLoopGroup;
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 {
        EventLoopGroup bossGroup = new NioEventLoopGroup(1);//新建線程組,用於處理請求
        EventLoopGroup workerGroup = new NioEventLoopGroup();//真正工作的線程組
        try {
            ServerBootstrap bootstrap = new ServerBootstrap();//創建一個server,相當於NIO的server
            bootstrap.group(bossGroup, workerGroup) //采用鏈式編程,將兩個線程組加入到server中
                    .channel(NioServerSocketChannel.class) //設置一個信道,相當於NIO中的ServerSocketChannel
                    .option(ChannelOption.SO_BACKLOG, 1024) //對服務端給予一些設置
                    .childHandler(new ChannelInitializer<SocketChannel>() {//給予初始化,並加入回調函數
                        @Override
                        protected void initChannel(SocketChannel ch) throws Exception {
                            ch.pipeline().addLast(new NettyServerHandler());
                        }
                    });
            System.out.println("netty server start。。");
            ChannelFuture cf = bootstrap.bind(9000).sync();//綁定端口,sync方法是等待異步操作執行完畢
            cf.channel().closeFuture().sync();//對通道關閉進行監聽，closeFuture是異步操作，監聽通道關閉
                                        // 通過sync方法同步等待通道關閉處理完畢，這里會阻塞等待通道關閉完成
        } finally {
            bossGroup.shutdownGracefully(); //關閉處理請求的線程組
            workerGroup.shutdownGracefully();//關閉真正工作的線程組
        }
    }
}

　　服務端的代碼看起來還是比較亂的，但不要擔心，基本都是固定寫法的，大致就開線程，設置server，設置通道，初始化，給予回調函數，我們來看一下回調函數。

package com.xiaocai.netty;

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 NettyServerHandler extends ChannelInboundHandlerAdapter {

    //當客戶端連接服務器完成就會觸發該方法
    @Override
    public void channelActive(ChannelHandlerContext ctx) throws Exception {
        ByteBuf buf = Unpooled.copiedBuffer("HelloServer".getBytes(CharsetUtil.UTF_8));
        ctx.writeAndFlush(buf);
    }

    //當通道有讀取事件時會觸發，即服務端發送數據給客戶端
    @Override
    public void channelRead(ChannelHandlerContext ctx, Object msg) throws Exception {
        ByteBuf buf = (ByteBuf) msg;
        System.out.println("收到客戶端的消息:" + buf.toString(CharsetUtil.UTF_8));
        System.out.println("客戶端的地址： " + ctx.channel().remoteAddress());
    }

    @Override
    public void exceptionCaught(ChannelHandlerContext ctx, Throwable cause) throws Exception {
        System.out.println("我收到了異常");
        cause.printStackTrace();
        ctx.close();
    }
}

　　這個回調函數也基本是固定的，繼承ChannelInboundHandlerAdapter 類，然后我們寫在里面就可以了，幾乎需要我們做的主要是這個回調函數。

　　客戶端：

package com.xiaocai.netty;

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 {
        EventLoopGroup group = new NioEventLoopGroup();// 開啟工作線程組
        try {
            Bootstrap bootstrap = new Bootstrap(); //創建一個和服務端相對應的server
            bootstrap.group(group) //設置線程組
                    .channel(NioSocketChannel.class) //使用NioSocketChannel作為客戶端的通道實現
                    .handler(new ChannelInitializer<SocketChannel>() {//設置回調函數
                        @Override
                        protected void initChannel(SocketChannel ch) {
                            ch.pipeline().addLast(new NettyClientHandler());
                        }
                    });
            System.out.println("netty client start。。");
            ChannelFuture cf = bootstrap.connect("127.0.0.1", 9000).sync();//啟動客戶端去連接服務器端
            //對通道關閉進行監聽
            cf.channel().closeFuture().sync();
        } finally {
            group.shutdownGracefully();//關閉線程組
        }
    }
}

　　客戶端和服務端差不多，開啟線程設置一個對應的server，設置信道，設置回調函數，我們還是看一下客戶端的回調函數做了什么事情。

package com.xiaocai.netty;

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 {

    /**
     * 當客戶端連接服務器完成就會觸發該方法
     *
     * @param ctx 設置好的信道,相當於上下文
     */
    @Override
    public void channelActive(ChannelHandlerContext ctx) {
        ByteBuf buf = Unpooled.copiedBuffer("HelloServer".getBytes(CharsetUtil.UTF_8));
        ctx.writeAndFlush(buf);
    }

    //當通道有讀取事件時會觸發，即服務端發送數據給客戶端
    @Override
    public void channelRead(ChannelHandlerContext ctx, Object msg) {
        ByteBuf buf = (ByteBuf) msg;
        System.out.println("收到服務端的消息:" + buf.toString(CharsetUtil.UTF_8));
        System.out.println("服務端的地址： " + ctx.channel().remoteAddress());
    }

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

　　兩側的代碼都是差不多的，回調函數，建立連接以后我們做什么，接收到數據以后我們做什么，差不多就是這個意思。這里為什么是給予兩個線程呢？簡單來說就是為了能承受更高的並發，一個線程專門來負責接收連接，不至於讓有的請求卡死或延遲很高的狀態，后面說底層源碼的時候，這個還會再說的。

Netty模塊組件

　　Bootstrap、ServerBootstrap：

　　Bootstrap意思是引導，一個 Netty 應用通常由一個Bootstrap 開始，主要作用是配置整個 Netty 程序，串聯各個組件，Netty 中 Bootstrap 類是客戶端程序的啟動引導類，ServerBootstrap 是服務端啟動引導類。

　　Future、ChannelFuture：

　　正如前面介紹，在 Netty 中所有的 IO 操作都是異步的，不能立刻得知消息是否被正確處理。但是可以過一會等它執行完成或者直接注冊一個監聽，具體的實現就是通過 Future 和 ChannelFutures，他們可以注冊一個監聽，當操作執行成功或失敗時監聽會自動觸發注冊的監聽事件。

　　Channel：

　　Netty 網絡通信的組件，能夠用於執行網絡 I/O 操作。Channel 為用戶提供：

　　1）當前網絡連接的通道的狀態（例如是否打開？是否已連接？）

　　2）網絡連接的配置參數（例如接收緩沖區大小）

　　3）提供異步的網絡 I/O 操作(如建立連接，讀寫，綁定端口)，異步調用意味着任何 I/O 調用都將立即返回，並且不保證在調用結束時所請求的 I/O 操作已完成。

　　4）調用立即返回一個 ChannelFuture 實例，通過注冊監聽器到 ChannelFuture 上，可以 I/O 操作成功、失敗或取消時回調通知調用方。

　　5）支持關聯 I/O 操作與對應的處理程序。不同協議、不同的阻塞類型的連接都有不同的 Channel 類型與之對應。

NioSocketChannel;//異步的客戶端 TCPSocket 連接。
NioServerSocketChannel;//異步的服務器端 TCP Socket 連接。
NioDatagramChannel;//異步的 UDP 連接。
NioSctpChannel;//異步的客戶端 Sctp 連接。
NioSctpServerChannel;//異步的 Sctp 服務器端連接，這些通道涵蓋了UDP和TCP網絡IO以及文件IO。

　　Selector：

　　Netty 基於 Selector 對象實現 I/O 多路復用，通過 Selector 一個線程可以監聽多個連接的 Channel 事件。當向一個 Selector 中注冊 Channel 后，Selector 內部的機制就可以自動不斷地查詢(Select) 這些注冊的 Channel 是否有已就緒的 I/O 事件（例如可讀，可寫，網絡連接完成等），這樣程序就可以很簡單地使用一個線程高效地管理多個Channel 。

　　NioEventLoop：

　　NioEventLoop 中維護了一個線程和任務隊列，支持異步提交執行任務，線程啟動時會調用 NioEventLoop 的 run 方法，執行 I/O 任務和非 I/O 任務： I/O 任務，即selectionKey中ready 的事件，如 accept、connect、read、write 等，由 processSelectedKeys方法觸發。非 IO 任務，添加到 taskQueue 中的任務，如 register0、bind0 等任務，由 runAllTasks 方法觸發。

　　NioEventLoopGroup：

　　NioEventLoopGroup，主要管理 eventLoop 的生命周期，可以理解為一個線程池，內部維護了一組線程，每個線程(NioEventLoop)負責處理多個 Channel 上的事件，而一個 Channel 只對應於一個線程。

　　ChannelHandler：

　　ChannelHandler 是一個接口，處理 I/O 事件或攔截 I/O 操作，並將其轉發到其 ChannelPipeline(業務處理鏈)中的下一個處理程序。 ChannelInboundHandler 用於處理入站 I/O 事件，ChannelOutboundHandler用於處理出站 I/O事件。

　　ChannelHandlerContext：

　　保存 Channel 相關的所有上下文信息，同時關聯一個 ChannelHandler 對象。

　　ChannelPipline：

　　保存 ChannelHandler 的List，用於處理或攔截 Channel 的入站事件和出站操作。內部是一個雙向鏈表，記住tail和head，后面說編解碼會詳細去說。

netty聊天室：

　　互聯網行業：在分布式系統中，各個節點之間需要遠程服務調用，高性能的 RPC 框架必不可少， Netty 作為異步高性能的通信框架，往往作為基礎通信組件被這些 RPC 框架使用。典型的應用有：阿里分布式服務框架 Dubbo 的 RPC 框架使用 Dubbo 協議進行節點間通信，Dubbo 協議默認使用 Netty 作為基礎通信組件，用於實現。各進程節點之間的內部通信。Rocketmq底層也是用的Netty作為基礎通信組件。游戲行業：無論是手游服務端還是大型的網絡游戲，Java 語言得到了越來越廣泛的應用。Netty 作為高性能的基礎通信組件，它本身提供了 TCP/UDP 和 HTTP 協議棧。我們來實現一個簡單的聊天室。一步步的我們拿着剛才的代碼改造一下。

　　服務端：

package com.xiaocai.chat;

import com.xiaocai.netty.NettyServerHandler;
import io.netty.bootstrap.ServerBootstrap;
import io.netty.channel.ChannelFuture;
import io.netty.channel.ChannelInitializer;
import io.netty.channel.ChannelOption;
import io.netty.channel.EventLoopGroup;
import io.netty.channel.nio.NioEventLoopGroup;
import io.netty.channel.socket.SocketChannel;
import io.netty.channel.socket.nio.NioServerSocketChannel;
import io.netty.handler.codec.string.StringDecoder;
import io.netty.handler.codec.string.StringEncoder;

public class ChatRoomServer {

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        EventLoopGroup bossGroup = new NioEventLoopGroup(1);
        EventLoopGroup workerGroup = new NioEventLoopGroup();
        try {
            ServerBootstrap bootstrap = new ServerBootstrap();
            bootstrap.group(bossGroup, workerGroup)
                    .channel(NioServerSocketChannel.class)
                    .option(ChannelOption.SO_BACKLOG, 1024)
                    .childHandler(new ChannelInitializer<SocketChannel>() {
                        @Override
                        protected void initChannel(SocketChannel ch) throws Exception {
                            ch.pipeline().addLast(new StringEncoder());
                            ch.pipeline().addLast(new StringDecoder());
                            ch.pipeline().addLast(new ChatRoomServerHandler());
                        }
                    });
            System.out.println("聊天室開啟了！！！");
            ChannelFuture cf = bootstrap.bind(9000).sync();
            cf.channel().closeFuture().sync();
        } finally {
            bossGroup.shutdownGracefully();
            workerGroup.shutdownGracefully();
        }
    }
}

　　程序還是和原來的程序差不多的，這里都是一些固定的寫法，只有兩行代碼我們剛才沒說，加入了兩個攔截器，一個是編碼一個是解碼，下次博客會重點說這個，我們來看一下我們的回調函數。

package com.xiaocai.chat;

import io.netty.channel.*;
import io.netty.channel.group.ChannelGroup;
import io.netty.channel.group.DefaultChannelGroup;
import io.netty.util.concurrent.GlobalEventExecutor;

import java.text.SimpleDateFormat;
import java.util.Date;

public class ChatRoomServerHandler extends SimpleChannelInboundHandler<String> {

    SimpleDateFormat sdf = new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd HH:mm:ss");
    private static ChannelGroup channelGroup = new DefaultChannelGroup(GlobalEventExecutor.INSTANCE);

    //當客戶端連接服務器完成就會觸發該方法
    @Override
    public void channelActive(ChannelHandlerContext ctx) throws Exception {
        Channel channel = ctx.channel();
        String nowTime = sdf.format(new Date());
        String userName = channel.id() + "";
        String msg = nowTime + " " + userName + " 上線了!";
        channelGroup.writeAndFlush(msg);
        channelGroup.add(channel);
        System.out.println("[服務端]: " + msg);
    }

    @Override
    protected void channelRead0(ChannelHandlerContext ctx, String msg) throws Exception {
        //獲取到當前 channel
        Channel channel = ctx.channel();
        //這時我們遍歷 channelGroup, 根據不同的情況， 回送不同的消息
        channelGroup.forEach(ch -> {
            if (channel != ch) { //不是當前的 channel,轉發消息
                ch.writeAndFlush(channel.id() + " 發送了消息：" + msg);
            } else {//回顯自己發送的消息給自己
                ch.writeAndFlush("[ 自己 ]發送了消息：" + msg);
            }
        });
    }

    //表示 channel 處於不活動狀態, 提示離線了
    @Override
    public void channelInactive(ChannelHandlerContext ctx) {
        Channel channel = ctx.channel();
        //將客戶離開信息推送給當前在線的客戶
        channelGroup.writeAndFlush("[ 客戶端 ]" + channel.id() + " 下線了");
        System.out.println(channel.id() + " 下線了");
    }

    @Override
    public void exceptionCaught(ChannelHandlerContext ctx, Throwable cause) throws Exception {
        //關閉通道
        ctx.close();
    }
}

　　這次我們繼承的是SimpleChannelInboundHandler這個類，他是對於ChannelInboundHandlerAdapter的再次封裝，然后我們的是通過信道組來發送消息的，先來看channelActive方法，就是當有客戶端連接的時候，我們應該自己有所感知，並且將某某上線的消息廣播出去。channelRead0方法就是當有數據傳輸過來時的一些處理，我們用channelGroup來判斷是否是自己發送的消息，是自己發送的消息我們給予自己說了什么什么，別的消息就是某某某說了什么什么。

　　客戶端：

package com.xiaocai.chat;

import io.netty.bootstrap.Bootstrap;
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.SocketChannel;
import io.netty.channel.socket.nio.NioSocketChannel;
import io.netty.handler.codec.string.StringDecoder;
import io.netty.handler.codec.string.StringEncoder;

import java.util.Scanner;

public class ChatRoomClient {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        EventLoopGroup group = new NioEventLoopGroup();
        try {
            Bootstrap bootstrap = new Bootstrap();
            bootstrap.group(group) //設置線程組
                    .channel(NioSocketChannel.class)
                    .handler(new ChannelInitializer<SocketChannel>() {//設置回調函數
                        @Override
                        protected void initChannel(SocketChannel ch) {
                            ch.pipeline().addLast(new StringEncoder());
                            ch.pipeline().addLast(new StringDecoder());
                            ch.pipeline().addLast(new ChatRoomClientHandler());
                        }
                    });
            ChannelFuture cf = bootstrap.connect("127.0.0.1", 9000).sync();
            //得到 channel
            Channel channel = cf.channel();

            System.out.println("我" + channel.id() + "進入了聊天室");
            //客戶端需要輸入信息， 創建一個掃描器
            Scanner scanner = new Scanner(System.in);
            while (scanner.hasNextLine()) {
                String msg = scanner.nextLine();
                //通過 channel 發送到服務器端
                channel.writeAndFlush(msg);
            }
            cf.channel().closeFuture().sync();
        } finally {
            group.shutdownGracefully();
        }
    }
}

　　客戶端的代碼和原來的也是差不多了，還是多兩個攔截器，進行編碼解碼，然后下面就是我們的掃描器，來掃描控制台輸入的，一會我們要用控制台來完成這個聊天室，所以我們要掃描控制台的輸入，我們來看一下我們的攔截器。

package com.xiaocai.chat;

import io.netty.channel.ChannelHandlerContext;
import io.netty.channel.SimpleChannelInboundHandler;

public class ChatRoomClientHandler extends SimpleChannelInboundHandler<String> {

    @Override
    protected void channelRead0(ChannelHandlerContext ctx, String msg) throws Exception {
        System.out.println(msg);
    }
}

　　就是當有消息發過來時，我們打印出來就可以了，我們來看看我們的效果。

　　大概就是這樣的，就是我們的客戶端發送消息，由服務端接收，然后由服務端再次轉發出去。

總結：

　　今天我們主要說了Netty的基本使用，需要記住那幾行固定代碼都是什么意思，為什么要開啟兩個線程來共同處理，然后就是我們的一個小例子，聊天室程序，下次我們來說一下我們的編碼解碼，還有粘包拆包。

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