Netty学习（Netty入门）

概述

Netty是什么

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Netty的地位

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Netty的优势

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HelloWorld

public class HelloClient {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        // 1. 启动类
        new Bootstrap()
            // 2. 添加 EventLoop
            .group(new NioEventLoopGroup())
            // 3. 选择客户端 channel 实现
            .channel(NioSocketChannel.class)
            // 4. 添加处理器
            .handler(new ChannelInitializer<NioSocketChannel>() {
                @Override // 在连接建立后被调用
                protected void initChannel(NioSocketChannel ch) throws Exception {
                    ch.pipeline().addLast(new StringEncoder());
                }
            })
            // 5. 连接到服务器
            .connect(new InetSocketAddress("localhost", 8080))
            .sync()
            .channel()
            // 6. 向服务器发送数据
            .writeAndFlush("hello, world");
    }
}


public class HelloServer {
    public static void main(String[] args) {
        // 1. 启动器，负责组装 netty 组件，启动服务器
        new ServerBootstrap()
            // 2. BossEventLoop, WorkerEventLoop(selector,thread), group 组
            .group(new NioEventLoopGroup())
            // 3. 选择 服务器的 ServerSocketChannel 实现
            .channel(NioServerSocketChannel.class) // OIO BIO
            // 4. boss 负责处理连接 worker(child) 负责处理读写，决定了 worker(child) 能执行哪些操作（handler）
            .childHandler(
                    // 5. channel 代表和客户端进行数据读写的通道 Initializer 初始化，负责添加别的 handler
                new ChannelInitializer<NioSocketChannel>() {
                @Override
                protected void initChannel(NioSocketChannel ch) throws Exception {
                    // 6. 添加具体 handler
                    ch.pipeline().addLast(new LoggingHandler());
                    ch.pipeline().addLast(new StringDecoder()); // 将 ByteBuf 转换为字符串
                    ch.pipeline().addLast(new ChannelInboundHandlerAdapter() { // 自定义 handler
                        @Override // 读事件
                        public void channelRead(ChannelHandlerContext ctx, Object msg) throws Exception {
                            System.out.println(msg); // 打印上一步转换好的字符串
                        }
                    });
                }
            })
            // 7. 绑定监听端口
            .bind(8080);
    }
}

流程分析

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正确理解

正确理解 Netty中各个组件的功能和职责
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组件

EventLoop

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普通任务和定时任务


@Slf4j
public class TestEventLoop {
    public static void main(String[] args) {
        // 1. 创建事件循环组
        EventLoopGroup group = new NioEventLoopGroup(2); // io 事件，普通任务，定时任务
//        EventLoopGroup group = new DefaultEventLoopGroup(); // 普通任务，定时任务
        // 2. 获取下一个事件循环对象
        System.out.println(group.next());
        System.out.println(group.next());
        System.out.println(group.next());
        System.out.println(group.next());

        // 3. 执行普通任务
        group.next().execute(() -> {
            try {
                Thread.sleep(1000);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            log.debug("ok");
        });

        // 4. 执行定时任务
        group.next().scheduleAtFixedRate(() -> {
            log.debug("ojbk");
        }, 0, 1, TimeUnit.SECONDS);

        log.debug("main");
    }
}

IO任务

Netty客户端是多线程程序，idea debug 默认断点模式为ALL，即会停止主线程以及守护线程，所以当客户端断点自定义Evaluate发送数据时，守护线程的发送数据Channel也被断点停止，所以无法发送数据

选择Thread只停止当前线程，守护线程仍然可以运行
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一个客户端的NIO线程跟Channel建立链接就会建立一个绑定关系，后续客户端的Channel上的IO事件都由一个EventLoop处理，
客户端-Channel-EventLoop绑定关系

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EventLoop的分工细化

第一次细分，Netty建议将EventLoop职责细分，分为boss和worker
group中传入两个EventLoop，那么boss只负责accept事件，worker负责read事件

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上诉优化，worker中的NIOEventLoopGroup除了要负责SocketChannel的NIO连接操作还要负责连接后的读写操作，如果读写较长较重，那么会阻塞影响到worker其他的连接或读写操作，所以，
再次细分，EventLoop有两种实现，NIOEventLoopGroup 能处理IO事件普通任务和定时任务，DefaultEventLoopGroup只能处理普通任务和定时任务，将读写操作交给它去处理耗时较长的读写操作。

在这里插入图片描述

作为对比，第一个没有指定group，默认使用了worker的NIOEventLoopGroup来处理读写操作，而第二则使用了DefaultEventLoop来处理读写操作

切换线程

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Channel

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正确的链接建立：ChannelFuture

处理异步连接

由于连接的建立是耗时的，所以Channel必须等到连接建立完成再执行获取，否则是无效的

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connect方法返回的ChannelFuture若没有阻塞等待连接，那么接下来获取到的Channel是没有建立好连接的Channel

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如上两种方法异步等待NIO线程建立完毕

谁发起的调用谁等待链接结果

正确的链接关闭：CloseFuture的关闭

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不能直接在主线程或其他线程中直接处理关闭操作，因为nioEventLoopGroup-2-1属于异步线程，此处close方法非阻塞，有可能在关闭操作还未完成就执行了关闭后操作

解决方法：
使用阻塞关闭方法，只有当channel真的关闭了才执行后面的方法

在这里插入图片描述
优雅的关闭：等待还未执行完的操作执行完后再关闭
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为什么Netty是异步设计

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Future & Promise

概述

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Future

jdk中的Future

Future就是在线程之间传递结果的一个容器，是被动的获取结果，由执行完任务的线程给予的结果，没有暴露主动赋予结果的方法


@Slf4j
public class TestJdkFuture {
    public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {
        //1.创建线程池
        ExecutorService service = Executors.newFixedThreadPool(2);
        //2.提交任务
        Future<Object> future = service.submit(new Callable<Object>() {
            @Override
            public Object call() throws Exception {
                log.debug("执行计算");
                Thread.sleep(1000);
                return 50;
            }
        });
        //3.祝线程通过future获取结果，get是阻塞等待方法
        log.debug("等待结果");
        log.debug("结果{}",future.get());

    }
}
Netty 中的 Future

与jdk中的差不多，继承至jdk的Future，做了增强


@Slf4j
public class TestNettyFuture {

    public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {

        NioEventLoopGroup group = new NioEventLoopGroup();
        EventLoop eventLoop = group.next();
        //提交任务
        Future<Integer> future = eventLoop.submit(new Callable<Integer>() {
            @Override
            public Integer call() throws Exception {
                log.debug("执行计算");
                System.out.println("执行计算");
                Thread.sleep(1000);
                return 50;
            }
        });
        //通过future获取结果，get是阻塞等待方法
        log.debug("等待结果");
        log.debug("结果{}",future.get());

        //异步方式获取结果
        future.addListener(new GenericFutureListener<Future<? super Integer>>() {
            @Override
            public void operationComplete(Future<? super Integer> future) throws Exception {
                //getNow非阻塞等待 立即获取结果
                log.debug("结果{}",future.getNow());
            }
        });

    }
}

Promise

Promise又继承至Netty的Future，功能更强大，可以主动填充结果，对于网络通信非常有用

@Slf4j
public class TestNettyPromise {
    public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {
        // 1. 准备 EventLoop 对象
        EventLoop eventLoop = new NioEventLoopGroup().next();
        // 2. 可以主动创建 promise, 结果容器
        DefaultPromise<Integer> promise = new DefaultPromise<>(eventLoop);
        new Thread(() -> {
            // 3. 任意一个线程执行计算，计算完毕后向 promise 填充结果
            log.debug("开始计算...");
            try {
                int i = 1 / 0;
                Thread.sleep(1000);
                promise.setSuccess(80);
            } catch (Exception e) {
                e.printStackTrace();
                promise.setFailure(e);
            }

        }).start();
        // 4. 接收结果的线程
        log.debug("等待结果...");
        log.debug("结果是: {}", promise.get());
    }

}

Handler & Pipeline

Pipeline

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Inbound

在这里插入图片描述
入栈是按入栈顺序出，出栈是按入栈顺序返出

channelRead 是一个调用链，如果中间没调用，那么后面的handler 则调用不到

Outbound

注意ctx.writeAndFlush和 ch.writeAndFlush
ctx.writeAndFlush 是从当前调用的 handler 往后寻找 OutboundHandler，若之前没有执行到OutboundHandler 那么找不到OutboundHandler执行

而ch.writeAndFlush则是从整个调用链的最前端 tail 处理开始往后寻找OutboundHandler
而且先执行调用链中的InboundHandler输入，中间的 OutboundHandler 被跳过不影响正常输入执行
在这里插入图片描述
如图ch.writeAndFlush 的调用执行流程
在这里插入图片描述

ByteBuffer

netty 中 ByteBuf容量动态扩容，netty 中 ByteBuffer 固定容量
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netty 中 ByteBuffer 默认使用直接内存（系统内存、内存条）
在这里插入图片描述
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例如 扩容 2 的整数倍 2^9=512 扩容至 2^10 =1024

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在这里插入图片描述
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tail 只能处理原始 ByteBuf 如果中途 ByteBuf 被转换成其他数据类型，则 tail 无法自动release

零拷贝 slice

slice 是 netty 中对于零拷贝的体现之一
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切片后生成的对象，实际上还是操作原始bytebuf 的内容
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使用习惯，切片自己增加引用计数，避免被其他调用者释放
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component 组合零拷贝

writeBytes 会发生真正的数据复制，每次writeBytes都会发生数据复制
addComponents 是使逻辑上连续，没有发生复制

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双向通信

实现一个 echo server

编写 server

new ServerBootstrap()
    .group(new NioEventLoopGroup())
    .channel(NioServerSocketChannel.class)
    .childHandler(new ChannelInitializer<NioSocketChannel>() {
        @Override
        protected void initChannel(NioSocketChannel ch) {
            ch.pipeline().addLast(new ChannelInboundHandlerAdapter(){
                @Override
                public void channelRead(ChannelHandlerContext ctx, Object msg) {
                    ByteBuf buffer = (ByteBuf) msg;
                    System.out.println(buffer.toString(Charset.defaultCharset()));

                    // 建议使用 ctx.alloc() 创建 ByteBuf
                    ByteBuf response = ctx.alloc().buffer();
                    response.writeBytes(buffer);
                    ctx.writeAndFlush(response);

                    // 思考：需要释放 buffer 吗
                    // 思考：需要释放 response 吗
                }
            });
        }
    }).bind(8080);

编写 client

NioEventLoopGroup group = new NioEventLoopGroup();
Channel channel = new Bootstrap()
    .group(group)
    .channel(NioSocketChannel.class)
    .handler(new ChannelInitializer<NioSocketChannel>() {
        @Override
        protected void initChannel(NioSocketChannel ch) throws Exception {
            ch.pipeline().addLast(new StringEncoder());
            ch.pipeline().addLast(new ChannelInboundHandlerAdapter() {
                @Override
                public void channelRead(ChannelHandlerContext ctx, Object msg) {
                    ByteBuf buffer = (ByteBuf) msg;
                    System.out.println(buffer.toString(Charset.defaultCharset()));

                    // 思考：需要释放 buffer 吗
                }
            });
        }
    }).connect("127.0.0.1", 8080).sync().channel();

channel.closeFuture().addListener(future -> {
    group.shutdownGracefully();
});

new Thread(() -> {
    Scanner scanner = new Scanner(System.in);
    while (true) {
        String line = scanner.nextLine();
        if ("q".equals(line)) {
            channel.close();
            break;
        }
        channel.writeAndFlush(line);
    }
}).start();

💡 读和写的误解

我最初在认识上有这样的误区，认为只有在 netty，nio 这样的多路复用 IO 模型时，读写才不会相互阻塞，才可以实现高效的双向通信，但实际上，Java Socket 是全双工的：在任意时刻，线路上存在A 到 B 和 B 到 A 的双向信号传输。即使是阻塞 IO，读和写是可以同时进行的，只要分别采用读线程和写线程即可，读不会阻塞写、写也不会阻塞读

例如

public class TestServer {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        ServerSocket ss = new ServerSocket(8888);
        Socket s = ss.accept();

        new Thread(() -> {
            try {
                BufferedReader reader = new BufferedReader(new InputStreamReader(s.getInputStream()));
                while (true) {
                    System.out.println(reader.readLine());
                }
            } catch (IOException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }).start();

        new Thread(() -> {
            try {
                BufferedWriter writer = new BufferedWriter(new OutputStreamWriter(s.getOutputStream()));
                // 例如在这个位置加入 thread 级别断点，可以发现即使不写入数据，也不妨碍前面线程读取客户端数据
                for (int i = 0; i < 100; i++) {
                    writer.write(String.valueOf(i));
                    writer.newLine();
                    writer.flush();
                }
            } catch (IOException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }).start();
    }
}

客户端

public class TestClient {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        Socket s = new Socket("localhost", 8888);

        new Thread(() -> {
            try {
                BufferedReader reader = new BufferedReader(new InputStreamReader(s.getInputStream()));
                while (true) {
                    System.out.println(reader.readLine());
                }
            } catch (IOException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }).start();

        new Thread(() -> {
            try {
                BufferedWriter writer = new BufferedWriter(new OutputStreamWriter(s.getOutputStream()));
                for (int i = 0; i < 100; i++) {
                    writer.write(String.valueOf(i));
                    writer.newLine();
                    writer.flush();
                }
            } catch (IOException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }).start();
    }
}

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186.安全技术防范是一种由探测、&#xff08;&#xff09;、快速反应相结合的安全防范体系。 A.保安 B.出警 C.延迟 D.监控 答案&#xff1a;C 187.安全技术防范是以&#xff08;&#xff09;和预防犯罪为目的的一项社会公共安全业务。 A.预防灾害 B.预防损失 C.预防失…
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StreamSets: 数据采集工具详解

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欢迎来到我的博客&#xff0c;很高兴能够在这里和您见面&#xff01;欢迎订阅相关专栏&#xff1a; 欢迎关注微信公众号&#xff1a;野老杂谈 ⭐️ 全网最全IT互联网公司面试宝典&#xff1a;收集整理全网各大IT互联网公司技术、项目、HR面试真题. ⭐️ AIGC时代的创新与未来&a…
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【EI会议/稳定检索】2024年应用数学、化学研究与物理工程国际会议(AMPE 2024)

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2024 International Conference on Applied Mathematics, Chemical Research, and Physical Engineering 2024年应用数学、化学研究与物理工程国际会议(AMPE 2024) 【会议信息】 会议简称&#xff1a;AMPE 2024 大会时间&#xff1a;点击查看 截稿时间&#xff1a;官网查看 大…
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【T+】畅捷通T+产品，将原财务报表中的模板转换到财务报表菜单下。

【T+】畅捷通T+产品，将原财务报表中的模板转换到财务报表菜单下。

【问题描述】 畅捷通T3产品中账套使用行业性质是【新会计准测制度】升级到畅捷通T+产品， 行业性质默认为【2001年企业会计制度】， 但是升级成功后，账套的财务报表下没有对应报表模板，需要手工编辑，太费劲了。 并且在T+产品中新建账套，行业性质选择【2001年企业会计制度】…
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verilog行为建模（一）：基本概念

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目录 1.行为描述2.过程(procedural)块3.过程赋值(procedural assignment)4.过程时序控制5.简单延时6.边沿敏感时序7.wait语句 微信公众号获取更多FPGA相关源码&#xff1a; 1.行为描述 行为级描述是对系统的高抽象级描述。在这个级别&#xff0c;表达的是输入和输出之间转换…
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比 PIP 快 100 倍的安装工具

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uv 是一个由 Rust 开发的 pip 工具&#xff0c;比 pip 快 100 倍&#xff0c;难以置信&#xff0c;不过真的是快太多了。 安装 在 Mac 上直接通过 brew install uv 安装即可。 venv 创建运行环境&#xff0c;默认当前目录下 .venv uv venv 依赖安装 uv pip install -r re…
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