Netty的简介与实战

Netty简介

一、背景与来源

  • Netty最初是由JBOSS提供的一个Java开源框架，现在已成为Github上的独立项目。
  • 它基于Java的NIO（New Input/Output）模型，提供了简单而强大的抽象，使得网络编程变得更加容易和高效。

二、特点与优势

  1. 高性能：Netty使用高效的Reactor模式，采用非阻塞I/O操作，以及优化的内存管理和缓冲区池，确保了高性能的数据处理和传输。与其他业界主流的NIO框架相比，Netty在吞吐量、延迟、资源消耗等方面都表现出色。
  2. 异步事件驱动：Netty基于事件驱动模型，能够轻松处理并发连接和高吞吐量的数据传输。它处理连接、读写、异常等事件，并通过事件处理器将这些事件传递给应用程序，使开发者能够集中处理业务逻辑。
  3. 支持多种协议：Netty支持多种传输协议，包括TCP、UDP、HTTP、HTTPS、WebSocket、Google Protocol Buffers等，还可以通过扩展支持其他自定义协议。这使得开发者能够更轻松地处理不同协议的网络通信。
  4. 可扩展性：Netty提供了灵活的Pipeline机制，允许开发者通过ChannelHandler链来处理网络事件，实现自定义的编解码器、拦截器等组件。通过这种模块化的设计，可以轻松扩展和定制Netty的功能。
  5. 易用性：Netty提供了简洁的API和详细的文档，使得开发者能够快速上手和实现复杂的网络功能。同时，Netty的社区非常活跃，有大量的资源和经验可供参考。
  6. 跨平台：Netty可运行在多种操作系统和Java版本上，保证了良好的跨平台兼容性。

三、核心组件与功能

Netty框架主要由以下几个核心组件构成，这些组件共同构建了Netty的整体架构，分别负责处理不同的功能和逻辑：

  1. Channel：Channel是Netty中的基本抽象，代表一个连接或通信的载体，可以是TCP连接、UDP套接字等。Channel负责I/O操作的执行，并维护连接的状态。
  2. EventLoop：EventLoop是Netty中的事件循环，负责处理I/O操作和任务调度。每个EventLoop都与一个线程关联，并分配给一个或多个Channel。EventLoop负责将事件分发给对应的ChannelHandler进行处理。
  3. ChannelHandler：ChannelHandler是Netty中的处理器接口，负责处理网络事件，如连接建立、数据读写、异常处理等。开发者可以实现自定义的ChannelHandler以处理特定的业务逻辑。
  4. ChannelPipeline：ChannelPipeline是一个ChannelHandler的链表，负责管理和调度ChannelHandler。当一个网络事件发生时，ChannelPipeline会按照链表顺序将事件传递给各个ChannelHandler，直到其中一个处理器处理了事件或者到达链表尾部。
  5. ChannelHandlerContext：ChannelHandlerContext是ChannelHandler与ChannelPipeline之间的桥梁，允许ChannelHandler与Pipeline以及其他Handler进行交互。通过ChannelHandlerContext，Handler可以访问Channel、Pipeline，以及发送事件给其他Handler。
  6. ByteBuf：ByteBuf是Netty中的字节缓冲区，用于存储和处理字节数据。相较于Java的ByteBuffer，ByteBuf提供了更高效的内存管理和更简洁的API，支持自动扩容、复合缓冲区等特性。
  7. Bootstrap：Bootstrap是Netty中的启动类，用于配置和启动客户端或服务器。通过Bootstrap，开发者可以设置Channel的初始化参数、事件处理器等，以及绑定端口和启动监听。

四、应用场景与实例

Netty被广泛应用于分布式系统、实时通信、游戏开发等场景。例如，RocketMQ、Elasticsearch、Dubbo等知名的开源项目和大型企业都使用了Netty作为底层网络通信框架。这些应用通过Netty的高性能和灵活的设计，实现了高效、可靠的网络通信。

实战

netty服务器

@Componentpublic class NettyServer {static final Logger log = LoggerFactory.getLogger(NettyServer.class);/*** 端口号*/@Value("${webSocket.netty.port:8888}")int port;EventLoopGroup bossGroup;EventLoopGroup workGroup;@AutowiredProjectInitializer nettyInitializer;@PostConstructpublic void start() throws InterruptedException {new Thread(() -> {bossGroup = new NioEventLoopGroup();workGroup = new NioEventLoopGroup();ServerBootstrap bootstrap = new ServerBootstrap();// bossGroup辅助客户端的tcp连接请求, workGroup负责与客户端之前的读写操作bootstrap.group(bossGroup, workGroup);// 设置NIO类型的channelbootstrap.channel(NioServerSocketChannel.class);// 设置监听端口bootstrap.localAddress(new InetSocketAddress(port));// 设置管道bootstrap.childHandler(nettyInitializer);// 配置完成，开始绑定server，通过调用sync同步方法阻塞直到绑定成功ChannelFuture channelFuture = null;try {channelFuture = bootstrap.bind().sync();log.info("Server started and listen on:{}", channelFuture.channel().localAddress());// 对关闭通道进行监听channelFuture.channel().closeFuture().sync();} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}}).start();}/*** 释放资源*/@PreDestroypublic void destroy() throws InterruptedException {if (bossGroup != null) {bossGroup.shutdownGracefully().sync();}if (workGroup != null) {workGroup.shutdownGracefully().sync();}}
}

Netty配置

管理全局Channel以及用户对应的channel（推送消息）

  public class NettyConfig {/*** 定义全局单利channel组 管理所有channel*/private static volatile ChannelGroup channelGroup = null;/*** 存放请求ID与channel的对应关系*/private static volatile ConcurrentHashMap<String, Channel> channelMap = null;/*** 定义两把锁*/private static final Object lock1 = new Object();private static final Object lock2 = new Object();public static ChannelGroup getChannelGroup() {if (null == channelGroup) {synchronized (lock1) {if (null == channelGroup) {channelGroup = new DefaultChannelGroup(GlobalEventExecutor.INSTANCE);}}}return channelGroup;}public static ConcurrentHashMap<String, Channel> getChannelMap() {if (null == channelMap) {synchronized (lock2) {if (null == channelMap) {channelMap = new ConcurrentHashMap<>();}}}return channelMap;}public static Channel getChannel(String userId) {if (null == channelMap) {return getChannelMap().get(userId);}return channelMap.get(userId);}}

管道配置

@Component
public class ProjectInitializer extends ChannelInitializer<SocketChannel> {/*** webSocket协议名*/static final String WEBSOCKET_PROTOCOL = "WebSocket";/*** webSocket路径*/@Value("${webSocket.netty.path:/webSocket}")String webSocketPath;@AutowiredWebSocketHandler webSocketHandler;@Overrideprotected void initChannel(SocketChannel socketChannel) throws Exception {// 设置管道ChannelPipeline pipeline = socketChannel.pipeline();// 流水线管理通道中的处理程序（Handler），用来处理业务// webSocket协议本身是基于http协议的，所以这边也要使用http编解码器pipeline.addLast(new HttpServerCodec());pipeline.addLast(new ObjectEncoder());// 以块的方式来写的处理器pipeline.addLast(new ChunkedWriteHandler());pipeline.addLast(new HttpObjectAggregator(8192));pipeline.addLast(new WebSocketServerProtocolHandler(webSocketPath, WEBSOCKET_PROTOCOL, true, 65536 * 10));// 自定义的handler，处理业务逻辑pipeline.addLast(webSocketHandler);}
}

自定义handler

 @Component@ChannelHandler.Sharablepublic class WebSocketHandler extends SimpleChannelInboundHandler<TextWebSocketFrame> {private static final Logger log = LoggerFactory.getLogger(NettyServer.class);/*** 一旦连接，第一个被执行*/@Overridepublic void handlerAdded(ChannelHandlerContext ctx) throws Exception {log.info("有新的客户端链接：[{}]", ctx.channel().id().asLongText());// 添加到channelGroup 通道组NettyConfig.getChannelGroup().add(ctx.channel());}/*** 读取数据*/@Overrideprotected void channelRead0(ChannelHandlerContext ctx, TextWebSocketFrame msg) throws Exception {log.info("服务器收到消息：{}", msg.text());// 获取用户ID,关联channelJSONObject jsonObject = JSONUtil.parseObj(msg.text());String uid = jsonObject.getStr("uid");NettyConfig.getChannelMap().put(uid, ctx.channel());// 将用户ID作为自定义属性加入到channel中，方便随时channel中获取用户IDAttributeKey<String> key = AttributeKey.valueOf("userId");ctx.channel().attr(key).setIfAbsent(uid);// 回复消息ctx.channel().writeAndFlush(new TextWebSocketFrame("服务器收到消息啦"));}@Overridepublic void handlerRemoved(ChannelHandlerContext ctx) throws Exception {log.info("用户下线了:{}", ctx.channel().id().asLongText());// 删除通道NettyConfig.getChannelGroup().remove(ctx.channel());removeUserId(ctx);}@Overridepublic void exceptionCaught(ChannelHandlerContext ctx, Throwable cause) throws Exception {log.info("异常：{}", cause.getMessage());// 删除通道NettyConfig.getChannelGroup().remove(ctx.channel());removeUserId(ctx);ctx.close();}/*** 删除用户与channel的对应关系*/private void removeUserId(ChannelHandlerContext ctx) {AttributeKey<String> key = AttributeKey.valueOf("userId");String userId = ctx.channel().attr(key).get();NettyConfig.getChannelMap().remove(userId);}}推送消息接口及实现类public interface PushMsgService {/*** 推送给指定用户*/void pushMsgToOne(String userId, String msg);/*** 推送给所有用户*/void pushMsgToAll(String msg);}@Servicepublic class PushMsgServiceImpl implements PushMsgService {@Overridepublic void pushMsgToOne(String userId, String msg) {Channel channel = NettyConfig.getChannel(userId);if (Objects.isNull(channel)) {throw new RuntimeException("未连接socket服务器");}channel.writeAndFlush(new TextWebSocketFrame(msg));}@Overridepublic void pushMsgToAll(String msg) {NettyConfig.getChannelGroup().writeAndFlush(new TextWebSocketFrame(msg));}}

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