Netty 模型理解

news2024/11/17 17:42:56

参考文章 1
参考文章 2

官网API文档

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`Reactor`模型

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Netty模型

Netty主要基于主从Reactor多线程模型进行了一定的修改，该模型包括以下几个组件：

MainReactor（主Reactor）：负责处理客户端的连接请求。它监听服务器上的端口，接收客户端的连接请求，并将请求分发给SubReactor进行处理。
SubReactor（从Reactor）：负责处理连接成功后的通道的IO读写请求。每个SubReactor负责管理一组通道，它们使用多路复用技术（如Java NIO）来监听通道上的事件，例如可读、可写等事件。一般情况下，每个SubReactor都对应一个线程。
Worker Threads（工作线程）：负责处理非IO请求，即具体的业务逻辑处理。当有非IO请求需要处理时，这些任务会被写入一个队列中，等待工作线程来处理。工作线程可以是线程池中的线程，也可以是其他类型的线程。

模块组件

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Bootstrap、ServerBootstrap：在Netty中，Bootstrap和ServerBootstrap是用于启动和配置Netty应用程序的引导类。Bootstrap类是用于客户端程序的启动引导类，ServerBootstrap类是服务端启动引导类。
NioEventLoopGroup：NioEventLoopGroup是Netty中用于管理NioEventLoop的组件，它是一个线程池，包含多个NioEventLoop实例，它对应着主从Reactor多线程模型中Reactor。NioEventLoopGroup负责创建、管理和分配NioEventLoop，处理异常情况，并提供优雅关闭的机制。它是Netty实现高性能的重要组件之一。
NioEventLoop：NioEventLoop是Netty中的核心组件，负责处理I/O事件和执行任务。它使用Selector来监听和处理注册在其上的Channel的I/O事件，同时支持异步提交和执行任务。NioEventLoop还管理定时任务和处理异常情况，是实现高性能和事件驱动的重要组成部分。

什么是Selector

Selector：Netty基于Selector对象实现了I/O多路复用。通过将多个Channel注册到一个Selector中，并使用一个线程来监听和处理这些Channel的事件，可以高效地管理多个Channel。Selector会自动不断地查询这些注册的Channel，以检查它们是否有已就绪的I/O事件。
Channel：在Netty中，Channel表示一个开放的网络连接，可以用于读取、写入和处理网络数据。它是网络通信的基本单元，负责处理底层的数据传输和事件通知。
- 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
ChannelHandler：在Netty中，ChannelHandler是一个接口，用于处理I/O事件或拦截I/O操作，并将其转发到ChannelPipeline中的下一个处理程序。ChannelHandler是Netty的核心组件之一，它负责处理各种事件，如连接建立、数据读写、异常发生等。
- ChannelInboundHandler：用于处理入站I/O事件
- ChannelOutboundHandler：用于处理出站I/O操作
ChannelHandlerContext：ChannelHandlerContext保存了与特定Channel相关的所有上下文信息，同时关联一个ChannelHandler对象，并提供了访问Channel、ChannelHandler和ChannelPipeline的方法。
ChannelPipline：它是一个保存ChannelHandler的列表，用于处理或拦截Channel的入站事件和出站操作。 ChannelPipeline实现了一种高级形式的拦截过滤器模式，使用户可以完全控制事件的处理方式以及Channel中各个的ChannelHandler如何相互交互。
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中维护了一个由ChannelHandlerContext组成的双向链表。入站事件和出站事件在这个双向链表中进行传递，入站事件从链表的head往后传递到最后一个入站的ChannelHandler，出站事件从链表的tail往前传递到最前一个出站的ChannelHandler，两种类型的ChannelHandler互不干扰。通过这种设计，ChannelPipeline实现了事件的顺序传递和处理。
Future、ChannelFuture： Netty中的IO操作都是异步的，这意味着在发起一个IO操作后，无需等待其完成就可以继续执行后续的代码逻辑。为了获取操作的执行结果或者在操作完成时得到通知，Netty提供了Future和ChannelFuture。

实例代码

服务端

public class MyServer {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        //创建两个线程组 boosGroup、workerGroup
        EventLoopGroup bossGroup = new NioEventLoopGroup();
        EventLoopGroup workerGroup = new NioEventLoopGroup();
        try {
            //创建服务端的启动对象，设置参数
            ServerBootstrap bootstrap = new ServerBootstrap();
            //设置两个线程组boosGroup和workerGroup
            bootstrap.group(bossGroup, workerGroup)
                //设置服务端通道实现类型    
                .channel(NioServerSocketChannel.class)
                //设置线程队列得到连接个数    
                .option(ChannelOption.SO_BACKLOG, 128)
                //设置保持活动连接状态    
                .childOption(ChannelOption.SO_KEEPALIVE, true)
                //使用匿名内部类的形式初始化通道对象    
                .childHandler(new ChannelInitializer<SocketChannel>() {
                        @Override
                        protected void initChannel(SocketChannel socketChannel) throws Exception {
                            //给pipeline管道设置处理器
                            socketChannel.pipeline().addLast(new MyServerHandler());
                        }
                    });//给workerGroup的EventLoop对应的管道设置处理器
            System.out.println("java技术爱好者的服务端已经准备就绪...");
            //绑定端口号，启动服务端
            ChannelFuture channelFuture = bootstrap.bind(6666).sync();
            //对关闭通道进行监听
            channelFuture.channel().closeFuture().sync();
        } finally {
            bossGroup.shutdownGracefully();
            workerGroup.shutdownGracefully();
        }
    }
}

/**
 * 自定义的Handler需要继承Netty规定好的HandlerAdapter
 * 才能被Netty框架所关联，有点类似SpringMVC的适配器模式
 **/
public class MyServerHandler extends ChannelInboundHandlerAdapter {

    @Override
    public void channelRead(ChannelHandlerContext ctx, Object msg) throws Exception {
        //获取客户端发送过来的消息
        ByteBuf byteBuf = (ByteBuf) msg;
        System.out.println("收到客户端" + ctx.channel().remoteAddress() + "发送的消息：" + byteBuf.toString(CharsetUtil.UTF_8));
    }

    @Override
    public void channelReadComplete(ChannelHandlerContext ctx) throws Exception {
        //发送消息给客户端
        ctx.writeAndFlush(Unpooled.copiedBuffer("服务端已收到消息，并给你发送一个问号?", CharsetUtil.UTF_8));
    }

    @Override
    public void exceptionCaught(ChannelHandlerContext ctx, Throwable cause) throws Exception {
        //发生异常，关闭通道
        ctx.close();
    }
}

客户端

public class MyClient {

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        NioEventLoopGroup eventExecutors = new NioEventLoopGroup();
        try {
            //创建bootstrap对象，配置参数
            Bootstrap bootstrap = new Bootstrap();
            //设置线程组
            bootstrap.group(eventExecutors)
                //设置客户端的通道实现类型    
                .channel(NioSocketChannel.class)
                //使用匿名内部类初始化通道
                .handler(new ChannelInitializer<SocketChannel>() {
                        @Override
                        protected void initChannel(SocketChannel ch) throws Exception {
                            //添加客户端通道的处理器
                            ch.pipeline().addLast(new MyClientHandler());
                        }
                    });
            System.out.println("客户端准备就绪，随时可以起飞~");
            //连接服务端
            ChannelFuture channelFuture = bootstrap.connect("127.0.0.1", 6666).sync();
            //对通道关闭进行监听
            channelFuture.channel().closeFuture().sync();
        } finally {
            //关闭线程组
            eventExecutors.shutdownGracefully();
        }
    }
}

public class MyClientHandler extends ChannelInboundHandlerAdapter {

    @Override
    public void channelActive(ChannelHandlerContext ctx) throws Exception {
        //发送消息到服务端
        ctx.writeAndFlush(Unpooled.copiedBuffer("歪比巴卜~茉莉~Are you good~马来西亚~", CharsetUtil.UTF_8));
    }

    @Override
    public void channelRead(ChannelHandlerContext ctx, Object msg) throws Exception {
        //接收服务端发送过来的消息
        ByteBuf byteBuf = (ByteBuf) msg;
        System.out.println("收到服务端" + ctx.channel().remoteAddress() + "的消息：" + byteBuf.toString(CharsetUtil.UTF_8));
    }
}