Netty 核心模块组件

Netty说自己是异步事件驱动的框架，并没有说网络模型用的是异步模型，异步事件驱动框架体现在所有的I/O操作是异步的，所有的IO调用会立即返回，并不保证调用成功与否，但是调用会返回ChannelFuture，netty会通过ChannelFuture通知你调用是成功了还是失败了亦或是取消了。

第 6 章 Netty 核心模块组件

6.1 Bootstrap、ServerBootstrap

Bootstrap 意思是引导，一个 Netty 应用通常由一个 Bootstrap 开始，主要作用是配置整个 Netty 程序，串联各个组件，Netty 中 Bootstrap 类是客户端程序的启动引导类，ServerBootstrap 是服务端启动引导类
常见的方法有
1.public ServerBootstrap group(EventLoopGroup parentGroup, EventLoopGroup childGroup)，该方法用于服务器端，用来设置两个 EventLoop
2.public B group(EventLoopGroup group) ，该方法用于客户端，用来设置一个 EventLoop
3.public B channel(Class<? extends C> channelClass)，该方法用来设置一个服务器端的通道实现
4.public <T> B option(ChannelOption<T> option, T value)，用来给 ServerChannel 添加配置
5.public <T> ServerBootstrap childOption(ChannelOption<T> childOption, T value)，用来给接收到的通道添加配置
6.public ServerBootstrap childHandler(ChannelHandler childHandler)，该方法用来设置业务处理类（自定义的 handler）Handler是对应bossGroup,chileHandler对应workGroup
7.public ChannelFuture bind(int inetPort) ，该方法用于服务器端，用来设置占用的端口号
8.public ChannelFuture connect(String inetHost, int inetPort) ，该方法用于客户端，用来连接服务器端

6.2 Future、ChannelFuture

Netty 中所有的 IO 操作都是异步的，不能立刻得知消息是否被正确处理。但是可以过一会等它执行完成或者直接注册一个监听，具体的实现就是通过 Future 和 ChannelFutures，他们可以注册一个监听，当操作执行成功或失败时监听会自动触发注册的监听事件
常见的方法有
Channel channel()，返回当前正在进行 IO 操作的通道
ChannelFuture sync()，等待异步操作执行完毕

6.3 Channel

Netty 网络通信的组件，能够用于执行网络 I/O 操作。
通过 Channel 可获得当前网络连接的通道的状态
通过 Channel 可获得网络连接的配置参数（例如接收缓冲区大小）
Channel 提供异步的网络 I/O 操作(如建立连接，读写，绑定端口)，异步调用意味着任何 I/O 调用都将立即返回，并且不保证在调用结束时所请求的 I/O 操作已完成
调用立即返回一个 ChannelFuture 实例，通过注册监听器到 ChannelFuture 上，可以 I/O 操作成功、失败或取消时回调通知调用方
支持关联 I/O 操作与对应的处理程序
不同协议、不同的阻塞类型的连接都有不同的 Channel 类型与之对应，
常用的 Channel 类型:
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，这些通道涵盖了 UDP 和 TCP 网络 IO 以及文件 IO。

6.4 Selector

Netty 基于 Selector 对象实现 I/O 多路复用，通过 Selector 一个线程可以监听多个连接的 Channel 事件。
当向一个 Selector 中注册 Channel 后，Selector 内部的机制就可以自动不断地查询(Select) 这些注册的 Channel 是否有已就绪的 I/O 事件（例如可读，可写，网络连接完成等），这样程序就可以很简单地使用一个线程高效地管理多个 Channel

6.5 ChannelHandler 及其实现类

ChannelHandler 是一个接口，处理 I/O 事件或拦截 I/O 操作，并将其转发到其 ChannelPipeline(业务处理链) 中的下一个处理程序。
ChannelHandler 本身并没有提供很多方法，因为这个接口有许多的方法需要实现，方便使用期间，可以继承它的子类
ChannelHandler 及其实现类一览图(后)

image.png
我们经常需要自定义一个 Handler 类去继承 ChannelInboundHandlerAdapter，然后通过重写相应方法实现业务逻辑，我们接下来看看一般都需要重写哪些方法

image.png

6.6 Pipeline 和 ChannelPipeline

ChannelPipeline 是一个重点：

ChannelPipeline 是一个 Handler 的集合，它负责处理和拦截 inbound 或者 outbound 的事件和操作，相当于一个贯穿 Netty 的链。(也可以这样理解：ChannelPipeline 是保存 ChannelHandler 的 List，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

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常用方法
ChannelPipeline addFirst(ChannelHandler... handlers)，把一个业务处理类（handler）添加到链中的第一个位置
ChannelPipeline addLast(ChannelHandler... handlers)，把一个业务处理类（handler）添加到链中的最后一个位置

6.7 ChannelHandlerContext

保存 Channel 相关的所有上下文信息，同时关联一个 ChannelHandler 对象
即 ChannelHandlerContext 中包含一个具体的事件处理器 ChannelHandler ，同时 ChannelHandlerContext 中也绑定了对应的 pipeline 和 Channel 的信息，方便对 ChannelHandler 进行调用.
常用方法

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IMG_2240(20201128-152503).JPG

image.png

6.8 ChannelOption

Netty 在创建 Channel 实例后,一般都需要设置 ChannelOption 参数。
ChannelOption 参数如下:

image.png

6.9 EventLoopGroup 和其实现类 NioEventLoopGroup

EventLoopGroup 是一组 EventLoop 的抽象，Netty 为了更好的利用多核 CPU 资源，一般会有多个 EventLoop 同时工作，每个 EventLoop 维护着一个 Selector 实例。
EventLoopGroup 提供 next 接口，可以从组里面按照一定规则获取其中一个 EventLoop 来处理任务。在 Netty 服务器端编程中，我们一般都需要提供两个 EventLoopGroup ，例如： BossEventLoopGroup 和 WorkerEventLoopGroup。
通常一个服务端口即一个 ServerSocketChannel 对应一个 Selector 和一个 EventLoop 线程。BossEventLoop 负责接收客户端的连接并将 SocketChannel 交给 WorkerEventLoopGroup 来进行 IO 处理，如下图所示

image.png
常用方法 public NioEventLoopGroup()，构造方法
public Future<?> shutdownGracefully()，断开连接，关闭线程

6.10 Unpooled 类

Netty 提供一个专门用来操作缓冲区(即 Netty 的数据容器)的工具类
常用方法如下所示

image.png
举例说明 Unpooled 获取 Netty 的数据容器 ByteBuf 的基本使用【案例演示】

image.png

案例 1

package com.atguigu.netty.buf;

import io.netty.buffer.ByteBuf;
import io.netty.buffer.Unpooled;

public class NettyByteBuf01 {
    public static void main(String[] args) {


        //创建一个ByteBuf
        //说明
        //1. 创建 对象，该对象包含一个数组arr , 是一个byte[10]
        //2. 在netty 的buffer中，不需要使用flip 进行反转
        //   底层维护了 readerindex 和 writerIndex
        //3. 通过 readerindex 和  writerIndex 和  capacity， 将buffer分成三个区域
        // 0---readerindex 已经读取的区域
        // readerindex---writerIndex ， 可读的区域
        // writerIndex -- capacity, 可写的区域
        ByteBuf buffer = Unpooled.buffer(10);

        for(int i = 0; i < 10; i++) {
            buffer.writeByte(i);
        }

        System.out.println("capacity=" + buffer.capacity());//10
        //输出
//        for(int i = 0; i<buffer.capacity(); i++) {
//            System.out.println(buffer.getByte(i));
//        }
        for(int i = 0; i < buffer.capacity(); i++) {
            System.out.println(buffer.readByte());
        }
        System.out.println("执行完毕");
    }
}

案例 2

package com.atguigu.netty.buf;

import io.netty.buffer.ByteBuf;
import io.netty.buffer.Unpooled;

import java.nio.charset.Charset;

public class NettyByteBuf02 {
    public static void main(String[] args) {

        //创建ByteBuf
        ByteBuf byteBuf = Unpooled.copiedBuffer("hello,world!", Charset.forName("utf-8"));

        //使用相关的方法
        if(byteBuf.hasArray()) { // true

            byte[] content = byteBuf.array();

            //将 content 转成字符串
            System.out.println(new String(content, Charset.forName("utf-8")));

            System.out.println("byteBuf=" + byteBuf);

            System.out.println(byteBuf.arrayOffset()); // 0
            System.out.println(byteBuf.readerIndex()); // 0
            System.out.println(byteBuf.writerIndex()); // 12
            System.out.println(byteBuf.capacity()); // 36

            //System.out.println(byteBuf.readByte()); //
            System.out.println(byteBuf.getByte(0)); // 104

            int len = byteBuf.readableBytes(); //可读的字节数  12
            System.out.println("len=" + len);

            //使用for取出各个字节
            for(int i = 0; i < len; i++) {
                System.out.println((char) byteBuf.getByte(i));
            }

            //按照某个范围读取
            System.out.println(byteBuf.getCharSequence(0, 4, Charset.forName("utf-8")));
            System.out.println(byteBuf.getCharSequence(4, 6, Charset.forName("utf-8")));


        }


    }
}

6.11 Netty 应用实例-群聊系统

实例要求:

编写一个 Netty 群聊系统，实现服务器端和客户端之间的数据简单通讯（非阻塞）
实现多人群聊
服务器端：可以监测用户上线，离线，并实现消息转发功能
客户端：通过 channel 可以无阻塞发送消息给其它所有用户，同时可以接受其它用户发送的消息(有服务器转发得到)
目的：进一步理解 Netty 非阻塞网络编程机制

image.png

GroupChatServer

package com.atguigu.netty.groupchat;

import io.netty.bootstrap.ServerBootstrap;
import io.netty.channel.*;
import io.netty.channel.nio.NioEventLoopGroup;
import io.netty.channel.socket.SocketChannel;
import io.netty.channel.socket.nio.NioServerSocketChannel;
import io.netty.handler.codec.string.StringDecoder;
import io.netty.handler.codec.string.StringEncoder;

public class GroupChatServer {

    private int port; //监听端口


    public GroupChatServer(int port) {
        this.port = port;
    }

    //编写run方法，处理客户端的请求
    public void run() throws  Exception{

        //创建两个线程组
        EventLoopGroup bossGroup = new NioEventLoopGroup(1);
        EventLoopGroup workerGroup = new NioEventLoopGroup(); //8个NioEventLoop

        try {
            ServerBootstrap b = new ServerBootstrap();

            b.group(bossGroup, workerGroup)
                    .channel(NioServerSocketChannel.class)
                    .option(ChannelOption.SO_BACKLOG, 128)
                    .childOption(ChannelOption.SO_KEEPALIVE, true)
                    .childHandler(new ChannelInitializer<SocketChannel>() {

                        @Override
                        protected void initChannel(SocketChannel ch) throws Exception {

                            //获取到pipeline
                            ChannelPipeline pipeline = ch.pipeline();
                            //向pipeline加入解码器
                            pipeline.addLast("decoder", new StringDecoder());
                            //向pipeline加入编码器
                            pipeline.addLast("encoder", new StringEncoder());
                            //加入自己的业务处理handler
                            pipeline.addLast(new GroupChatServerHandler());

                        }
                    });

            System.out.println("netty 服务器启动");
            ChannelFuture channelFuture = b.bind(port).sync();

            //监听关闭
            channelFuture.channel().closeFuture().sync();
        }finally {
            bossGroup.shutdownGracefully();
            workerGroup.shutdownGracefully();
        }

    }

    public static void main(String[] args) throws Exception {

        new GroupChatServer(7000).run();
    }
}

GroupChatServerHandler

package com.atguigu.netty.groupchat;

import io.netty.channel.Channel;
import io.netty.channel.ChannelHandlerContext;
import io.netty.channel.SimpleChannelInboundHandler;
import io.netty.channel.group.ChannelGroup;
import io.netty.channel.group.DefaultChannelGroup;
import io.netty.util.concurrent.GlobalEventExecutor;

import java.text.SimpleDateFormat;
import java.util.ArrayList;
import java.util.HashMap;
import java.util.List;
import java.util.Map;

public class GroupChatServerHandler extends SimpleChannelInboundHandler<String> {

    //public static List<Channel> channels = new ArrayList<Channel>();

    //使用一个hashmap 管理
    //public static Map<String, Channel> channels = new HashMap<String,Channel>();

    //定义一个channle 组，管理所有的channel
    //GlobalEventExecutor.INSTANCE) 是全局的事件执行器，是一个单例
    private static ChannelGroup  channelGroup = new DefaultChannelGroup(GlobalEventExecutor.INSTANCE);
    SimpleDateFormat sdf = new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd HH:mm:ss");


    //handlerAdded 表示连接建立，一旦连接，第一个被执行
    //将当前channel 加入到  channelGroup
    @Override
    public void handlerAdded(ChannelHandlerContext ctx) throws Exception {
        Channel channel = ctx.channel();
        //将该客户加入聊天的信息推送给其它在线的客户端
        /*
        该方法会将 channelGroup 中所有的channel 遍历，并发送 消息，
        我们不需要自己遍历
         */
        channelGroup.writeAndFlush("[客户端]" + channel.remoteAddress() + " 加入聊天" + sdf.format(new java.util.Date()) + " \n");
        channelGroup.add(channel);




    }

    //断开连接, 将xx客户离开信息推送给当前在线的客户
    @Override
    public void handlerRemoved(ChannelHandlerContext ctx) throws Exception {

        Channel channel = ctx.channel();
        channelGroup.writeAndFlush("[客户端]" + channel.remoteAddress() + " 离开了\n");
        System.out.println("channelGroup size" + channelGroup.size());

    }

    //表示channel 处于活动状态, 提示 xx上线
    @Override
    public void channelActive(ChannelHandlerContext ctx) throws Exception {

        System.out.println(ctx.channel().remoteAddress() + " 上线了~");
    }

    //表示channel 处于不活动状态, 提示 xx离线了
    @Override
    public void channelInactive(ChannelHandlerContext ctx) throws Exception {

        System.out.println(ctx.channel().remoteAddress() + " 离线了~");
    }

    //读取数据
    @Override
    protected void channelRead0(ChannelHandlerContext ctx, String msg) throws Exception {

        //获取到当前channel
        Channel channel = ctx.channel();
        //这时我们遍历channelGroup, 根据不同的情况，回送不同的消息

        channelGroup.forEach(ch -> {
            if(channel != ch) { //不是当前的channel,转发消息
                ch.writeAndFlush("[客户]" + channel.remoteAddress() + " 发送了消息" + msg + "\n");
            }else {//回显自己发送的消息给自己
                ch.writeAndFlush("[自己]发送了消息" + msg + "\n");
            }
        });
    }

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

GroupChatClient

package com.atguigu.netty.groupchat;

import io.netty.bootstrap.Bootstrap;
import io.netty.channel.*;
import io.netty.channel.nio.NioEventLoopGroup;
import io.netty.channel.socket.SocketChannel;
import io.netty.channel.socket.nio.NioSocketChannel;
import io.netty.handler.codec.string.StringDecoder;
import io.netty.handler.codec.string.StringEncoder;

import java.util.Scanner;


public class GroupChatClient {

    //属性
    private final String host;
    private final int port;

    public GroupChatClient(String host, int port) {
        this.host = host;
        this.port = port;
    }

    public void run() throws Exception{
        EventLoopGroup group = new NioEventLoopGroup();

        try {


        Bootstrap bootstrap = new Bootstrap()
                .group(group)
                .channel(NioSocketChannel.class)
                .handler(new ChannelInitializer<SocketChannel>() {

                    @Override
                    protected void initChannel(SocketChannel ch) throws Exception {

                        //得到pipeline
                        ChannelPipeline pipeline = ch.pipeline();
                        //加入相关handler
                        pipeline.addLast("decoder", new StringDecoder());
                        pipeline.addLast("encoder", new StringEncoder());
                        //加入自定义的handler
                        pipeline.addLast(new GroupChatClientHandler());
                    }
                });

        ChannelFuture channelFuture = bootstrap.connect(host, port).sync();
        //得到channel
            Channel channel = channelFuture.channel();
            System.out.println("-------" + channel.localAddress()+ "--------");
            //客户端需要输入信息，创建一个扫描器
            Scanner scanner = new Scanner(System.in);
            while (scanner.hasNextLine()) {
                String msg = scanner.nextLine();
                //通过channel 发送到服务器端
                channel.writeAndFlush(msg + "\r\n");
            }
        }finally {
            group.shutdownGracefully();
        }
    }

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        new GroupChatClient("127.0.0.1", 7000).run();
    }
}

GroupChatClientHandler

package com.atguigu.netty.groupchat;

import io.netty.channel.ChannelHandlerContext;
import io.netty.channel.SimpleChannelInboundHandler;

public class GroupChatClientHandler extends SimpleChannelInboundHandler<String> {
    @Override
    protected void channelRead0(ChannelHandlerContext ctx, String msg) throws Exception {
        System.out.println(msg.trim());
    }
}

6.12 Netty 心跳检测机制案例