Netty学习：二、核心组件

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Netty核心组件包括以下内容：

Channel：Netty中的基本数据传输抽象，用于网络I/O操作。它代表一个打开的连接，可以是网络套接字、文件或其它能够进行I/O操作的实体；
EventLoop: Netty中的事件处理循环，负责处理与Channel相关的I/O操作，每个EventLoop在自己的线程中运行，并服务于一个或多个Channel。
ChannelPipeline: Channel中的拦截器链，包含处理Channel中数据流的多个处理器Handler。当Channel中有数据进行读写时，这些数据就会经过Pipeline 中的各个处理器进行处理和传递。
ChannelHandler: 用来处理或拦截Channel中I/O事件或操作的接口。它是ChannelPipeline链上的每个节点。
ChannelFuture: Netty中异步操作后的结果抽象，表示一个尚未完成的I/O操作，可以通过ChannelFuture的回调机制来处理操作完成时的行为。
Bootstrap: Netty中的引导程序，负责组装上面的这些组件进行配置，然后启动网络程序。
ByteBuf：Netty中用于处理数据缓冲的抽象。网络的I/O数据都是可以用该抽象获取。

Channel是Java NIO/Netty的一个基础结构。它代表一个到实体的开放连接，允许我们从连接中执行读操作和写操作。可以简单的将Channel看作是传入或传出数据的载体。因此它可以被打开，也可以被关闭。

在Netty中，常见的Channel有以下几个：

NioSocketChannel: 异步的TCP客户端；
NioServerSocketChannel: 异步TCP服务端；
NioDatagramChannel: 异步的UDP连接；
OioSocketChannel:同步的TCP客户端；
OioServerSocketChannel: 同步的TCP服务端；
OioDatagamChannel: 同步的UDP连接
EpollSocketChannel: 基于Linux上的Epoll I/O机制的Socket客户端通道，比NIO性能更高，只在Linux系统上可用；
EpollServerSocketChannel: 上同，服务端通道。

EventLoop是Netty中非常核心的概念，它是一个主要用于处理I/O操作的组件，负责接收和处理事件。在EventLoop中，实现了事件处理的循环，并为每个Channel处理相关的I/O操作，包括读、写和连接事件。

一般情况下，每个EventLoop关联着一个或多个Channel,并且是在单独的线程中运行，这样可以确保同一个Channel的事件不会并发处理，从而保证了线程安全。

EventLoopGroup:事件循环组，通常用于管理多个EventLoop,在创建Server或Client时，需要指定一个EventLoopGroup来处理所有的I/O操作。常见的EventLoopGroup有：

NioEventLoopGroup: 基于NIO的实现，适合TCP和UDP连接；
EpollEventLoopGroup: 基于Linux的Epoll I/O模型，适用于高性能的服务器应用，仅Linux上使用。

如果我们想定时执行一下任务时，可以调用schedule()方法，如果想执行非定时任务时，可以调用execute()方法。

在主从多线程模型中，可能还有Boss和Worker两类线程组：

Boss线程组：主要负责监听新的连接，接收新的连接请求，创建新的Channel,然后将Channel分配给Worker线程组。使用时，一般线程数设置为1或2。
Worker线程组：主要负责处理已建立好的Channel的I/O操作，包括读取数据、写入数据等。使用时，需要根据具体需要设置值以提高并发处理能力。

ChannelPipeline一般与Channel进行关联，一个Channel对应一个ChannelPipeline。负责处理Channel中的所有I/O操作和事件。ChannelPipeline通过将一系列的处理器(Handler)串联起来组成一条处理链，当数据流入时，会按照处理链中的Handler的顺序进行处理。所以，ChannelPipeline也是ChannelHandler的容器，内部包含由ChannelHandler组成的一条流水处理线。

ChannelHandler用于处理不同类型的I/O事件和操作。这也是我们使用Netty时要实现具体业务的接口。在Netty中，ChannelHandler主要又分为两类：

ChannelInboundHandler: 用于处理接收到的数据（入站数据），例如一些数据解码，业务逻辑处理等；
ChannelOutboundHandler: 用于处理发送的数据（出站数据）,例如一些数据编码，日志业务等；

常用的一些ChannelHandler:

编码器/解码器：
- StringDecoder：将接收到的字节流转换为字符串（入站）。
- StringEncoder：将字符串转换为字节流（出站）。
- ByteArrayDecoder：将接收到的字节流解码为字节数组（入站）。
- ByteArrayEncoder：将字节数组编码为字节流（出站）。
业务逻辑处理器：
- SimpleChannelInboundHandler：一个方便的抽象类，简化入站处理的实现。可以直接处理入站的消息类型，并自动调用 ctx.fireChannelRead() 方法。
日志记录：
- LoggingHandler：用于记录所有的入站和出站事件，适合用于调试和监控
管道和代理：
- ChannelInitializer：通常用于设置新的 Channel 的 ChannelPipeline 的处理器。在服务器中，常用来配置每个连接的处理逻辑。
HTTP 相关处理器：
- HttpObjectAggregator：将 HTTP 消息聚合成完整的请求或响应。适合处理 HTTP POST 请求的情况。
- HttpRequestDecoder：将字节流解码为 HTTP 请求（入站）。
- HttpResponseEncoder：将 HTTP 响应编码为字节流（出站）。
WebSocket 相关处理器
- WebSocketServerProtocolHandler：用于处理 WebSocket 连接的握手和消息处理。

ChannelFuture在Netty中是一个用于表示异步的I/O操作结果的接口。我们可以使用它来处理异步操作的结果，包括判断是否成功，是否出现异常等信息。
主要方法如下：

isDone()：检查操作是否已经完成（无论是成功还是失败）。
isSuccess()：检查操作是否成功。
isCancelled()：检查操作是否被取消。
get()：阻塞等待操作完成，并返回结果。
cause()：获取导致操作失败的异常。
addListener(ChannelFutureListener listener)：注册一个监听器，在操作完成时被通知。
sync()：阻塞当前线程，直到操作完成。
syncUninterruptibly()：阻塞当前线程，即使当前线程被中断也不会中断，直到操作完成。

Bootstrap是一个用于配置和启动网络应用程序的一个辅助类。它提供了一种简单的方式来创建和配置网络连接。在Netty中，Bootstrap分为两类：

Bootstrap: 用于客户端应用程序；
ServerBootstrap: 用于服务端应用程序；

使用Bootstrap可以方便我们配置Netty程序中Channel、EventLoop、ChannelHandler等。

ByteBuf时Netty中处理二进制数据的主要抽象，旨在替代Java NIO中标准的ByteBuffer。ByteBuf可以直接通过JVM堆内存和直接内存进行内存分配，有效提高I/O性能。同时还是有读索引和写索引来管理数据的读取和写入，有效避免内存复制，从而提高了性能。

一般通过Unpooled来创建ByteBuf。Unpooled 是 Netty 提供的一个工具类，主要用于创建非池化的 ByteBuf 实例。Unpooled 可以方便地创建不同类型的 ByteBuf，并通常用于需要即时分配内存而不考虑性能优化的场景。非池化的含义就是创建出来的ByteBuf不会添加到Netty的内存池中。

再回过头来看我们的EchoServer代码：

package me.pgthinker;

import io.netty.bootstrap.ServerBootstrap;
import io.netty.buffer.ByteBuf;
import io.netty.buffer.Unpooled;
import io.netty.channel.ChannelHandlerContext;
import io.netty.channel.ChannelInitializer;
import io.netty.channel.SimpleChannelInboundHandler;
import io.netty.channel.nio.NioEventLoopGroup;
import io.netty.channel.socket.SocketChannel;
import io.netty.channel.socket.nio.NioServerSocketChannel;
import io.netty.util.CharsetUtil;

/**
 * @Project: me.pgthinker
 * @Author: pgthinker
 * @GitHub: https://github.com/ningning0111
 * @Date: 2024/9/1 14:27
 * @Description:
 */
public class EchoServer {
    private final static Integer port = 8778;

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        new ServerBootstrap()
                .group(new NioEventLoopGroup()) // 配置事件循环组
                .channel(NioServerSocketChannel.class) // 指定Channel类型
                .childHandler(new ChannelInitializer<SocketChannel>() { // 定义Channel的Pipeline中的Handler
                    @Override
                    protected void initChannel(SocketChannel socketChannel) throws Exception {
                    // 定义具体的Handler
                        socketChannel.pipeline().addLast(new SimpleChannelInboundHandler<ByteBuf>() {
                            @Override
                            protected void channelRead0(ChannelHandlerContext channelHandlerContext, ByteBuf byteBuf) throws Exception {
                                ByteBuf resp = Unpooled.copiedBuffer("服务端返回的消息:" + byteBuf.toString(CharsetUtil.UTF_8), CharsetUtil.UTF_8);
                                channelHandlerContext.writeAndFlush(resp);
                            }

                            @Override
                            public void channelActive(ChannelHandlerContext ctx) throws Exception {
                                ctx.writeAndFlush(Unpooled.copiedBuffer("连接成功!\n", CharsetUtil.UTF_8));
                            }
                        });
                    }

                }).bind(port); // 绑定端口

    }

}

其中的逻辑也就不再难以理解。

正文完

java 学习笔记网络编程

发表至： GitHub开源项目计算机网络

2024-09-01

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Netty学习：一、概述

Netty学习：二、核心组件

Netty核心组件

4.1 Channel

4.2 EventLoop

4.2.1 EventLoopGroup

4.2.2 主从多线程事件循环驱动组：

4.3 ChannelPipeline

4.4 ChannelHandler

4.5 ChannelFuture

4.6 Bootstrap

4.7 ByteBuf

总结