Netty简单demo

什么是Netty

Netty 是一个利用 Java 的高级网络的能力,隐藏其背后的复杂性而提供一个易于使用的 API 的客户端/服务器框架。
Netty 是一个广泛使用的 Java 网络编程框架(Netty 在 2011 年获得了Duke's Choice Award,见https://www.java.net/dukeschoice/2011)。
它活跃和成长于用户社区,像大型公司 Facebook 和 Instagram 以及流行 
开源项目如 Infinispan, HornetQ, Vert.x, Apache Cassandra 和 Elasticsearch 等,
都利用其强大的对于网络抽象的核心代码。

以上是摘自《Essential Netty In Action》这本书,本文的内容也是本人读了这本书之后的一些整理心得,如有不当之处欢迎大虾们指正

Netty和Tomcat有什么区别?

Netty和Tomcat最大的区别就在于通信协议,Tomcat是基于Http协议的,他的实质是一个基于http协议的web容器,但是Netty不一样,他能通过编程自定义各种协议,因为netty能够通过codec自己来编码/解码字节流,完成类似redis访问的功能,这就是netty和tomcat最大的不同。

有人说netty的性能就一定比tomcat性能高,其实不然,tomcat从6.x开始就支持了nio模式,并且后续还有arp模式——一种通过jni调用apache网络库的模式,相比于旧的bio模式,并发性能得到了很大提高,特别是arp模式,而netty是否比tomcat性能更高,则要取决于netty程序作者的技术实力了。

Netty为什么并发高

Netty是一款基于NIO(Nonblocking I/O,非阻塞IO)开发的网络通信框架,对比于BIO(Blocking I/O,阻塞IO),他的并发性能得到了很大提高

五种常见的IO模型

  • BIO,同步阻塞IO,阻塞整个步骤,如果连接少,他的延迟是最低的,因为一个线程只处理一个连接,适用于少连接且延迟低的场景,比如说数据库连接
  • NIO,同步非阻塞IO,阻塞业务处理但不阻塞数据接收,适用于高并发且处理简单的场景,比如聊天软件
  • 多路复用IO,他的两个步骤处理是分开的,也就是说,一个连接可能他的数据接收是线程a完成的,数据处理是线程b完成的,他比BIO能处理更多请求,但是比不上NIO,但是他的处理性能又比BIO更差,因为一个连接他需要两次system call,而BIO只需要一次,所以这种IO模型应用的不多
  • 信号驱动IO,这种IO模型主要用在嵌入式开发,不参与讨论
  • 异步IO,他的数据请求和数据处理都是异步的,数据请求一次返回一次,适用于长连接的业务场景

内容摘自Linux IO模式及 select、poll、epoll详解

三种IO模式代码比较

  • 阻塞IO
public class PlainOioServer {
    public void serve(int port) throws IOException {
        final ServerSocket socket = new ServerSocket(port);     //1
        try {
            for (;;) {
                final Socket clientSocket = socket.accept();    //2
                System.out.println("Accepted connection from " + clientSocket);

                new Thread(new Runnable() {                        //3
                    @Override
                    public void run() {
                        OutputStream out;
                        try {
                            out = clientSocket.getOutputStream();
                            out.write("Hi!\r\n".getBytes(Charset.forName("UTF-8")));                            //4
                            out.flush();
                            clientSocket.close();                //5

                        } catch (IOException e) {
                            e.printStackTrace();
                            try {
                                clientSocket.close();
                            } catch (IOException ex) {
                                // ignore on close
                            }
                        }
                    }
                }).start();                                        //6
            }
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}
  • 非阻塞IO (NIO)
public class PlainNioServer {
    public void serve(int port) throws IOException {
        ServerSocketChannel serverChannel = ServerSocketChannel.open();
        serverChannel.configureBlocking(false);
        ServerSocket ss = serverChannel.socket();
        InetSocketAddress address = new InetSocketAddress(port);
        ss.bind(address);                                            //1
        Selector selector = Selector.open();                        //2
        serverChannel.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT);    //3
        final ByteBuffer msg = ByteBuffer.wrap("Hi!\r\n".getBytes());
        for (;;) {
            try {
                selector.select();                                    //4
            } catch (IOException ex) {
                ex.printStackTrace();
                // handle exception
                break;
            }
            Set<SelectionKey> readyKeys = selector.selectedKeys();    //5
            Iterator<SelectionKey> iterator = readyKeys.iterator();
            while (iterator.hasNext()) {
                SelectionKey key = iterator.next();
                iterator.remove();
                try {
                    if (key.isAcceptable()) {                //6
                        ServerSocketChannel server =
                                (ServerSocketChannel)key.channel();
                        SocketChannel client = server.accept();
                        client.configureBlocking(false);
                        client.register(selector, SelectionKey.OP_WRITE |
                                SelectionKey.OP_READ, msg.duplicate());    //7
                        System.out.println(
                                "Accepted connection from " + client);
                    }
                    if (key.isWritable()) {                //8
                        SocketChannel client =
                                (SocketChannel)key.channel();
                        ByteBuffer buffer =
                                (ByteBuffer)key.attachment();
                        while (buffer.hasRemaining()) {
                            if (client.write(buffer) == 0) {        //9
                                break;
                            }
                        }
                        client.close();                    //10
                    }
                } catch (IOException ex) {
                    key.cancel();
                    try {
                        key.channel().close();
                    } catch (IOException cex) {
                        // 在关闭时忽略
                    }
                }
            }
        }
    }
}
  • netty 实现
public class NettyOioServer {

    public void server(int port) throws Exception {
        final ByteBuf buf = Unpooled.unreleasableBuffer(
                Unpooled.copiedBuffer("Hi!\r\n", Charset.forName("UTF-8")));
        EventLoopGroup group = new OioEventLoopGroup();
        try {
            ServerBootstrap b = new ServerBootstrap();        //1

            b.group(group)                                    //2
             .channel(OioServerSocketChannel.class)
             .localAddress(new InetSocketAddress(port))
             .childHandler(new ChannelInitializer<SocketChannel>() {//3
                 @Override
                 public void initChannel(SocketChannel ch) 
                     throws Exception {
                     ch.pipeline().addLast(new ChannelInboundHandlerAdapter() {            //4
                         @Override
                         public void channelActive(ChannelHandlerContext ctx) throws Exception {
                             ctx.writeAndFlush(buf.duplicate()).addListener(ChannelFutureListener.CLOSE);//5
                         }
                     });
                 }
             });
            ChannelFuture f = b.bind().sync();  //6
            f.channel().closeFuture().sync();
        } finally {
            group.shutdownGracefully().sync();        //7
        }
    }
}
netty 功能点介绍
  • Channel 表示一个连接通道,可以理解为每一个请求,就是一个Channel
  • ChanelHandler 处理业务
  • ChannelHandlerContext 用于传输业务数据
  • ChannelPipeline 用于保存处理过程需要用到的ChannelHandler和ChannelHandlerContext

动手搭建Netty实战

  • TCP服务处理代码
import io.netty.channel.ChannelHandlerContext;
import io.netty.channel.SimpleChannelInboundHandler;
import org.apache.log4j.Logger;

/**
 * @author create by yingjie.chen on 2018/3/26.
 * @version 2018/3/26 17:03
 */


public class TcpServerHandler extends SimpleChannelInboundHandler<Object>{
    private static final Logger logger = Logger.getLogger(TcpServerHandler.class);
    @Override
    protected void channelRead0(ChannelHandlerContext ctx, Object msg) throws Exception {
        logger.info("SERVER接收到消息:"+msg);
        ctx.channel().writeAndFlush("yes, server is accepted you ,nice !"+msg);
    }


}
  • TCP服务端
import org.apache.log4j.Logger;

import io.netty.bootstrap.ServerBootstrap;
import io.netty.channel.ChannelInitializer;
import io.netty.channel.ChannelPipeline;
import io.netty.channel.EventLoopGroup;
import io.netty.channel.nio.NioEventLoopGroup;
import io.netty.channel.socket.SocketChannel;
import io.netty.channel.socket.nio.NioServerSocketChannel;
import io.netty.handler.codec.LengthFieldBasedFrameDecoder;
import io.netty.handler.codec.LengthFieldPrepender;
import io.netty.handler.codec.string.StringDecoder;
import io.netty.handler.codec.string.StringEncoder;
import io.netty.util.CharsetUtil;
/**
 * @author create by yingjie.chen on 2018/3/26.
 * @version 2018/3/26 17:07
 */
public class TcpServer {
    private static final Logger logger = Logger.getLogger(TcpServer.class);
    private static final String IP = "127.0.0.1";
    private static final int PORT = 9999;
    /**用于分配处理业务线程的线程组个数 */
    protected static final int BIZGROUPSIZE = Runtime.getRuntime().availableProcessors()*2; //默认
    /** 业务出现线程大小*/
    protected static final int BIZTHREADSIZE = 4;
    /*
 * NioEventLoopGroup实际上就是个线程池,
 * NioEventLoopGroup在后台启动了n个NioEventLoop来处理Channel事件,
 * 每一个NioEventLoop负责处理m个Channel,
 * NioEventLoopGroup从NioEventLoop数组里挨个取出NioEventLoop来处理Channel
 */
    private static final EventLoopGroup bossGroup = new NioEventLoopGroup(BIZGROUPSIZE);
    private static final EventLoopGroup workerGroup = new NioEventLoopGroup(BIZTHREADSIZE);

    protected static void run() throws Exception {
        ServerBootstrap b = new ServerBootstrap();
        b.group(bossGroup, workerGroup);
        b.channel(NioServerSocketChannel.class);
        b.childHandler(new ChannelInitializer<SocketChannel>() {
            @Override
            public void initChannel(SocketChannel ch) throws Exception {
                ChannelPipeline pipeline = ch.pipeline();
                pipeline.addLast("frameDecoder", new LengthFieldBasedFrameDecoder(Integer.MAX_VALUE, 0, 4, 0, 4));
                pipeline.addLast("frameEncoder", new LengthFieldPrepender(4));
                pipeline.addLast("decoder", new StringDecoder(CharsetUtil.UTF_8));
                pipeline.addLast("encoder", new StringEncoder(CharsetUtil.UTF_8));
                pipeline.addLast(new TcpServerHandler());
            }
        });

        b.bind(IP, PORT).sync();
        logger.info("TCP服务器已启动");
    }

    protected static void shutdown() {
        workerGroup.shutdownGracefully();
        bossGroup.shutdownGracefully();
    }

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        logger.info("开始启动TCP服务器...");
        TcpServer.run();
//      TcpServer.shutdown();
    }
}
  • TCP客户端处理代码
import io.netty.channel.ChannelHandlerContext;
import io.netty.channel.SimpleChannelInboundHandler;
import org.apache.log4j.Logger;

/**
 * @author create by yingjie.chen on 2018/3/26.
 * @version 2018/3/26 17:08
 */
public class TcpClientHandler extends SimpleChannelInboundHandler<Object> {

    private static final Logger logger = Logger.getLogger(TcpClientHandler.class);

    @Override
    protected void channelRead0(ChannelHandlerContext ctx, Object msg)
            throws Exception {
        //messageReceived方法,名称很别扭,像是一个内部方法.
        logger.info("client接收到服务器返回的消息:"+msg);

    }

}
  • TCP客户端
import io.netty.bootstrap.Bootstrap;
import io.netty.channel.Channel;
import io.netty.channel.ChannelInitializer;
import io.netty.channel.ChannelOption;
import io.netty.channel.ChannelPipeline;
import io.netty.channel.EventLoopGroup;
import io.netty.channel.nio.NioEventLoopGroup;
import io.netty.channel.socket.nio.NioSocketChannel;
import io.netty.handler.codec.LengthFieldBasedFrameDecoder;
import io.netty.handler.codec.LengthFieldPrepender;
import io.netty.handler.codec.string.StringDecoder;
import io.netty.handler.codec.string.StringEncoder;
import io.netty.util.CharsetUtil;

import org.apache.log4j.Logger;

/**
 * @author create by yingjie.chen on 2018/3/26.
 * @version 2018/3/26 17:08
 */
public class TcpClient {
    private static final Logger logger = Logger.getLogger(TcpClient.class);
    public static String HOST = "127.0.0.1";
    public static int PORT = 9999;

    public static Bootstrap bootstrap = getBootstrap();
    public static Channel channel = getChannel(HOST,PORT);
    /**
     * 初始化Bootstrap
     * @return
     */
    public static final Bootstrap getBootstrap(){
        EventLoopGroup group = new NioEventLoopGroup();
        Bootstrap b = new Bootstrap();
        b.group(group).channel(NioSocketChannel.class);
        b.handler(new ChannelInitializer<Channel>() {
            @Override
            protected void initChannel(Channel ch) throws Exception {
                ChannelPipeline pipeline = ch.pipeline();
                pipeline.addLast("frameDecoder", new LengthFieldBasedFrameDecoder(Integer.MAX_VALUE, 0, 4, 0, 4));
                pipeline.addLast("frameEncoder", new LengthFieldPrepender(4));
                pipeline.addLast("decoder", new StringDecoder(CharsetUtil.UTF_8));
                pipeline.addLast("encoder", new StringEncoder(CharsetUtil.UTF_8));
                pipeline.addLast("handler", new TcpClientHandler());
            }
        });
        b.option(ChannelOption.SO_KEEPALIVE, true);
        return b;
    }

    public static final Channel getChannel(String host,int port){
        Channel channel = null;
        try {
            channel = bootstrap.connect(host, port).sync().channel();
        } catch (Exception e) {
            logger.error(String.format("连接Server(IP[%s],PORT[%s])失败", host,port),e);
            return null;
        }
        return channel;
    }

    public static void sendMsg(String msg) throws Exception {
        if(channel!=null){
            channel.writeAndFlush(msg).sync();
        }else{
            logger.warn("消息发送失败,连接尚未建立!");
        }
    }

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        try {
            long t0 = System.nanoTime();
            for (int i = 0; i < 100000; i++) {
                TcpClient.sendMsg(i+"你好1");
            }
            long t1 = System.nanoTime();
            System.out.println((t1-t0)/1000000.0);
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}
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