玩轉(zhuǎn)Netty，從“Hello World”開始！
作者：老三
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、客戶端的重復接入、客戶端的安全認證、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?
首先當然是NIO的使用，本身比較復雜，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、客戶端的重復接入、客戶端的安全認證、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，修復和完善了 JDK NIO 較多已知問題，例如臭名昭著的 select 空轉(zhuǎn)導致 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)應用程序框架，用于快速開發(fā)可維護的高性能協(xié)議服務器和客戶端。
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 ，被廣泛應用于各種網(wǎng)絡(luò)應用程序開發(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
- 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)的學習也基于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：
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的風采。
- 創(chuàng)建一個Maven項目：這個就不用多說了吧
創(chuàng)建Maven項目
- 導入依賴：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>- 編寫代碼：那么我們就開始編寫這個Demo的服務器和客戶端相關(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服務端Demo</p>
*/
public class NettyServer{
// 服務器監(jiān)聽的端口號
private int port;
public NettyServer(int port) {
this.port = port;
}
/**
* 啟動Netty服務器
* @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服務器監(jiān)聽端口："+port);
// 等待服務端監(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)建服務器對象，監(jiān)聽端口號為 8888
NettyServer server = new NettyServer(8888);
System.out.println("============Netty服務器啟動...=============");
// 啟動服務器
server.run();
System.out.println("============Netty服務器停止...=============");
}
}- NettyServerHandler：服務器的消息處理器，用于處理各種事件
/**
* <p>Date: 2023/5/14 10:30</p>
* <p>Author: fighter3</p>
* <p>Description: Netty服務器消息處理器</p>
*/
public class NettyServerHandler extends ChannelInboundHandlerAdapter {
/**
* 當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 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 {
// 服務器 IP
private String host;
// 服務器監(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 Channel 準備就緒時就會觸發(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 Channel 中有來自服務器的數(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();
}
}- 運行一下：先啟動NettyServer，再啟動NettyClient，看下運行結(jié)果
============Netty服務器啟動...=============
Netty服務器監(jiān)聽端口：8888
客戶端發(fā)來的消息：大佬，帶帶我！===========Netty客戶端連接服務端=========
服務端發(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，服務端和客戶端，流程基本上一致，主要包括這么幾個步驟：
- 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；
- 配置 Netty 服務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；
- 給服務器或客戶端的 ChannelPipeline 添加各種 ChannelHandler，用于處理不同的網(wǎng)絡(luò)事件；
- 綁定端口啟動服務器或連接服務器；
- 等待服務器或客戶端連接關(guān)閉，釋放相關(guān)資源。
服務器&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：
- 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)；
- EventLoopGroup：Netty 的事件循環(huán)組，用于管理和調(diào)度連接到服務器或者從服務器連接出去的所有 Channel 上的事件循環(huán)；
- ServerBootstrap：Netty 的服務器啟動類，用于啟動和配置一個 TCP/IP 服務器；
- Bootstrap：Netty 的客戶端啟動類，用于啟動和配置一個 TCP/IP 客戶端；
- 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)；
- ChannelPipeline：Netty 的 Channel 處理器，用于在傳入的數(shù)據(jù)上執(zhí)行一組 ChannelHandler；
- 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；
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》
責任編輯：武曉燕
來源：
三分惡
