Netty入门(2) - 核心概念

Netty Crash Course

一个Netty程序一般开始于Bootstrap类，通过设置程序后，使用Handlers来处理特定的event和设置Netty中的事件，从而处理多个协议数据，比如实现ChannelInBoundHandler类；

多个Handler通过ChannelInitializer的ChannelPipeline组合在一起，再配合EventLoop（整个生命周期内绑定对应一条线程）和EventLoopGroup来处理各种业务逻辑。

Channels, Events and Input/Ouput

Netty中所有操作都是异步执行的，例如连接一个主机、发消息。可以注册监听器来通知，如Futures（注册一个监听，当操作成功或者失败时会通知）和ChannelFutures（封装的是一个操作的相关信息，操作被执行会理科返回ChannelFuture）。

Bootstrap

两种引导，用于客户端或者DatagramChannel的Bootstrap（一个EventGroup）和用于服务端的ServerBootstrap（两个EventGroup）。

EventLoopGroup可以包含很多个EventLoop，每个channel绑定一个EventLoop不会被改变，很多channel共享一个EventLoop。这就意味着如果一个Channel保持EventLoop繁忙，会禁止其他channel绑定到相同的EventLoop，我们可以理解EventLoop为一个事件循环线程，而EventLoop是一个事件循环集合。

Channel Handler and Data Flow

Handlers自身依赖ChannelPipeline来决定它们的执行顺序。

ChannelHandler定义了一个父接口，ChannelInboundHandler（入站，读）和ChannelOutboundHandler（出站，写）是其子接口，ChannelInboundHandlerAdapter和ChannelOutboundHandlerAdapter是桥接器类。

入站是从ChannelPipeline的头部开始传递到最后，而出站是从尾部开始。

Netty发消息有两种方法：1、直接写入通道导致消息从ChannelPipeline的尾部开始；2、写入ChannelHandlerContext对象导致处理消息从ChannelPipeline的下一个handler开始

编码器、解码器和业务逻辑

每个Handler负责转发时间到ChannelPipeline的下一个handler，但在*Adapter（和子类）中是自动完成的：

ChannelHandlerAdapter，ChannelInboundHandlerAdapter，ChannelOutboundHandlerAdapter，

ByteToMessageDecoder，MessageToByteEncoder，ProtobufEncoder，ProtobufDecoder

所有的解码器都继承或者实现ChannelInboundHandlerAdapter或者ChannelInboundHandler，channelRead放大调用decode方法，并通过ChannelHandlerContext.fireChannelRead(Object msg)传递给下一个handler。编码器类似。

也许最常见的应用程序处理接收到消息后进行解码，然后供相应的业务处理模块使用。那么有用程序只需要拓展SimpleChannelInboundHandler<T>，SimpleChannelOutboundHandler<T>即可。主要方法是channelRead0(ChannelHadnlerContext ctx, T msg); 消费msg时需要注意，Netty中梳理IO一般有很多线程，不要阻塞IO线程，因为阻塞会降低程序的性能，解决方案是添加ChannelHandler到ChannelPipeline时指定一个EventExecutorGroup，EventExecutorGroup会获得一个EventExecutor，EventExecutor将会执行ChannelHandler的所有方法：

double coefficient = 0.8;  //系数
int numberOfCores = Runtime.getRuntime().availableProcessors();
int poolSize = (int)(numberOfCores / (1 - coefficient));
static final EventExecutorGroup group = new DefaultEventExecutorGroup(poolSize);

ChannelPipeline pipeline = ch.pipeline();
pipeline.addLast("decoder", new MyProtocolDecoder());
pipeline.addLast("encoder", new MyProtocolEncoder());
// Tell the pipeline to run MyBusinessLogicHandler's event handler methods
// in a different thread than an I/O thread so that the I/O thread is not blocked by
// a time-consuming task.
// If your business logic is fully asynchronous or finished very quickly, you don't
// need to specify a group.
pipeline.addLast(group, "handler", new MyBusinessLogicHandler()); 

如需要定时执行简单的任务，可以使用EventLoop：

ch.eventLoop().schedule(...);
或者
ScheduleFuture f = ch.eventLoop().scheduleAtFixedRate(...);
f.cancel(true);

Netty使用reference-counting来安全释放Buf和其他资源：

ByteBuf

字节数据容器，单独维护读写两个索引，最大容量限制是Integer.MAX_VALUE，三种不同类型的ByteBuf：

1、Heap Buffer（堆缓冲区）

数据存储在JVM的堆空间中，通过数组实现，可以使用ByteBuf的array()来获取数据。访问非堆缓冲区的ByteBuf的数组会导致UNsupportedOperationException，可以使用hasArray()来检查

2、Direct Buffer（直接缓冲区）

堆之外直接分配内存，性能很好，分配和释放比较复杂，使用内存池来解决。不支持直接数组访问数据：

ByteBuf buf = Unpooled.directBuffer(16);
if (!buf.hasArray()) {
  int len = buf.readableBytes();
  byte[] arr = new byte[len];
  buf.getBytes(arr);
}

3、Composite Buffer（复合缓冲区）

提供一个视图组合多个buff，hasArray()总返回false。

CompositeByteBuf cbf = Unpooled.compositeBuffer();
ByteBuf heap = Unpooled.buffer(8);
ByteBuf direct = Unpooled.directBuffer(16);
cbf.addComponents(heap, direct);

cbf.removeComponent(0);

Iterator<ByteBuf> iter = cbf.iterator();
while(iter.hasNext()) {
  System.out.println(iter.next().toString());
}

if (!cbf.hasArray()) {
  int len = cbf.readableBytes();
  byte[] arr = new byte[len];
  cbf.getBytes(0, arr);
}

相关方法：

isReadable()是否还可以继续读

writeableBytes()剩余可写空间

clear()重置读写的index为0

discardReadBytes()清空已读数据，会移动字节位置，设计到内存复制，注意性能问题

readerIndex(int idx)设置读索引位置

writerIndex(int idx)设置写索引位置

duplicate()、slice()、slice(int index, int length)、order(ByteOrder endianness)这些会创建缓冲区视图但有独立的读写索引

copy()或者copy(int index, int length)创建全新的副本

ByteBufProcessor

搜索操作，如bytesBefore(byte value)

ByteBufHolder

帮助更快捷的访问ByteBuf中的数据，当缓冲区没用了之后，尅只用这个辅助类释放资源。

ByteBufAllocator

负责分配ByteBuf实例，可以从Channel或者ChannelHandlerContext的alloc()方法获得该对象，有两种实现，一为将分配和回收成本以及内存使用降到最低，另一种是每次使用都创建新的ByteBuf实例。

Netty默认使用PooledByteBufAllocator，可以通过ChannelConfig或者引导设置不同的实现来改变。

Unpooled

创建缓冲区的工具类。

ByteBufUtil

工具类，hexDump(ByteBuf buff)