netty组件详解-上

netty服务端示例:

private void doStart() throws InterruptedException {System.out.println("netty服务已启动");// 线程组EventLoopGroup group = new NioEventLoopGroup();try {// 创建服务器端引导类ServerBootstrap server = new ServerBootstrap();// 初始化服务器配置server.group(group) // 配置处理客户端的连接线程组.channel(NioServerSocketChannel.class) // 指定channel为 NioServerSocketChannel.localAddress(port) // 配置服务端口号.childHandler(new ChannelInitializer<SocketChannel>() { // 指定客户端通信的处理类,添加到pipline中,进行初始化@Overrideprotected void initChannel(SocketChannel socketChannel) throws Exception {socketChannel.pipeline().addLast(new EchoServerHandler());}});// 绑定端口,sync()会阻塞到完成ChannelFuture sync = server.bind().sync();// 阻塞当前线程,直到服务器的ServerChannel被关闭sync.channel().closeFuture().sync();}finally {// 关闭资源group.shutdownGracefully().sync();}}

netty各组件解析;

  1. EventLoop 与 EventGroup
    EventLoop : 单线程+任务队列
    EventGroup: 多个EventLoop
    在这里插入图片描述
    思考问题: netty底层每个channel中的事件都是由同一个EventLoop来处理的,而EventLoop是单线程的,这样无需考虑为了并发冲突而加锁的问题,提升了性能。并发高效的本质,不是关注如何科学安全的加锁,而是想尽办法避免加锁,来提升性能。
  2. channel接口
    每个channel都会被注册到一个EventLoop上,以下是Channel抽象出的方法
    在这里插入图片描述
    每个channel都有自己的生命周期,channel在生命周期的不同节点会回调不同的处理函数:
    (1)当channel被注册到EventLoop中时,会调用isRegistered()方法,来确认是否注册成功
    (2)每个channel在处理事件时,都有一个对应的pipeline,这个pipeline中以责任链模式来处理事件
  3. channelPipeline &&channelHandler
    channelPipeline 的实现是一个双向链表,链表的每个节点对应一个channelHandler,每个channel在处理事件时会调用channelPipeline中的各个channelHandler
    channelHandler也有自己的生命周期,在添加到channelPipeline 或被移除出channelPipeline 时,会调用相应的生命周期方法。
    在这里插入图片描述
  4. channelPipeline的入站事件和出站事件
    netty如何在同一个channelPipeline中区分出出站事件链路和入站事件链路?
    在这里插入图片描述
    在这里插入图片描述
  5. ChanelHandlerContext 上下文
    表示ChannelPipeline和ChannelHandler关联
    ChannelPipeline 是双向链表
    ChanelHandlerContext 维护了双向链表的pre和 next 指针
    具体实现:
    在这里插入图片描述
    ChanelHandlerContext 的作用不仅仅只是维护了指针信息,而且还需要控制channelPipeline中每个ChannelHandler处理的方向和数据流动,比如像下面这些:
    在这里插入图片描述
    ChanelHandlerContext 中的写方法区别:
    在这里插入图片描述
    pipline中有一系列链式的处理逻辑:
    在这里插入图片描述
    ctx.write(in) / ctx.writeAndFlush(in):
    在某个入站事件中的handler中直接找到pipline中最近的出站事件节点,在出站事件中输出数据.
    ctx.pipeline().write(in) /ctx.channel().write(in)
    在当前入站事件handler结束后,继续按照pipline中handler的顺序依次处理后,在输出数据。
    对比上面两种做法:
    可根据业务需求进行优化,不经过pipeline直接返回的效率更快。
  6. channelHandler的适配器
    channelHandler根据功能,设计了几种适配器,其中包括ChannelOutboundHandlerAdapter出站事件适配器
    问题:为什么ChannelOutboundHandlerAdapter中包含一个read()事件方法
    netty将read()动作打包成一个读事件放到了pipeLine中
  7. channelHandler的并发共享机制:
    根据netty的设计,每个socketchannel都是由一个EventLoop线程处理的,每个channel中包含一个pipeline,而pipeline中的每个handler在使用的时候都是重新new 的一个实例,由于每个socket都是独立的线程隔离的,因此每个socket是线程安全的。
    但有些业务场景需要各个socket之间共享通信,比如要统计服务器接收到的报文总数。此时就要维护一个共享变量 total,每来一个新的
    socket都要去进行 total+1的操作,此时就会产生并发安全问题。
    netty如何解决这个问题呢,我们可以定义一个共享的hander,这个hander的定义成一个全局共享的,每个socketchannel的pipeline都添加这个handler,通过这个并发共享的handler来实现socket进程间的通信,代码如下:
    (1)首先定义一个共享的handler,其内部实现统计报文的业务逻辑:
// 这个注解的含义就是声明这个handler是共享的
// 如果不声明这个注解的话,在添加到pipline中时会报错
@ChannelHandler.Sharable
public class MessageCountHandler extends ChannelDuplexHandler {private static final Logger LOG = LoggerFactory.getLogger(MessageCountHandler.class);private AtomicLong inCount = new AtomicLong(0);private AtomicLong outCount = new AtomicLong(0);@Overridepublic void channelRead(ChannelHandlerContext ctx, Object msg) throws Exception {LOG.info("收到报文总数:"+inCount.incrementAndGet());super.channelRead(ctx, msg);}@Overridepublic void flush(ChannelHandlerContext ctx) throws Exception {LOG.info("发出报文总数:"+outCount.incrementAndGet());super.flush(ctx);}
}

(2)服务器端实现

public void start() throws InterruptedException {// 将统计报文的handler定义成共享变量final MessageCountHandler messageCountHandler = new MessageCountHandler();/*线程组*/EventLoopGroup boss  = new NioEventLoopGroup();EventLoopGroup work  = new NioEventLoopGroup();try {/*服务端启动类*/ServerBootstrap b = new ServerBootstrap();b.group(boss,work).channel(NioServerSocketChannel.class)/*指定使用NIO的通信模式*/.localAddress(new InetSocketAddress(port))/*指定监听端口*/ .childHandler(new ChannelInitializer<SocketChannel>() {@Overrideprotected void initChannel(SocketChannel ch) throws Exception {ch.pipeline().addLast(new LineBasedFrameDecoder(1024));ch.pipeline().addLast(messageCountHandler); // 添加一个共享的hander到pipeline中ch.pipeline().addLast(new EchoServerMCHandler());}});ChannelFuture f = b.bind().sync();/*异步绑定到服务器,sync()会阻塞到完成*/LOG.info("服务器启动完成");f.channel().closeFuture().sync();/*阻塞当前线程,直到服务器的ServerChannel被关闭*/} finally {boss.shutdownGracefully().sync();work.shutdownGracefully().sync();}}
  1. netty内存泄露与资源释放注意事项
    netty底层的实现机制是java的nio,因此其通信机制是面向缓冲区的,在nio中,当channel中有事件发生时,比如读事件时,会将数据读取到一块直接内存中,当我们处理完这部分数据的时候,应该将这块内存资源释放掉,以防止内存泄露。那么这部分netty是怎么做的呢?
    (1)netty中数据的处理是在pipeline中,由每个handler进行处理,那么netty在定义pipeline时,默认在链表的头尾帮我们各自实现了一个handler用于资源分配与释放的。
    源码:
    在这里插入图片描述
    从这个ch.pipeline()方法点进去后,找到对应实现

在这里插入图片描述
在这里插入图片描述
我们可以发现,pipeline的创建是基于DefaultChannelPipeline.class这个类
在这里插入图片描述
我们找到DefaultChannelPipeline.class这个类,可以看到这head和tail在pipeline初始化的时候就被添加进去了
在这里插入图片描述
我们找到这个方法看看这个headContext,可以看到他继承自AbstractChannelHandlerContext,并实现了入站和出站事件处理方法
在这里插入图片描述
可以看到这是一个内部类,可以看到,他是实现了资源释放及异常处理的方法
在这里插入图片描述
正常情况下,如果事件在pipeline中正常传递的情况下,我们无需手动去管理资源,但是有一种情况,需要手动释放资源
在这里插入图片描述
上面的情况就是,当事件读取发生异常,或因为某些业务需求,不能将该事件向pipeline中传递时,需要自己实现资源释放逻辑
在这里插入图片描述
此外,大部分的业务逻辑是在入站事件中资源在某个handler中读取异常时终止传递,否则就正常传递,针对这种业务,netty还单独实现了一个handler来实现异常时自动释放资源,即 SimpleChannelInboundHandler:在这里插入图片描述
实现SimpleChannelInboundHandler后,在发生异常时我们无需手动去释放资源,看源码:

在这里插入图片描述
因此,到这里,关于资源释放的问题,我们可以有三种做法:
(1)无论何时都保证让业务在pipeline中正常传递,依靠DefaultPipeLine中的head和tail来保证资源的释放
(2)在代码逻辑中手动释放资源 如: ctx.fireChannelRead(msg);
(3)继承SimpleChannelInboundHandler这个类,重写channelRead0(ChannelHandlerContext ctx, ByteBuf msg)方法

  1. 同时处理入站和出站事件
    netty中根据业务模型为我们提供了 ChannelInboundHandlerAdapter 和 ChannelOutboundHandler分别处理入站和出站事件,但是有时,我们需要同时处理入站和出站事件,这里netty为我们提供了 ChannelDuplexHandler 这个实现,我们看源码:
    在这里插入图片描述

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