Netty 核心组件

Netty 核心组件 Bootstrap 启动类

Bootstrap类是Netty提供的一个工程类。基于它来完成Netty的客户端或者服务器端的Netty组件的组装，以及Netty程序的初始化。

在Netty在，有两个启动器类。分布对于服务器和客户端。

启动流程

• 创建一个服务器端的启动器

  ServerBootstrap bootstrap = new ServerBootstrap();
  

• 创建反应器线程组 EventLoopGroup

  // 创建 反应器线程组 bossGroup和 workerGroup
  // bossLoopGroup 只处理连接请求，与客户端逻辑业务处理，交给workerGroup完成
  EventLoopGroup bossLoopGroup = new NioEventLoopGroup(1);
  EventLoopGroup workLoopGroup = new NioEventLoopGroup();
  

• 设置反应器线程组，不一定必须配置两个线程组，也可以仅配置一个EventLoopGroup反应器线程组。

  单个线程组，存在新连接的接受被更耗时的数据传输或者业务处理所阻塞。

  bootstrap.group(bossLoopGroup, workLoopGroup)
  

• 设置nio类型的通道 channel

  Netty不止支持Java NIO，也支持阻塞式的OIO

  bootstrap.channel(NioServerSocketChannel.class) // 设置nio类型的通道
  

• 设置监听端口

  bootstrap.localAddress(new InetSocketAddress(port))
  

• 设置通道参数（ChannelOption）

  bootstrap.option(ChannelOption.SO_BACKLOG, 128) // 设置线程队列得到连接个数
  bootstrap.childOption(ChannelOption.SO_KEEPALIVE, true) // 设置保持活动连接状态
  

• 装配子通道的Pipeline流水线

  每个通道的子通道，都用一条ChannelPipeline流水线，内部有一个双向链表。

  装配流水线的方式是：将业务处理器ChannelHandler实例加入双向链表中。

  装配子通道等待Handler流水线调用childHandler()方法，传递一个ChannelInitializer通道初始化的实例。在父通道成功接收一个连接，并创建一个子通道后，就会初始化子通道，这里配置的ChannelInitializer实例会被调用。实例中有一个initChannel初始化方法，在子通道创建后会被执行，向子通道流水线增加1业务处理器。

  // 装配子通道流水线
  bootstrap.childHandler(new ChannelInitializer<SocketChannel>() {
      // 有连接到达时候会创建一个通道
      @Override
      protected void initChannel(SocketChannel socketChannel) throws Exception {
          // 向子通道流水线添加一个handler处理器
          socketChannel.pipeline().addLast(new NettyServerHandler());
      }
  }); // 给 workerGroup 的 EventLoop 对应的管道设置处理器
  

• 开始绑定端口，通过调用sync同步方法阻塞直到成功

  ChannelFuture channelFuture = bootstrap.bind().sync();
  

• 等待通道关闭的异步任务结束，服务监听通过会一直等待通道的异步任务结束

  channelFuture.channel().closeFuture().sync();
  

• 关闭EventLoopGroup，释放所有资源。

  关闭Reactor反应器线程组，同时会关闭内部的subReactor子反应器，也会关闭内部的Selector选择器，内部的轮询线程及负责查询的所有子通道。在子通道关闭后，会释放底层资源，例如TCP Socket 文件描述符

  bossLoopGroup.shutdownGracefully();
  workLoopGroup.shutdownGracefully();
  

Channel 通道组件

Netty不直接使用Java NIO中的Channel通道组件，对Channel通道组件进行了封装。对于每一种通信协议都实现了自己的通道。

除了Java的NIO，Netty还能处理Java 面向流OIO。即Netty中每一种协议通道，都有NIO和OIO两个版本。

• NioSocketChannel

  异步非阻塞TCP Socket传输通道

• NioServerSocketChannel

  异步非阻塞TCP Socket服务器端监听通道

• NioDatagramChannel

  异步非阻塞的UDP传输通道

• NioSctpServerChannel

  异步非阻塞的Sctp服务器端监听通道

• OioSocketChannel

  同步阻塞式TCP Socket传输通道

• OioServerSocketChannel

  同步阻塞式TCP Socket服务器端监听通道

• OioDatagramChannel:

  同步阻塞式UDP传输通道

• OioSctpChannel:

  同步阻塞式Sctp传输通道

• OioSctpServerChannel

  同步阻塞式Sctp服务器端监听通道

AbstractChannel

几乎所有的通道实现类都继承了io.netty.channel.AbstractChannel通道的抽象类

protected AbstractChannel(Channel parent) {
    this.parent = parent;   // 父通道
    id = newId();
    unsafe = newUnsafe(); // 底层NIO通道，完成实际的IO *** 作
    pipeline = newChannelPipeline(); // 一条通道，拥有一条流水线
}

核心属性

• pipeline属性，表示处理器的流水线。在对通道进行初始化时候，会将pipeline属性初始化为DefaultChannelPipeline的实例。

• parent 属性，表示通道的父通道。对于连接监听通道（例NioServerSocketChannel）其父通道为null。

  对于传输通道(例NioSocketChannel)来说，其parent属性的值为接收到该连接的服务器连接监听通道。

常用方法

• ChannelFutre connect(SocketAddress address)

  连接远程服务器

• ChannelFutre bind(SocketAddress address)

  绑定监听地址，开始监听新的客户端连接。在服务器的新连接监听和接收通道使用。

• ChannelFutre close()

  关闭通道连接，返回连接关闭的ChannelFuture异步任务，如果需要在连接正式关闭后执行其他 *** 作，则需要为异步任务设置回调方法。或者调用ChannelFuture异步任务的sync()方法来阻塞当前线程，直到通道关闭的异步任务执行完毕。

• Channel read()

  读取通道数据，并启动入站处理，返回通道自身用于链式调用。（从内部的Java NIO channel 通道中读取数据，然后启动内部的Pipeline流水线，开启数据读取的入站处理。）

• ChannelFuture write(Object o)

  启动出站流程处理，把处理后得最终数据写到底层Java NIO通道。此方法的返回值为出站处理的异步处理任务。

• Channel flush()

  将缓冲区的数据立即写入到对端，并不是每次write *** 作都是将数据直接写到对端，write *** 作的作用在大部分情况下仅仅是写入到 *** 作系统的缓冲区， *** 作系统会根据缓冲区的情况，决定什么时候把数据写到对端。而执行flush()方法立即将缓冲区写到对端。

父子通道

Netty中，每一个NioSocketChannel通道所封装的Java NIO通道，再往下就对应为socket描述符。

理论上 *** 作系统底层的socket描述符分为两类:

• 连接监听类型

  连接监听类型的socket描述符，在服务器端，负责接收客户端的套接字连接。

  一个"连接监听类型"的socket描述符可以接受(Accept)成千上万的传输类的socket描述符。

  在Netty中，异步非阻塞的服务器端监听通道NioServerSocketChannel,封装在Linux底层的描述符，是"连接监听类型"的socket描述符。

• 传输数据类型

  数据传输类的socket描述符负责传输数据。同一条TCP的socket传输链路。在服务器端和客户端都分别存在一个与之响应的数据传输类型的socket描述符。

  在Netty中，NioSocketChannel异步非阻塞TCP Socket传输通道，封装在Linux底层的描述符，是"数据传输类型"的socket描述符。

在Netty中，将有接受关系的NioServerSocketChannel和NioSocketChannel称为父子通道。

其中NioServerSocketChannel负责服务器连接监听和接受，被称为父通道(Parenet Channel)，

对应每一个接收到的NioSocketChannel传输类通道，也叫子通道(Child Channel)。

EmbeddedChannel 嵌入式通道

模拟入站与出站 *** 作，底层不进行实际的传输。不需要启动Netty服务器和客户端，可以使用作为ChannelHandler业务处理器的单元厕所。

Handler业务处理器

Reactor反应器模型中，反应器查询到IO事件后，分发到Handler业务处理器，通过Handler完成IO *** 作和业务处理。

整个IO环节包括

1. 从通道读取数据包
2. 数据包解码
3. 业务处理
4. 目标数据编码
5. 把数据包写到通道

Netty分成了入站和出站两种类型去处理IO环节

• 入站处理（数据包解码，业务处理）

  从Netty的内部(如通道)到ChannelInboundHandler入站处理器

• 出站处理（目标数据编码，把数据包写入通道）

  从ChannelOutboundHandler出站处理器到Netty的内部(如通道)

ChannelInboundHandler 通道入站处理器

核心方法

• channelRegistered

  当通道注册完成后，Netty会调用fireChannelRegistered，触发通道注册事件。通道会启动该入站 *** 作的流水线处理，在通道注册过的入站处理器Handler的channelRegistered方法会被调用。

• channelActive

  当通道激活完成后，Netty会调用fireChannelActive，触发通道激活事件。通道会启动该入站 *** 作的流水线处理，在通道注册过的入站处理器Handler的channelActive方法会被调用。

• channelRead

  当通道缓冲区可读，Netty会调用fireChannelRead，触发通道可读事件。通道会启动该入站 *** 作的流水线处理，在通道注册过的入站处理器Handler的channelRead方法，会被调用。

• channelReadComplete

  当通道缓冲区读完。Netty会调用fireChannelReadComplete, 触发通道读完事件。通道会启动该入站 *** 作的流水线处理，在通道注册过的入站处理器Handler的channelReadComplete方法，会被调用到。

• channelInactive

  当连接被断开或者不可以，Netty会调用fireChannelInactive,触发连接不可用事件。

• exceptionCaught

  当通道处理过程发送异常时，Netty会调用fireExceptionCaught，触发异常捕获事件。

使用方法

​ 开发过程中，只需要继承ChannelInboundHandlerAdapter这个默认实现，重写需要的方法。

ChannelOutboundHandler 通道出站处理器

核心方法

• bind

  监听地址（IP+端口）绑定：完成底层JAVA IO通道的IP地址绑定，如果使用TCP传输协议，这个方法用于服务器端。

• connect

  连接服务端：完成底层Java IO通道的服务器端的连接 *** 作，如果使用TCP传输协议，这个方法用于客户端。

• write

  写数据到底层: 完成Netty通道向底层Java IO通道的数据写入 *** 作，仅仅触发写入 *** 作，并不是完成实际的数据写入 *** 作。

• flush

  腾空缓冲区中的数据，把这些数据写到对端。

• read

  从底层读数据，完成Netty通道向Java IO通道的数据读取

• disConnect

  断开服务器连接:断开底层Java IO通道的服务器端连接。如使用TCP传输协议，此方法主要用于客户端

• close

  主动关闭通道： 关闭底层的通道，例如服务器端的新连接监听通道

使用方法

开发过程中，只需要继承ChannelOutoundHandlerAdapter这个默认实现，重写需要的方法。

Reactor 反应器

在反应器模式中，反应器会负责一个事件处理线程。不断轮询，通过Selector选择器查询注册过的IO事件（选择键）。如果查询到IO事件，则分发给Handler业务处理器。

Netty中反应器也有多个实现，关系Channel通道类。例如NioSocketChannel通道，Netty的反应器类为NioEventLoop。

EventLoopGroup线程组

Netty中的Reactor反应器模式，是类似多线程版本的反应器模式。

EventLoopGroup线程组就是一个多线程版本的反应器，其中的单个EventLoop线程就对应一个子反应器（SubReactor）。

在程序开发过程中，通常不使用单个EventLoop线程，而是使用EventLoopGroup线程组。构造函数中存在一个参数用于指定内部线程数。构造器初始化时，会按照传入的线程数量，在内部构建多个Thread线程和多个EventLoop子反应器（一个线程对应一个EventLoop子反应器），进行多线程的IO事件查询和分发。如果没有指定内部线程数，默认的内部线程数为最大可用CPU处理器数量的2倍。（假设电脑使用的是4核的CPU，那么在内部会启动8个EventLoop线程，相当8个子反应器SubReactor实例）

为了及时接收（Accept）到新连接，在服务器端通常有两个独立的反应器。一个反应器负责新连接的监听和接受，一个反应器负责IO事件处理。对应到Netty中就是设置两个EventLoopGroup线程组，一个负责新连接监听和接受，一个负责IO事件处理。负责新连接监听和接受的EventLoopGroup线程组，负责查询父通道的IO事件，常命名为Boos线程组，另一个EventLoopGroup线程负责查询所有子通道的IO事件，并且执行Handler处理器中的业务处理常称为Work线程组。

Netty的Handler处理器分为两大类ChannelInboundHandler通道入站处理器和ChannelOutboundHandler通道出站处理器。都继承了ChannelHandler处理器接口。

• 入站处理
• 出站处理

Pipeline 流水线

Netty中一个通道通常需要很多个Handler处理器来处理，实现方式是每个通道内部都有一个pipeline流水线将Handler装配起来。这里的pipeline是基于责任链模式的设计，底层是一个双向链表，支持动态的添加或者删除Handler。

• 入站先添加Handler的先触发
• 出站后添加Handler的先触发

ChannelOption通道选项

常见的通道选型

• SO_RCVBUF, SO_SNDBUG

  TCP参数，每个TCP socket(套接字)在内核中都有一个发送缓冲区和一个接收缓冲区。通过这两个选型来设置TCP连接的这两个缓冲区大小。TCP全双工的工作模式以及TCP的滑动窗口便是依赖着两个独立的缓冲区以及其填充的状态。

• TCP_NODELAY

  TCP参数，表示立即发送数据，Netty默认为True，而 *** 作系统中默认为false。这个值用于设置Nagle算法的启用。设置True表示关闭Nagle算法。

• SO_KEEPALIVE

  TCP参数，表示底层TCP协议的心跳机制。true为连接保持心跳，默认为false。启用时，TCP会主动探测空闲连接的有效性，默认的心跳机制是7200s即2小时。Netty默认关闭此功能。

• SO_REUSEADDR

  TCP参数，设置为true时表示地址复用，默认false。主要有以下情况需要使用

  • 当有一个相同本地地址和端口的socket1处于TIME_WAIT时，而我们希望启动的程序的socket2要占用该地址的端口，需要在重启服务且保持先前端口。
  • 有多块网卡或者用IP Alias技术的机器在同一端口启动多个进程，但每个进程绑定的本地IP地址不能相同。
  • 单个进程绑定相同的端口到多个socket(套接字)上，但每个socket绑定的IP地址不同

• SO_LINGER

  TCP参数，表示关闭socket的延迟时间，默认值为-1， 表示禁用该功能。

  • -1表示socket.close()立即返回，但 *** 作系统底层会将发送缓冲区全部发送到对端。
  • 0表示socket.close()立即返回， *** 作系统放弃发送缓冲区的数据，直接向对端发送RST包，对端手动复位错误。
  • 非0整数值表示调用socket.close()方法的线程被阻塞，直到延迟时间到来，发送缓冲区的数据发送完毕，若超时。则对端会收到复位错误。

• SO_BACKLOG

  TCP参数，表示服务器端接收连接的队列长度，如果队列已满，客户端连接将被拒绝。

  默认在windows中为200，其他 *** 作系统为128。如果连接建立频繁，服务器处理相信连接比较慢，可以适当调大这个参数。

• SO_BROADCAST

  TCP参数，表示设置成广播模式。

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