Netty介紹

Netty是一個(gè)基于Java的高性能網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用框架，封裝了Java NIO的復(fù)雜性，提供了簡(jiǎn)單而強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)編程API，使得開(kāi)發(fā)者能夠更方便地開(kāi)發(fā)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序。

所以說(shuō)學(xué)習(xí)Netty前先理解一下Java NIO是很有必要的，不然云里霧里的。

Netty有多優(yōu)秀呢？包括但不限于以下幾點(diǎn)

高性能的IO處理

如果基于Java NIO開(kāi)發(fā)一個(gè)成熟的應(yīng)用，要非常注意如ByteBuffer內(nèi)存泄漏、Channel注冊(cè)連接、線(xiàn)程管理等問(wèn)題。

而Netty能夠更好地處理連接管理、線(xiàn)程模型和內(nèi)存管理等方面的問(wèn)題，提供更高的吞吐量和更低的延遲。

強(qiáng)大的功能擴(kuò)展

如果基于Java NIO寫(xiě)一個(gè)HTTP協(xié)議、Websocket協(xié)議，那我們需要考慮格式、編解碼問(wèn)題。

而Netty提供了豐富的擴(kuò)展點(diǎn)，比如編解碼器、處理器和攔截器等，開(kāi)發(fā)人員可以通過(guò)不同的配置搭建HTTP、WebSocket、TCP和RTSP等協(xié)議，也可以輕松地添加編解碼器，實(shí)現(xiàn)自定義協(xié)議。

可靠性和穩(wěn)定性

Netty具有良好的容錯(cuò)能力和穩(wěn)定性，能夠處理各種網(wǎng)絡(luò)故障和異常情況，并提供了多種容錯(cuò)和恢復(fù)機(jī)制，如斷線(xiàn)重連和心跳機(jī)制等。

總的來(lái)說(shuō)，開(kāi)發(fā)人員在開(kāi)發(fā)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序時(shí)，使用Netty能夠更專(zhuān)注于業(yè)務(wù)邏輯。

下圖為Netty所支持的功能

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Netty發(fā)展歷程

為了進(jìn)一步了解Netty，這里介紹一下Netty的前世今生。

• 2004年：Netty的前身Jboss Netty項(xiàng)目在JBoss公司內(nèi)部啟動(dòng)，目標(biāo)是提供一個(gè)可擴(kuò)展的、易用的網(wǎng)絡(luò)編程框架。
• 2008年：Netty項(xiàng)目在JBoss公司內(nèi)部開(kāi)源，并發(fā)布了第一個(gè)公開(kāi)版本Netty 3.0。該版本主要針對(duì)TCP和HTTP協(xié)議進(jìn)行了支持。
• 2011年：Netty 3.2發(fā)布，引入了更多的特性和改進(jìn)，包括更好的性能和更靈活的API設(shè)計(jì)。
• 2012年：Netty 4.0發(fā)布，這是一個(gè)重大的里程碑版本。在這個(gè)版本中，Netty進(jìn)行了全面的重構(gòu)和優(yōu)化，引入了新的API設(shè)計(jì)和更高級(jí)的特性。
• 2013年：Netty 4.0獲得了廣泛的認(rèn)可和采用，并成為了許多大型互聯(lián)網(wǎng)公司和項(xiàng)目的首選網(wǎng)絡(luò)編程框架。同年底發(fā)布了5.0.0.Alpha1，目標(biāo)是對(duì)Netty 4改進(jìn)和優(yōu)化。
• 2015年：Netty 5在開(kāi)發(fā)過(guò)程中遇到了一些挑戰(zhàn)和技術(shù)難題，決定暫停Netty 5的開(kāi)發(fā)，并將重心轉(zhuǎn)移到Netty 4的改進(jìn)和維護(hù)上。
• 2016年：Netty 4.1發(fā)布，基于4.0版本進(jìn)一步改進(jìn)和優(yōu)化，提供了更好的性能和更多的功能。

目前有很多知名的項(xiàng)目都選用了Netty作為網(wǎng)絡(luò)通信的基礎(chǔ)，比如知名的RPC框架Dubbo、gRPC，消息隊(duì)列Kafka、RocketMQ，搜索引擎Elasticsearch等，所以當(dāng)學(xué)習(xí)了解這些項(xiàng)目時(shí)，Netty會(huì)作為一個(gè)加分項(xiàng)。

Netty核心組件

因?yàn)镹etty是基于Java NIO封裝的，更加的抽象，要使用Netty進(jìn)行開(kāi)發(fā)，必須要熟悉Netty中的幾個(gè)核心組件，下面一一介紹：

1. Channel（通道）：與Java NIO中的SocketChannel一樣，可以進(jìn)行數(shù)據(jù)的讀取和寫(xiě)入。
2. EventLoop（事件循環(huán)）：EventLoop是Netty的事件處理機(jī)制，它負(fù)責(zé)處理各種事件，包括連接的建立與關(guān)閉、數(shù)據(jù)的讀取與寫(xiě)入等。可以理解成Java NIO中的Selector監(jiān)聽(tīng)socket的事件，只不過(guò)Netty是多線(xiàn)程處理，后面代碼中有體現(xiàn)。
3. ChannelHandler（通道處理器）：用來(lái)處理Channel中的事件和數(shù)據(jù)的組件，例如對(duì)數(shù)據(jù)編解碼、業(yè)務(wù)邏輯處理等。Netty提供了許多內(nèi)置的ChannelHandler，用于處理網(wǎng)絡(luò)連接和I/O操作。以下是一些常用的ChannelHandler：

ChannelInboundHandler：用于處理入站事件，例如連接建立、數(shù)據(jù)讀取等。

ChannelOutboundHandler：用于處理出站事件，例如數(shù)據(jù)寫(xiě)入、連接關(guān)閉等。

SimpleChannelInboundHandler：繼承自ChannelInboundHandler，簡(jiǎn)化了消息處理的邏輯。

SimpleChannelOutboundHandler：繼承自ChannelOutboundHandler，簡(jiǎn)化了消息發(fā)送的邏輯。

HttpServerCodec：它負(fù)責(zé)處理 HTTP 請(qǐng)求和響應(yīng)的編解碼。

HttpObjectAggregator：將 HTTP 請(qǐng)求的多個(gè)部分合并成一個(gè)完整的 FullHttpRequest。

WebSocketServerProtocolHandler：處理 WebSocket 協(xié)議的握手和幀的編解碼。

4. ChannelPipeline（通道管道）：ChannelPipeline是一個(gè)事件處理器鏈，用于管理和執(zhí)行ChannelHandler，每個(gè)Channel都有一個(gè)對(duì)應(yīng)的Pipeline，當(dāng)數(shù)據(jù)進(jìn)入或離開(kāi)Channel時(shí)，會(huì)經(jīng)過(guò)Pipeline中的一系列ChannelHandler進(jìn)行處理。
5. ByteBuf（字節(jié)緩沖區(qū)）：ByteBuf是Netty中的字節(jié)容器，用于高效地存儲(chǔ)和傳輸字節(jié)數(shù)據(jù)。與Java NIO的ByteBuffer相比，ByteBuf提供了更靈活的API和更高效的內(nèi)存管理。
6. Future（異步操作結(jié)果）：Netty中的操作都是異步的，F(xiàn)uture用來(lái)獲取操作的狀態(tài)和結(jié)果。
7. Bootstrap（引導(dǎo)類(lèi)）：Bootstrap是啟動(dòng)客戶(hù)端的類(lèi)，負(fù)責(zé)配置和啟動(dòng)客戶(hù)端的相關(guān)組件。
8. ServerBootstrap（服務(wù)器引導(dǎo)類(lèi)）：ServerBootstrap是創(chuàng)建和啟動(dòng)服務(wù)器的類(lèi)，用于配置和管理服務(wù)器的各個(gè)組件。

Netty 編程示例

HTTP請(qǐng)求報(bào)文格式

下面以HTTP協(xié)議為例，用Netty編寫(xiě)一個(gè)HTTP服務(wù)器。

在這之前，我們先用上篇文章的NIOServer接收一下瀏覽器的請(qǐng)求，大概是這樣的：

HTTP請(qǐng)求格式

可以看到接收到了一個(gè)HTTP請(qǐng)求的報(bào)文數(shù)據(jù)，有請(qǐng)求行、請(qǐng)求頭和請(qǐng)求主體，這時(shí)候也能看到瀏覽器返回的響應(yīng)是：ERR_INVALID_HTTP_RESPONSE，發(fā)送的響應(yīng)無(wú)效。

為什么？這是因?yàn)镹IOServer中的輸出格式HTTP協(xié)議不認(rèn)識(shí)。

實(shí)現(xiàn)HTTP服務(wù)器

所以如果使用Java NIO實(shí)現(xiàn)一個(gè)HTTP服務(wù)器，需要處理很多的工作，但是如果用Netty實(shí)現(xiàn)一個(gè)HTTP服務(wù)器非常簡(jiǎn)單，直接上代碼：

Netty實(shí)現(xiàn)HTTP服務(wù)器

運(yùn)行這個(gè)示例后，你可以使用瀏覽器或者其他工具發(fā)送HTTP請(qǐng)求到 http://localhost:8080 ，一個(gè)HTTP服務(wù)器就誕生了，非常簡(jiǎn)單。

示例代碼說(shuō)明

接下來(lái)對(duì)代碼進(jìn)行講解：

代碼中的b.group(bossGroup, workerGroup)意思是有兩個(gè)線(xiàn)程組會(huì)去處理服務(wù)器中的IO事件，bossGroup只用一個(gè)線(xiàn)程來(lái)專(zhuān)門(mén)負(fù)責(zé)監(jiān)聽(tīng)服務(wù)端的端口，接收客戶(hù)端連接請(qǐng)求，并將連接分配給 workerGroup 中的 EventLoop 進(jìn)行處理。

workerGroup負(fù)責(zé)處理已接收的連接的 I/O 事件，將請(qǐng)求解碼、處理業(yè)務(wù)邏輯以及發(fā)送響應(yīng)等操作都交給 EventLoop 來(lái)處理。這個(gè)是典型的主從Reactor模式，通過(guò)將連接的接收和處理分離到不同的線(xiàn)程池中，可以提高網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序的性能，模型如下。

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NioServerSocketChannel是指定服務(wù)器的Channel類(lèi)型，還有NioDatagramChannel等類(lèi)型，取決于應(yīng)用場(chǎng)景。

.handler(new LoggingHandler(LogLevel.INFO))是為bossGroup指定一個(gè)通道處理器，記錄進(jìn)出 Channel 的數(shù)據(jù)流，將相關(guān)信息打印到日志中，便于排查。

.childHandler()則是為workerGroup中的EventLoop配置處理器，比如請(qǐng)求解碼、處理業(yè)務(wù)邏輯以及發(fā)送響應(yīng)。

ChannelPipeline就是添加具體的通道處理器，代碼中的HttpServerCodec、HttpObjectAggregator處理器都是用來(lái)處理HTTP請(qǐng)求的編解碼，SimpleChannelInboundHandler則是拿到經(jīng)過(guò)多個(gè)處理器的數(shù)據(jù)流后進(jìn)行業(yè)務(wù)邏輯及響應(yīng)。

總結(jié)

Netty是一個(gè)非常優(yōu)秀的、強(qiáng)大的、高性能的網(wǎng)絡(luò)通信框架，在這個(gè)互聯(lián)網(wǎng)飛速發(fā)展的時(shí)代，我們需要了解并且使用像這樣的優(yōu)秀的框架，幫助我們快速開(kāi)發(fā)應(yīng)用，在使用它的同時(shí)要知其原理，也可以在業(yè)務(wù)中進(jìn)行創(chuàng)新，就像Dubbo、gRPC、Zookeeper一樣采用Netty成為與其一樣優(yōu)秀的框架。

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