Netty：初識Netty

前文總結了NIO的內容，有了NIO的一些基礎之后，我們就可以來看下Netty。Netty是Java領域的高性能網絡傳輸框架，RPC的技術核心就是網絡傳輸和序列化，所以Netty給予了RPC在網絡傳輸領域巨大的支持。 

一個簡單的Netty代碼實現

網絡傳輸基於的是TCP協議，所以會有服務端和客戶端之分，而Netty是網絡傳輸框架，所以一個完整的Netty代碼至少是有服務端和客戶端的。本文代碼基於Netty4.1.15。

服務端：

public class DemoServer {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        EventLoopGroup bossGroup = new NioEventLoopGroup();
        EventLoopGroup workerGroup = new NioEventLoopGroup();
        try {
            ServerBootstrap serverBootstrap = new ServerBootstrap();
            serverBootstrap.group(bossGroup,workerGroup).
                    channel(NioServerSocketChannel.class).
                    childHandler(new ChannelInitializer<SocketChannel>() {
                        @Override
                        protected void initChannel(SocketChannel ch) throws Exception {
                            ch.pipeline().addLast(new StringDecoder(CharsetUtil.UTF_8));
                            ch.pipeline().addLast(new StringEncoder(CharsetUtil.UTF_8));
                            ch.pipeline().addLast(new DemoServerHandler());
                        }
                    });

            ChannelFuture future = serverBootstrap.bind(8899).sync();
            future.channel().closeFuture().sync();
        }finally {
            bossGroup.shutdownGracefully();
            workerGroup.shutdownGracefully();
        }
    }
}

public class DemoServerHandler extends SimpleChannelInboundHandler<String> {
    @Override
    protected void channelRead0(ChannelHandlerContext ctx, String msg) throws Exception {
        System.out.println("" + ctx.channel().remoteAddress() + "," + msg);
        ctx.channel().writeAndFlush("from server" + UUID.randomUUID());
    }

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

客戶端：

public class DemoClient {
    public static void main(String[] args) throws Exception{
        EventLoopGroup eventLoopGroup = new NioEventLoopGroup();

        try{
            Bootstrap bootstrap = new Bootstrap();
            bootstrap.group(eventLoopGroup).channel(NioSocketChannel.class).handler(new ChannelInitializer<SocketChannel>() {
                @Override
                protected void initChannel(SocketChannel ch) throws Exception {
                    ch.pipeline().addLast(new StringDecoder(CharsetUtil.UTF_8));
                    ch.pipeline().addLast(new StringEncoder(CharsetUtil.UTF_8));
                    ch.pipeline().addLast(new DemoClientHandler());
                }
            });

            ChannelFuture channelFuture = bootstrap.connect("localhost",8899).sync();
            channelFuture.channel().closeFuture().sync();


        }finally {
            eventLoopGroup.shutdownGracefully();
        }
    }
}

public class DemoClientHandler extends SimpleChannelInboundHandler<String> {
    @Override
    protected void channelRead0(ChannelHandlerContext ctx, String msg) throws Exception {
        System.out.println("" + ctx.channel().remoteAddress());
        System.out.println("client output:" + msg);
        ctx.writeAndFlush("from client" + LocalDateTime.now());
    }

    @Override
    public void channelActive(ChannelHandlerContext ctx) throws Exception {
        String msg = "來自客戶端的問候!";
        ctx.writeAndFlush(msg);
    }

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

來看下這個簡單的代碼做了什么：

1、服務端啟動后，客戶端先向服務端發起連接建立；

2、連接建立后，觸發客戶端的channelActive方法，該方法向服務端發出了一條信息，這條信息默認在網絡中是會轉成字節的形式來傳輸的，因為TCP的數據傳輸都是基於字節的，這個過程也叫做編碼；

3、服務端收到信息后，會被服務端的Handler，其實就是StringDecoder先做處理，從字節變成了字符，這個過程也叫做解碼；

4、此時對於DemoServerHandler來說，信息已經變成了符合自己的String類型，所以channelRead0方法會被調用，輸出信息，同時向客戶端發出信息，信息又會轉成字節的信息傳向客戶端；

5、客戶端收到信息后，會被客戶端解碼成字符，觸發客戶端的channelRead0方法，輸出客戶端地址和收到的信息，再向服務端發送時間戳；

6、循環往復上述3-5，死循環；

 

模塊化

從上述這個簡單的DEMO中，我們可以提取出Netty的核心模塊：

1、Channel、EventLoop、ChannelFuture

Channel接口：基本的IO操作（bind()/connect()/read()/write()）依賴於底層網絡傳輸所提供的原語。在我們這個DEMO中，能看到NioServerSocketChannel和NioSocketChannel，NioServerSocketChannel使用基於NIO選擇器的實現來接受新連接，NioSocketChannel使用基於NIO選擇器的實現來建立和處理新連接。

EventLoop接口：EventLoop定義了Netty的核心抽象，用於處理連接的生命周期中所發生的事件。EventLoop是協調設計的一部分，采用了兩個基本的API：並發和網絡編程。在我們這個DEMO中，能看到NioEventLoop，NioEventLoop就是一個Reactor，是整個Netty的一個核心。

ChannelFuture接口：Netty中的所有的IO操作都是異步的，因為一個操作可能不會立即返回，所以我們需要一種用於在之后某個時間點確定其結果的方法。為此，Netty提供了ChannelFuture接口，其addListener()方法注冊了一個ChannelFutureListener，以便在某個操作完成是得到通知。

2、ChannelHandler、ChannelPipeline

ChannelHandler接口：從應用程序開發人員的角度來看，ChannelHandler是Netty的主要組件，它充當了所有處理入站和出站數據的應用程序邏輯的容器，因為ChannelHandler的方法是由事件來觸發的。在我們這個DEMO中，DemoClientHandler、DemoServerHandler就是兩個自定義的ChannelHandler，DemoClientHandler在連接一建立的時候，就觸發了channelActive方法，然后DemoServerHandler在channelRead0方法中讀取了其傳輸的信息。

ChannelPipeline接口：ChannelPipeline為ChannelHandler鏈提供了容器，並定義了用於該鏈上傳播入站和出站事件流的API。當Channel被創建時，它會被自動的分配到它所專屬的ChannelPipeline。在我們的DEMO中，一個ChannelInitializer的實例被注冊到ServerBootStrap或者BootStrap，當它的initChannel方法被調用的時候，ChannelInitializer將在ChannelPipeline中安裝一組自定義的ChannelHandler，最后ChannelInitializer將它自己從ChannelPipeline中移除。

3、ByteBuf

網絡數據的基本單位是字節，NIO提供了ByteBuffer作為網絡數據的字節容器，但是ByteBuffer本身設計並不優雅，使用繁瑣，Netty使用ByteBuf來替代ByteBuffer，在我們的DEMO中，不能直接看到ByteBuf，但是在Netty提供的內置編解碼器StringDecoder/StringEncoder中，操作的對象就是ByteBuf。

4、ServerBootStrap、BootStrap

ServerBootStrap和BootStrap是一個非常抽象的概念。ServerBootStrap是Netty創建服務器的輔助類，負責封裝服務啟動的一系列操作。和ServerBootStrap一樣，Bootstrap也是封裝客戶端向服務端發送請求的一系列操作。

5、Codec

通過Netty發送和接收一個消息的時候，就會發生一次數據轉換，入站消息會被解碼，也就是從字節轉換為原本的形式，如果是出站消息，就會從一種形式變成字節，這個就是編碼，編解碼的根本原因就是因為網絡數據就是一系列的字節。在我們的DEMO中，StringEncoder和StringDecoder就是編解碼器。

 

最后總結一下：

1、通過一個簡單的DEMO，介紹了一下Netty，站在應用的角度看了下Netty是如何運行的；

2、從DEMO中提取出Netty的重要的模塊，簡單介紹一下各個模塊，在后續的文章中將詳細介紹每個模塊組件。

 

參考資料：

https://netty.io/wiki/user-guide-for-4.x.html