1. Netty 概述

1.1 Netty 是什么

Netty is an asynchronous event-driven network application framework for rapid development of maintainable high performance protocol servers & clients.

Netty 是一个异步的、基于事件驱动的网络应用框架，用于快速开发可维护、高性能的网络服务器和客户端。

这里 Netty 的所说的“异步”并非异步 IO（AIO），而是指的他将方法调用与结果接收采用多线程进行分离，进而实现的异步，与阻塞相对。

1.2 Netty 的地位

Netty 在 Java 网络应用框架中的地位就好比：Spring 框架在 JavaEE 开发中的地位。

以下的框架都使用了 Netty，因为它们有网络通信需求：

• Cassandra - nosql 数据库
• Spark - 大数据分布式计算框架
• Hadoop - 大数据分布式存储框架
• RocketMQ - ali 开源的消息队列
• ElasticSearch - 搜索引擎
• gRPC - rpc 框架
• Dubbo - rpc 框架
• Spring 5.x - flux api 完全抛弃了 tomcat ，使用 netty 作为服务器端
• Zookeeper - 分布式协调框架

1.3 Netty 的优势

Netty vs NIO：

• NIO 需要自己构建协议，Netty 已经提供了很多协议的实现
• Netty 解决了 TCP 传输问题，如粘包、半包
• Linux 下使用 NIO 的 epoll 会出现一个 bug：空轮询导致 CPU 100%
• Netty 对 API 进行增强，使之更易用，如 FastThreadLocal => ThreadLocal，ByteBuf => ByteBuffer

Netty vs 其他网络应用框架

• 2.x 2004
• 3.x 2008
• 4.x 2013
• 5.x 已废弃（没有明显的性能提升，维护成本高）

2. Hello World

2.1 目标

开发一个简单的服务器端和客户端

• 客户端向服务器端发送 hello, world
• 服务器仅接收，不返回

加入依赖：

<dependency>
    <groupId>io.netty</groupId>
    <artifactId>netty-all</artifactId>
    <version>4.1.39.Final</version>
</dependency>

2.2 服务器端

// ServerBootstrap：启动器，负责组装 netty 组件，启动服务器
new ServerBootstrap()
    .group(new NioEventLoopGroup()) // 1
    .channel(NioServerSocketChannel.class) // 2
    .childHandler(new ChannelInitializer<NioSocketChannel>() { // 3
        protected void initChannel(NioSocketChannel ch) {
            ch.pipeline().addLast(new StringDecoder()); // 5
            ch.pipeline().addLast(new SimpleChannelInboundHandler<String>() { // 6
                @Override  // 处理读事件
                protected void channelRead(ChannelHandlerContext ctx, String msg) {
                    System.out.println(msg);  // 打印上一步转换好的字符串
                }
            });
        }
    })
    .bind(8080); // 4

代码解读：

• 1 处，创建 NioEventLoopGroup，可以简单理解为 线程池 + Selector 后面会详细展开
• 2 处，选择服务 Scoket 实现类，其中 NioServerSocketChannel 表示基于 NIO 的服务器端实现，其它实现还有 EpollServerSocketChannel、KQueueServerSocketChannel 等
• 3 处的 childHandler，就是类似之前 boss 负责建立连接，而 worker 负责处理读写一样，这里的 child 就是负责连接建立之后处理数据读写，这里 handler 决定了 child 能执行哪些操作
  • ChannelInitializer 处理器（仅执行一次），它的作用是待客户端 SocketChannel 建立连接后，执行 initChannel 以便添加更多的处理器
• 4 处，ServerSocketChannel 绑定的监听端口
• 5 处，SocketChannel 的处理器，解码 ByteBuf => String
• 6 处，SocketChannel 的业务处理器，使用上一个处理器的处理结果

2.3 客户端

new Bootstrap()
    .group(new NioEventLoopGroup()) // 1
    .channel(NioSocketChannel.class) // 2
    .handler(new ChannelInitializer<Channel>() { // 3
        @Override  // 在连接被建立后调用
        protected void initChannel(Channel ch) {
            ch.pipeline().addLast(new StringEncoder()); // 8
        }
    })
    .connect("127.0.0.1", 8080) // 4
    .sync() // 5
    .channel() // 6
    .writeAndFlush(new Date() + ": hello world!"); // 7

代码解读：

• 1 处，创建 NioEventLoopGroup，同 Server
• 2 处，选择客户 Socket 实现类，NioSocketChannel 表示基于 NIO 的客户端实现，其它实现还有 EpollServerSocketChannel、KQueueServerSocketChannel 等
• 3 处，添加 SocketChannel 的处理器，ChannelInitializer 处理器（仅执行一次），它的作用是待客户端 SocketChannel 建立连接后，执行 initChannel 以便添加更多的处理器
• 4 处，指定要连接的服务器和端口
• 5 处，Netty 中很多方法都是异步的，如 connect，这时需要使用 sync 方法等待 connect 建立连接完毕
• 6 处，获取 channel 对象，它即为通道抽象，可以进行数据读写操作
• 7 处，写入消息并清空缓冲区
• 8 处，消息会经过通道 handler 处理，这里是将 String => ByteBuf 发出
• 数据经过网络传输，到达服务器端，服务器端 5 和 6 处的 handler 先后被触发，走完一个流程

2.4 流程梳理

我们来看一下刚刚 server 和 client 两端的代码的运行流程：

提示

一开始需要树立正确的观念

• 把 channel 理解为数据的通道
• 把 msg 理解为流动的数据，最开始输入是 ByteBuf，但经过 pipeline 的加工，会变成其它类型对象，最后输出又变成 ByteBuf
• 把 handler 理解为数据的处理工序
  • 工序有多道，合在一起就是 pipeline，pipeline 负责发布事件（读、读取完成...）传播给每个 handler， handler 对自己感兴趣的事件进行处理（重写了相应事件处理方法）
  • handler 分 Inbound 和 Outbound 两类
• 把 eventLoop 理解为处理数据的工人
  • 工人可以管理多个 channel 的 io 操作，并且一旦工人负责了某个 channel，就要负责到底（绑定）
  • 工人既可以执行 io 操作，也可以进行任务处理，每位工人有任务队列，队列里可以堆放多个 channel 的待处理任务，任务分为普通任务、定时任务
  • 工人按照 pipeline 顺序，依次按照 handler 的规划（代码）处理数据，可以为每道工序指定不同的工人

下一篇将分别介绍一个 Netty 的各个组件。