Netty学习摘记 —— 初步认识Netty核心组件

本文参考

我在博客内关于"Netty学习摘记"的系列文章主要是对《Netty in action》一书的学习摘记，文章中的代码也大多来自此书的github仓库，加上了一部分我自己的注释内容。之所以开始对Netty的学习，是因为在高并发网络编程和大数据生态圈都有它活跃的身影，例如Cassandra、ElasticSearch、Spark和ZooKeeper中就有Netty框架的应用，便对它产生了兴趣，若要再说的实际一点，面试官也很有可能问网络高并发和关于netty的东东呢

本篇文章是对此书第一章"Netty —— 异步和事件驱动"的学习摘记，主要内容为Java网络编程简介、Netty简介和Netty的核心组件

阻塞IO

我们需要为每一个接入的用户创建一个新的线程，并且程序中存在阻塞线程的代码段，使得大量的线程处于空闲状态，没有在实际处理用户的请求，因而引起资源的浪费，显然无法支持大并发量的连接

public void serve(int portNumber) throws IOException {

  //创建一个新的 ServerSocket，用以监听指定端口上的连接请求

  ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(portNumber);

  //对accept()方法的调用将被阻塞，直到一个连接建立

  Socket clientSocket = serverSocket.accept();

  //这些流对象都派生于该套接字的流对象

  BufferedReader in = new BufferedReader(

    new InputStreamReader(clientSocket.getInputStream()));

  PrintWriter out =

    new PrintWriter(clientSocket.getOutputStream(), true);

  String request, response;

  //处理循环开始，阻塞，直到由换行符或者回车符结尾的字符串被读取

  while ((request = in.readLine()) != null) {

    if ("Done".equals(request)) {

      break;
    }

    //请求被传递给服务器的处理方法

    response = processRequest(request);

    //服务器的响应被发送给了客户端

    out.println(response);

    //继续执行处理循环

  }
}

private String processRequest(String request){

  return "Processed";
}

非阻塞IO（NIO）

选择器 java.nio.channels.Selector 使用了事件通知 API 以确定在一组非阻塞套接字中有哪些已经就绪能够进行 I/O 相关的操作。因为可以在任何的时间检查任意的读操作或者写操作的完成状态，因此一个单一的线程便可以处理多个并发的连接，即能够通过较少的线程便可监视许多连接上的事件，这种模型减少了内存管理和上下文切换所带来开销，并且当没有 I/O 操作需要处理的时候，线程也可以被用于其他任务

在Netty中EventLoop扮演了这一角色，并简化了事件的接收和派发过程

Netty基本定义

Netty 是一款异步（构建在非阻塞的基础上）的事件驱动的网络应用程序框架，实现业务和网络逻辑解耦，支持快速地开发可维护的高性能的面向协议的服务器和客户端

Netty的核心组件

Channel：

它代表一个到实体（如一个硬件设备、一个文件、一个网络套接字或者一个能够执行一个或者多个不同的I/O操作的程序组件）的开放连接，如读操作和写操作

可以把Channel看作是传入（入站）或者传出（出站）数据的载体。因此，它可以被打开或者被关闭，连接或者断开连接

回调：

回调能够在某项操作完成后进行通知，它可以和ChannelFuture相互补充，下例是一个新的连接被建立时的回调方法channelActive()，它也代表一个连接被激活的事件

public class ConnectHandler extends ChannelInboundHandlerAdapter {

  @Override

  //当一个新的连接已经被建立时，channelActive(ChannelHandlerContext)将会被调用

  public void channelActive(ChannelHandlerContext ctx) throws Exception {

    System.out.println("Client " + ctx.channel().remoteAddress() + " connected");
  }
}

Future：

Future提供了另一种在操作完成时通知应用程序的方式。这个对象可以看作是一个异步操 作的结果的占位符；它将在未来的某个时刻完成，并提供对其结果的访问

ChannelFuture：

ChannelFuture是Future的子接口，提供了几种额外的方法使得我们能够注册一个或者多个 ChannelFutureListener实例，ChannelFutureListener 可以看作是回调的一个更加精细的版本。监听器的回调方法operationComplete()，将会在对应的操作完成时被调用。然后监听器可以判断该操作是成功地完成了还是出错了，如下例中的isSuccess()方法。如果是后者，我们可以检索产生的Throwable，并打印错误信息

连接远程节点和出站 I/O 操作都将返回一个ChannelFuture，它们都不会阻塞，如下例中的connect()方法连接远程节点和writeAndFlush()方法向远程推送数据时，能够返回一个ChannelFuture

public static void connect() {

  Channel channel = new NioSocketChannel();

  //异步非阻塞地连接到远程节点

  ChannelFuture future = channel.connect(

    new InetSocketAddress("192.168.0.1", 25));

  //注册一个 ChannelFutureListener，以便在操作完成时获得通知

  future.addListener(new ChannelFutureListener() {

    @Override

    public void operationComplete(ChannelFuture future) {

      //检查操作的状态

      if (future.isSuccess()) {

        //如果操作是成功的，则创建一个 ByteBuf 以持有数据

        ByteBuf buffer = Unpooled.copiedBuffer( "Hello", Charset.defaultCharset());

        //将数据异步地发送到远程节点。返回一个 ChannelFuture

        ChannelFuture wf = future.channel().writeAndFlush(buffer);

        // ...

      } else {

        //如果发生错误，则访问描述原因的 Throwable

        Throwable cause = future.cause();

        cause.printStackTrace();
      }
    }
  });
}

事件、EventLoop和ChannelHandler：

Netty 通过触发事件将 Selector 从应用程序中抽象出来，消除了所有本来将需要手动编写的派发代码。Netty为每个 Channel 分配一个 由单线程驱动的EventLoop来处理所有I/O事件，包括注册感兴趣的事件、将事件派发给 ChannelHandler和安排进一步的动作

由入站数据或者相关的状态更改而触发的事件：连接已被激活或者连接失活、数据读取、用户事件和错误事件等

而出站事件是未来将会触发的某个动作的操作结果：打开或者关闭到远程节点的连接、将数据写到或者冲刷到套接字等