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玩轉(zhuǎn)Netty，從“Hello World”開始！

作者：老三
網(wǎng)絡(luò) 網(wǎng)絡(luò)管理
如果在項目的開發(fā)中，要實現(xiàn)穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)通信，就得考慮網(wǎng)絡(luò)的閃斷、客戶端的重復(fù)接入、客戶端的安全認(rèn)證、消息的編解碼、半包讀寫……

大家好，我是老三，之前里，我們討論了Java的三種IO模型，提到了網(wǎng)絡(luò)通信框架Netty，它簡化和優(yōu)化了NIO的使用，這期，我們正式開始走近Netty。

為什么要用Netty?

首先當(dāng)然是NIO的使用，本身比較復(fù)雜，而且還存在一些問題。

除此之外，如果在項目的開發(fā)中，要實現(xiàn)穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)通信，就得考慮網(wǎng)絡(luò)的閃斷、客戶端的重復(fù)接入、客戶端的安全認(rèn)證、消息的編解碼、半包讀寫……

所以，巧了，恰好有這么一個成熟穩(wěn)定、性能強大、開箱即用的網(wǎng)絡(luò)框架擺在我們面前，相比較Java NIO，Netty更加出色：

  • 易用性: Netty 在 NIO 基礎(chǔ)上進行了更高層次的封裝，屏蔽了 NIO 的復(fù)雜性，大大降低了開發(fā)難度；Netty 提供了很多開箱即用的工具，例如常用的行解碼器、長度域解碼器等，不需要自己再實現(xiàn)。
  • 穩(wěn)定性: Netty 更加可靠穩(wěn)定，修復(fù)和完善了 JDK NIO 較多已知問題，例如臭名昭著的 select 空轉(zhuǎn)導(dǎo)致 CPU 消耗 100%，TCP 斷線重連，keep-alive 檢測等問題。
  • 可擴展性: Netty 的的可擴展性做的非常好，比如支持可定制化的線程模型。

我們有什么理由拒絕這么一款優(yōu)秀的網(wǎng)絡(luò)通信框架呢？代碼怎么寫不是寫嘍！

初識Netty

什么是Netty?

Netty官方是這么定義Netty的：

Netty 是一個異步事件驅(qū)動的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序框架，用于快速開發(fā)可維護的高性能協(xié)議服務(wù)器和客戶端。

圖片

組成圖-來源官方

  • Netty是一個開源的、單線程模型的 Java 網(wǎng)絡(luò)編程框架。
  • Netty基于 NIO ，被廣泛應(yīng)用于各種網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序開發(fā)。
  • Netty支持多種協(xié)議，包括但不限于 HTTP、WebSocket、TCP、UDP 和 SSL/TLS 協(xié)議等。
  • Netty 是非阻塞的，事件驅(qū)動的框架。
  • Netty具有高性能、可擴展和易于使用的優(yōu)點。

Netty的現(xiàn)狀？

Netty 由 JBoss 社區(qū)開發(fā)維護的，它的社區(qū)相對比較活躍：

  • https://github.com/netty/netty：Github已經(jīng)收獲31.2K星標(biāo)
  • https://netty.io/：官方網(wǎng)站，提供了比較完整的文檔

官方目前最新的版本是5.x,，但是很不幸，已經(jīng)被社區(qū)放棄開發(fā)維護，屬于廢棄版本，最新的穩(wěn)定版本是4.x 。

一般使用，推薦4.x，Netty 4.x對3.x不做兼容，我們后續(xù)的學(xué)習(xí)也基于Netty 4.x版本。

誰在用Netty?

作為最流行的網(wǎng)絡(luò)通信框架，大量的公司選擇它作為底層網(wǎng)絡(luò)通信框架，包括不限于：

圖片

使用Netty的公司

我們可能自己沒有直接用過Netty，但其實熟悉的很多開源中間件，都用到了Netty，比如：

  • 服務(wù)治理：Apache Dubbo、gRPC。
  • 大數(shù)據(jù)：Hbase、Spark、Flink、Storm。
  • 搜索引擎：Elasticsearch。
  • 消息隊列：RocketMQ、ActiveMQ。

用到Netty的優(yōu)秀產(chǎn)品非常多，大家感興趣可以看看：https://netty.io/wiki/related-projects.html。

從"Hello World"開始

氣氛襯托到這，不寫個Demo也過不去，還是從"Hello World"開始，我們領(lǐng)略一下Netty的風(fēng)采。

  1. 創(chuàng)建一個Maven項目：這個就不用多說了吧

圖片

創(chuàng)建Maven項目

  1. 導(dǎo)入依賴：我們直接用4.x最新的版本
<dependency>
            <groupId>io.netty</groupId>
            <artifactId>netty-all</artifactId>
            <version>4.1.92.Final</version>
        </dependency>
  1. 編寫代碼：那么我們就開始編寫這個Demo的服務(wù)器和客戶端相關(guān)代碼
  • NettyServer：基于Netty的客戶端
/**
 * <p>Date: 2023/5/14 10:29</p>
 * <p>Author: fighter3</p>
 * <p>Description: Netty服務(wù)端Demo</p>
 */
public class NettyServer{
    // 服務(wù)器監(jiān)聽的端口號
    private int port;

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

    /**
     * 啟動Netty服務(wù)器
     * @throws InterruptedException
     */
    public void run() throws InterruptedException {
        // 創(chuàng)建boss線程組和worker線程組
        // bossGroup 用于監(jiān)聽客戶端的連接請求，將連接請求發(fā)送給 workerGroup 進行處理
        NioEventLoopGroup bossGroup = new NioEventLoopGroup();
        // workerGroup 用于處理客戶端連接的數(shù)據(jù)讀寫
        NioEventLoopGroup workerGroup = new NioEventLoopGroup();
        try {
            // 創(chuàng)建 ServerBootstrap 對象，用于啟動 Netty 服務(wù)器
            ServerBootstrap serverBootstrap = new ServerBootstrap();
            // 綁定線程池事件組
            serverBootstrap.group(bossGroup, workerGroup)
                    .channel(NioServerSocketChannel.class)
                    // 通道初始化回調(diào)函數(shù)，在啟動的時候可以自動調(diào)用
                    .childHandler(new ChannelInitializer<SocketChannel>() {
                        @Override
                        public void initChannel(SocketChannel ch) throws Exception {
                            ChannelPipeline pipeline = ch.pipeline();
                            // 添加消息處理器
                            pipeline.addLast(new NettyServerHandler());
                        }
                    });

            // 綁定端口，開始接收客戶端請求
            ChannelFuture channelFuture = serverBootstrap.bind(port).sync();

            System.out.println("Netty服務(wù)器監(jiān)聽端口："+port);

            // 等待服務(wù)端監(jiān)聽端口關(guān)閉
            channelFuture.channel().closeFuture().sync();
        } finally {
            //釋放線程組資源
            bossGroup.shutdownGracefully();
            workerGroup.shutdownGracefully();
        }
    }

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        // 創(chuàng)建服務(wù)器對象，監(jiān)聽端口號為 8888
        NettyServer server = new NettyServer(8888);
        System.out.println("============Netty服務(wù)器啟動...=============");
        // 啟動服務(wù)器
        server.run();
        System.out.println("============Netty服務(wù)器停止...=============");
    }
}
  • NettyServerHandler：服務(wù)器的消息處理器，用于處理各種事件
/**
 * <p>Date: 2023/5/14 10:30</p>
 * <p>Author: fighter3</p>
 * <p>Description: Netty服務(wù)器消息處理器</p>
 */
public class NettyServerHandler extends ChannelInboundHandlerAdapter {

    /**
     * 當(dāng)客戶端上線的時候會觸發(fā)這個方法
     * @param ctx
     * @throws Exception
     */
    @Override
    public void channelActive(ChannelHandlerContext ctx) throws Exception {
        String message="你好，靚仔！";
        ByteBuf hello = Unpooled.copiedBuffer(message, CharsetUtil.UTF_8);
        // 發(fā)送消息
        ctx.writeAndFlush(hello);
    }

    /**
     *當(dāng) Channel 中有來自客戶端的數(shù)據(jù)時就會觸發(fā)這個方法
     */
    @Override
    public void channelRead(ChannelHandlerContext ctx, Object msg) throws Exception {
        ByteBuf buf = (ByteBuf) msg;
        System.out.println("客戶端發(fā)來的消息：" + buf.toString(CharsetUtil.UTF_8)); // 接收消息并打印輸出
    }

    /**
     * 當(dāng)有異常時觸發(fā)這個方法
     */
    @Override
    public void exceptionCaught(ChannelHandlerContext ctx, Throwable cause) throws Exception {
        cause.printStackTrace();
        ctx.close();
    }
}
  • NettyClient：使用Netty的客戶端，通過ip和端口連接服務(wù)端
/**
 * <p>Date: 2023/5/14 10:32</p>
 * <p>Author: fighter3</p>
 * <p>Description: Netty客戶端Demo</p>
 */
public class NettyClient {
    // 服務(wù)器 IP
    private String host;
    // 服務(wù)器監(jiān)聽的端口號
    private int port;

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

    /**
     * 啟動 Netty 客戶端
     */
    public void run() throws InterruptedException {
        // 創(chuàng)建事件循環(huán)組
        NioEventLoopGroup group = new NioEventLoopGroup();
        try {
            // 創(chuàng)建 Bootstrap 對象
            Bootstrap bootstrap = new Bootstrap();
            // 配置 Bootstrap 對象
            // 設(shè)置線程組
            bootstrap.group(group)
                    // 設(shè)置客戶端通信的通道類型為NIO類型
                    .channel(NioSocketChannel.class)
                    .handler(new ChannelInitializer<SocketChannel>() {
                        // 通道初始化回調(diào)函數(shù)，在啟動的時候可以自動調(diào)用
                        @Override
                        public void initChannel(SocketChannel ch) throws Exception {
                            // 添加消息處理器
                            ch.pipeline().addLast(new NettyClientHandler());
                        }
                    });
            // 連接服務(wù)器，異步等待連接成功
            ChannelFuture channelFuture = bootstrap.connect(host, port).sync();
            System.out.println("===========Netty客戶端連接服務(wù)端=========");

            // 等待客戶端連接關(guān)閉
            channelFuture.channel().closeFuture().sync();
        } finally {
            //釋放資源
            group.shutdownGracefully();
        }
    }

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
       // 創(chuàng)建客戶端對象，并連接到服務(wù)器
        NettyClient client = new NettyClient("127.0.0.1", 8888);
        // 啟動客戶端，開始發(fā)送消息
        client.run();
    }
}
  • NettyClientHandler：Netty客戶端處理器，用于處各種事件
/**
 * <p>Date: 2023/5/14 10:33</p>
 * <p>Author: fighter3</p>
 * <p>Description: Netty客戶端處理器</p>
 */
public class NettyClientHandler extends ChannelInboundHandlerAdapter {

    /**
     * 當(dāng) Channel 準(zhǔn)備就緒時就會觸發(fā)這個方法
     */
    @Override
    public void channelActive(ChannelHandlerContext ctx) throws Exception {
        String message="大佬，帶帶我！";
        ByteBuf hello = Unpooled.copiedBuffer(message, CharsetUtil.UTF_8);
        // 發(fā)送消息
        ctx.writeAndFlush(hello);
    }

    /**
     * 當(dāng) Channel 中有來自服務(wù)器的數(shù)據(jù)時就會觸發(fā)這個方法
     */
    @Override
    public void channelRead(ChannelHandlerContext ctx, Object msg) throws Exception {
        ByteBuf buf = (ByteBuf) msg;
        System.out.println("服務(wù)端發(fā)來的消息：" + buf.toString(CharsetUtil.UTF_8)); // 接收消息并打印輸出
    }

    /**
     * 發(fā)生異常就會觸發(fā)這個方法
     */
    @Override
    public void exceptionCaught(ChannelHandlerContext ctx, Throwable cause) throws Exception {
        cause.printStackTrace();
        ctx.close();
    }
}
  1. 運行一下：先啟動NettyServer，再啟動NettyClient，看下運行結(jié)果
============Netty服務(wù)器啟動...=============
Netty服務(wù)器監(jiān)聽端口：8888
客戶端發(fā)來的消息：大佬，帶帶我！
===========Netty客戶端連接服務(wù)端=========
服務(wù)端發(fā)來的消息：你好，靚仔！

好了，一個簡單的Netty入門Demo就寫完了，Netty是一個雙工通信的網(wǎng)絡(luò)框架，可以看到，服務(wù)端和客戶端，流程基本上一致，主要包括這么幾個步驟：

  1. 創(chuàng)建事件循環(huán)組和相關(guān)對象，用于監(jiān)聽和處理網(wǎng)絡(luò)事件；
  2. 配置 Netty 服務(wù)器或客戶端的啟動參數(shù)，包括線程組、通道類型、TCP 參數(shù)等；
  3. 給服務(wù)器或客戶端的 ChannelPipeline 添加各種 ChannelHandler，用于處理不同的網(wǎng)絡(luò)事件；
  4. 綁定端口啟動服務(wù)器或連接服務(wù)器；
  5. 等待服務(wù)器或客戶端連接關(guān)閉，釋放相關(guān)資源。

圖片

服務(wù)器&客戶端初始化啟動流程

雖然這個Demo比較簡單，但其實已經(jīng)用到了Netty里幾個比較關(guān)鍵的組件：

  1. ByteBuf：Netty 的字節(jié)容器，類似于 Java 的 ByteBuffer，但是提供了更加強大、簡便且安全的 API，用于在網(wǎng)絡(luò)中傳遞二進制數(shù)據(jù)；
  2. EventLoopGroup：Netty 的事件循環(huán)組，用于管理和調(diào)度連接到服務(wù)器或者從服務(wù)器連接出去的所有 Channel 上的事件循環(huán)；
  3. ServerBootstrap：Netty 的服務(wù)器啟動類，用于啟動和配置一個 TCP/IP 服務(wù)器；
  4. Bootstrap：Netty 的客戶端啟動類，用于啟動和配置一個 TCP/IP 客戶端；
  5. Channel：Netty 的核心概念，用于表示一個通信通道，可以讀取和寫入數(shù)據(jù)；
  6. ChannelPipeline：Netty 的 Channel 處理器，用于在傳入的數(shù)據(jù)上執(zhí)行一組 ChannelHandler；
  7. ChannelHandler：Netty 的核心組件，用于處理各種通信事件，例如讀取數(shù)據(jù)、寫數(shù)據(jù)、建立連接等；

圖片

Netty的重要組件

后續(xù)，我們還會和這些組件打更多的交道。

好了，那么這期內(nèi)容就到這了，這期里我們初步了解了Netty，包括什么是Netty、Netty現(xiàn)狀、Netty的應(yīng)用，還寫了一個簡單的Demo。下一期，我們繼續(xù)深入了解Netty，敬請期待。

參考：

[1].https://netty.io/

[2].《Netty權(quán)威指南》

[3]. 《Netty核心原理剖析與RPC實踐》

責(zé)任編輯：武曉燕 來源： 三分惡
Netty網(wǎng)絡(luò)通信
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