使用Netty搭建udp服务和http服务

一、 组件介绍

  • Channel
    在 Netty 中, Channel 是一个 Socket 连接的抽象, 它为用户提供了关于底层 Socket 状态(是否是连接还是断开) 以及对 Socket 的读写等操作。
    服务器连接监听的channel ,也叫 parent channel。 对应每一个客户端连接读写的channel,叫 child channel
  • EventLoopGroup
    Netty的调度模块称为EvenLoopGroup,它包含一组EventLoop,Channel通过注册到EventLoop中执行操作。默认EventLoop个数为cpu核数的两倍
    BossGroup(boss线程组):相当于mainReactor,负责建立连接并且把连接注册到WorkGroup中。
    WorkerGroup(worker线程组):相当于subReactor,WorkGroup负责处理连接对应的读写事件。
    boss group和worker goup相当于多Reactor多线程设计模式。
    EvenLoopGroup.png
  • Channel类型
    NioDatagramChannel,表示异步的UDP连接;
    NioSocketChannel表示异步的TCP连接
    NioServerSocketChannel表示异步的TCP Socket连接,对每一个新进来的连接都会创建一个SocketChannel。
  • Bootstrap和ServerBootstrap
    启动器,完成Netty客户端或服务端的初始化;
    因为UDP是无连接的,所有直接使用Bootstrap;Http则使用ServerBootstrap
    启动流程:
    BootstrapStart.png

二、主要逻辑

udp服务启动相关逻辑:

public void startUdpServer(){
    EventLoopGroup group = new NioEventLoopGroup();
    try {
        Bootstrap bootstrap = new Bootstrap();
        bootstrap.group(group)  //配置一个线程组
                .channel(NioDatagramChannel.class)  //设置channel类型为UPD
                .option(ChannelOption.SO_BROADCAST, true)   //支持广播
                .option(ChannelOption.SO_RCVBUF, 2048 * 1024)// 设置channel读缓冲区大小
                .option(ChannelOption.SO_SNDBUF, 2048 * 1024)// 设置channel写缓冲区大小
                .handler(new ChannelInitializer<Channel>() {
                    @Override
                    protected void initChannel(Channel ch) throws Exception {       //装配handler流水线
                        ChannelPipeline pipeline = ch.pipeline();    //Handler将按pipeline中添加的顺序执行
                        pipeline.addLast(new UdpServerHandler(serviceFactory));   //自定义的处理器
                    }
                });
        //绑定端口(默认是异步的,可以加ChannelFunture的监听事件),sync()同步阻塞等待连接成功;客户端使用.connect(host, port)连接
        ChannelFuture channelFuture = bootstrap.bind(port).sync();     
        log.info("udp服务器启动,端口为"+port);
        nettyUtil.setChannel(channelFuture.channel());
        //sync()同步阻塞等待channel关闭
        channelFuture.channel().closeFuture().sync();
    } catch (InterruptedException e) {
        e.printStackTrace();
    }finally{
        //关闭资源
        group.shutdownGracefully();
    }
}

udp自定义handler相关逻辑,注意这里泛型为DatagramPacket,表示接收处理UDP报文

@Slf4j
public class UdpServerHandler extends SimpleChannelInboundHandler<DatagramPacket> {
    
    private ServiceFactory serviceFactory;
    //创建可缓存线程池
    ExecutorService executorService = Executors.newCachedThreadPool();
    
    public ServerHandler(ServiceFactory serviceFactory){
        this.serviceFactory = serviceFactory;
    }

    //监听channel的消息,注意此时的handler为单线程处理,可以把请求加到线程池中提升效率
    @Override
    protected void channelRead0(ChannelHandlerContext ctx, DatagramPacket packet) throws Exception {
        DatagramPacket p = packet.copy();
        //将请求放在线程池处理
        executorService.execute(new UdpHandlerRunnable(p));
    }
    
    class UdpHandlerRunnable implements Runnable{
        DatagramPacket packet;
        UdpHandlerRunnable(DatagramPacket packet){
            this.packet = packet;
        }
        public void run(){
            ByteBuf byteBuf = packet.content();
            byteBuf.retain();       // byteBuf引用计数加1,避免报引用为0异常
            String content = new String(ByteBufUtil.getBytes(byteBuf));
            log.info("得到来自 "+packet.sender()+" 的请求, content = " + content);
            // 业务逻辑
            // ...
            byteBuf.release();  //注意释放byteBuf和packet
            packet.release();
        }
    }

}

http服务启动相关逻辑

public void startHttpServer(){
    EventLoopGroup bossGroup = new NioEventLoopGroup();      //boss工作组
    EventLoopGroup workerGroup = new NioEventLoopGroup();  //worker工作组
    try {
        ServerBootstrap serverBootstrap = new ServerBootstrap();
        serverBootstrap
                .group(bossGroup, workerGroup)
                .channel(NioServerSocketChannel.class)                //设置channel类型为NioServerSocketChannel
                .childOption(ChannelOption.SO_RCVBUF, 2048 * 1024)// 设置channel读缓冲区为2M
                .childOption(ChannelOption.SO_SNDBUF, 1024 * 1024)// 设置channel写缓冲区为1M
                .childHandler(new ChannelInitializer<Channel>() {
                    @Override
                    protected void initChannel(Channel ch) throws Exception {       //装配handler流水线
                        ChannelPipeline pipeline = ch.pipeline();
                        pipeline.addLast(new HttpResponseEncoder());    //编码器
                        pipeline.addLast(new HttpRequestDecoder());      //解码器
                        pipeline.addLast("aggregator", new HttpObjectAggregator(65536));//设置块的最大字节数
                        pipeline.addLast(new HttpServerHandler(serviceFactory));   //自定义的处理器
                    }
                });
        ChannelFuture channelFuture = serverBootstrap.bind(port).sync();      //绑定端口,sync()同步阻塞等待连接成功
        log.info("http服务器启动,端口为"+port);
        nettyUtil.setChannel(channelFuture.channel());
        //sync()同步阻塞等待channel关闭
        channelFuture.channel().closeFuture().sync();
    }catch (InterruptedException e) {
        e.printStackTrace();
    }finally{
        //关闭资源
        bossGroup.shutdownGracefully();
        workerGroup.shutdownGracefully();
    }
}

http自定义handler相关逻辑

@Slf4j
public class HttpServerHandler extends SimpleChannelInboundHandler<FullHttpRequest> {
    private ServiceFactory serviceFactory;
    public HttpServerHandler(ServiceFactory serviceFactory){
        this.serviceFactory = serviceFactory;
    }

    //监听channel的消息
    @Override
    protected void channelRead0(ChannelHandlerContext ctx, FullHttpRequest request) throws Exception {
        String method = request.method().name();
        String uri = request.uri();
        String body = fullHttpRequest.content().toString(CharsetUtil.UTF_8);
        log.info("method = {}, uri = {}, body = {}", method, uri, body);
        //具体业务逻辑...
    }

    //异常捕获
    @Override
    public void exceptionCaught(ChannelHandlerContext ctx, Throwable cause)
            throws Exception {
        cause.printStackTrace();
        NettyUtil.httpResponse(ctx.channel(), Error.error("错误请求"));
    }
    
}

发送请求的工具类

/**
     * udp单播发送
     * @param host
     * @param port
     * @param pushMsg   待发送的信息
     */
    public void singleCast(String host, int port, String pushMsg){
        InetSocketAddress remoteAddress = new InetSocketAddress(host, port);    //远程地址
        ByteBuf byteBuf1 = new UnpooledByteBufAllocator(false).buffer();
        byteBuf1.writeCharSequence(pushMsg, CharsetUtil.UTF_8);
        DatagramPacket packet = new DatagramPacket(byteBuf1, remoteAddress);
        this.channel.writeAndFlush(packet);
    }

    /**
     * http响应
     * @param channel
     * @param sendMsg   响应的信息
     */
    public void httpResponse(Channel channel, String sendMsg){
        FullHttpResponse response = new DefaultFullHttpResponse(
                HttpVersion.HTTP_1_1,
                HttpResponseStatus.OK,
                Unpooled.wrappedBuffer(sendMsg.getBytes(CharsetUtil.UTF_8)));
        response.headers().set(HttpHeaderNames.CONTENT_TYPE, "text/plain;charset=UTF-8");
        response.headers().set(HttpHeaderNames.CONTENT_LENGTH, response.content().readableBytes());
        response.headers().set(HttpHeaderNames.CONNECTION, HttpHeaderValues.KEEP_ALIVE);
        channel.writeAndFlush(response);
    }

    /**
     * 参数转map
     * @param fullReq
     * @return
     */
    public Map<String, String> parse(FullHttpRequest fullReq) {
        try{
            HttpMethod method = fullReq.method();
            Map<String, String> parmMap = new HashMap<>();
            if (HttpMethod.GET == method) {
                // 是GET请求
                QueryStringDecoder decoder = new QueryStringDecoder(fullReq.uri());
                decoder.parameters().entrySet().forEach( entry -> {
                    // entry.getValue()是一个List, 只取第一个元素
                    parmMap.put(entry.getKey(), entry.getValue().get(0));
                });
            } else if (HttpMethod.POST == method) {
                // 是POST请求
                HttpPostRequestDecoder decoder = new HttpPostRequestDecoder(fullReq);
                decoder.offer(fullReq);
                List<InterfaceHttpData> parmList = decoder.getBodyHttpDatas();
                for (InterfaceHttpData parm : parmList) {

                    Attribute data = (Attribute) parm;
                    parmMap.put(data.getName(), data.getValue());
                }

            } else {
                // 不支持其它方法
                log.error("暂不支持该方法");
            }
            return parmMap;
        }catch (IOException e) {
            return null;
        }
    }

    /**
     * 文件下载
     * @param ctx
     * @param fileName
     * @param type
     */
    public void responseExportFile(ChannelHandlerContext ctx, String fileName, String type) {

        try {
            StringBuilder path = new StringBuilder();
            if( type.equals("1") ){ //apk
                path.append(".").append(File.separator).append("upload").append(File.separator).append("apk").append(File.separator).append(fileName);
            }
            if( type.equals("2") ){ //图片
                path.append(".").append(File.separator).append("upload").append(File.separator).append("img").append(File.separator).append(fileName);
            }
            File file = new File(path.toString()).getCanonicalFile();
            if(!file.exists()){
                log.error("下载文件不存在, path = {}", path);
                this.httpResponse(ctx.channel(), JSON.toJSONString(Result.failure("下载文件不存在")));
                return;
            }
            //随机读取文件
            final RandomAccessFile raf = new RandomAccessFile(file, "r");
            long fileLength = raf.length();
            //定义response对象
            HttpResponse response = new DefaultHttpResponse(HttpVersion.HTTP_1_1, HttpResponseStatus.OK);
            //设置请求头部
            response.headers().set(HttpHeaderNames.CONTENT_LENGTH, fileLength);
            response.headers().set(HttpHeaderNames.CONTENT_TYPE, "application/octet-stream; charset=UTF-8");
            response.headers().add(HttpHeaderNames.CONTENT_DISPOSITION,
                    "attachment; filename=\"" + URLEncoder.encode(file.getName(), "UTF-8") + "\";");
            ctx.write(response);
            //设置事件通知对象
            ChannelFuture sendFileFuture = ctx
                    .write(new DefaultFileRegion(raf.getChannel(), 0, fileLength), ctx.newProgressivePromise());
            sendFileFuture.addListener(new ChannelProgressiveFutureListener() {
                //文件传输完成执行监听器
                @Override
                public void operationComplete(ChannelProgressiveFuture future)
                        throws Exception {
                   log.info("文件 {} 下载成功.", fileName);
                }
                //文件传输进度监听器
                @Override
                public void operationProgressed(ChannelProgressiveFuture future,
                                                long progress, long total) throws Exception {
                }
            });
            //刷新缓冲区数据,文件结束标志符
            ctx.writeAndFlush(LastHttpContent.EMPTY_LAST_CONTENT);
        } catch (FileNotFoundException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
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