深刻了解Netty【六】Netty工做原理

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引言

前面學習了NIO與零拷貝、IO多路複用模型、Reactor主從模型。
服務器基於IO模型管理鏈接，獲取輸入數據，又基於線程模型，處理請求。
下面來學習Netty的具體應用。

一、Netty線程模型

Netty線程模型是創建在Reactor主從模式的基礎上，主從 Rreactor 多線程模型：

可是在Netty中，bossGroup至關於mainReactor，workerGroup至關於SubReactor與Worker線程池的合體。如：

EventLoopGroup bossGroup = new NioEventLoopGroup();
EventLoopGroup workerGroup = new NioEventLoopGroup();
ServerBootstrap server = new ServerBootstrap();
server.group(bossGroup, workerGroup)
      .channel(NioServerSocketChannel.class);

• bossGroup

bossGroup線程池負責監聽端口，獲取一個線程做爲MainReactor,用於處理端口的Accept事件。

• workerGroup

workerGroup線程池負責處理Channel（通道）的I/O事件，並處理相應的業務。

在啓動時，能夠初始化多個線程。

EventLoopGroup bossGroup = new NioEventLoopGroup(2);
EventLoopGroup workerGroup = new NioEventLoopGroup(3);

二、Netty示例（客戶端、服務器）

下面的例子演示了Netty的簡單使用。

2.一、服務端

2.1.一、 EchoServerHandler

import io.netty.buffer.ByteBuf;
import io.netty.buffer.Unpooled;
import io.netty.channel.ChannelFutureListener;
import io.netty.channel.ChannelHandler;
import io.netty.channel.ChannelHandlerAdapter;
import io.netty.channel.ChannelHandlerContext;
import io.netty.util.CharsetUtil;

/**
 * EchoServerHandler
 */
// 標識這類的實例之間能夠在 channel 裏面共享
@ChannelHandler.Sharable
public class EchoServerHandler extends ChannelHandlerAdapter {
    @Override
    public void channelRead(ChannelHandlerContext ctx, Object msg) {
        ByteBuf in = (ByteBuf) msg;
        System.out.println("Server received: " + in.toString(CharsetUtil.UTF_8));
        ctx.write(in);
    }

    @Override
    public void channelReadComplete(ChannelHandlerContext ctx) throws Exception {
        ctx.writeAndFlush(Unpooled.EMPTY_BUFFER)
                .addListener(ChannelFutureListener.CLOSE);
    }

    @Override
    public void exceptionCaught(ChannelHandlerContext ctx, Throwable cause) {
        cause.printStackTrace();
        ctx.close();
    }
}

2.1.二、 EchoServer

import io.netty.bootstrap.ServerBootstrap;
import io.netty.channel.ChannelFuture;
import io.netty.channel.ChannelInitializer;
import io.netty.channel.nio.NioEventLoopGroup;
import io.netty.channel.socket.SocketChannel;
import io.netty.channel.socket.nio.NioServerSocketChannel;

import java.net.InetSocketAddress;

/**
 * Echo服務端
 */
public class EchoServer {
    private final int port;
    private EchoServer(int port) {
        this.port = port;
    }
    private void start() throws Exception {
        //建立 EventLoopGroup
        NioEventLoopGroup boss = new NioEventLoopGroup();
        NioEventLoopGroup work = new NioEventLoopGroup();
        try {
            //建立 ServerBootstrap
            ServerBootstrap b = new ServerBootstrap();
            b.group(boss, work)
                    //指定使用 NIO 的傳輸 Channel
                    .channel(NioServerSocketChannel.class)
                    //設置 socket 地址使用所選的端口
                    .localAddress(new InetSocketAddress(port))
                    //添加 EchoServerHandler 到 Channel 的 ChannelPipeline
                    .childHandler(new ChannelInitializer<SocketChannel>() {
                        @Override
                        public void initChannel(SocketChannel ch) {
                            ch.pipeline().addLast(new EchoServerHandler());
                        }
                    });
            //綁定的服務器;sync 等待服務器關閉
            ChannelFuture f = b.bind().sync();
            System.out.println(EchoServer.class.getName() + " started and listen on " + f.channel().localAddress());
            //關閉 channel 和 塊，直到它被關閉
            f.channel().closeFuture().sync();
        } finally {
            //關機的 EventLoopGroup，釋放全部資源。
            group.shutdownGracefully().sync();
        }
    }
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        //設置端口值（拋出一個 NumberFormatException 若是該端口參數的格式不正確）
        int port = 9999;
        //服務器start()
        new EchoServer(port).start();
    }

}

2.二、客戶端

2.2.一、EchoClientHandler

import io.netty.buffer.ByteBuf;
import io.netty.buffer.Unpooled;
import io.netty.channel.ChannelHandlerContext;
import io.netty.channel.SimpleChannelInboundHandler;
import io.netty.util.CharsetUtil;

public class EchoClientHandler extends SimpleChannelInboundHandler<ByteBuf> {
    @Override
    public void channelActive(ChannelHandlerContext ctx) {
        ctx.writeAndFlush(Unpooled.copiedBuffer("Netty rocks!", CharsetUtil.UTF_8));
    }
    @Override
    public void exceptionCaught(ChannelHandlerContext ctx, Throwable cause) {
        cause.printStackTrace();
        ctx.close();
    }
    @Override
    protected void messageReceived(ChannelHandlerContext ctx, ByteBuf msg) {
        System.out.println("Client received: " + msg.toString(CharsetUtil.UTF_8));
    }
}

2.2.二、EchoClient

import io.netty.bootstrap.Bootstrap;
import io.netty.channel.ChannelFuture;
import io.netty.channel.ChannelInitializer;
import io.netty.channel.EventLoopGroup;
import io.netty.channel.nio.NioEventLoopGroup;
import io.netty.channel.socket.SocketChannel;
import io.netty.channel.socket.nio.NioSocketChannel;

import java.net.InetSocketAddress;

public class EchoClient {
    private final String host;
    private final int port;
    private EchoClient(String host, int port) {
        this.host = host;
        this.port = port;
    }
    private void start() throws Exception {
        EventLoopGroup group = new NioEventLoopGroup();
        try {
            //建立 Bootstrap
            Bootstrap b = new Bootstrap();
            //指定 EventLoopGroup 來處理客戶端事件。
            //因爲使用 NIO 傳輸，因此用到了 NioEventLoopGroup 的實現
            b.group(group)
                    //使用的 channel 類型是一個用於 NIO 傳輸
                    .channel(NioSocketChannel.class)
                    //設置服務器的 InetSocketAddress
                    .remoteAddress(new InetSocketAddress(host, port))
                    //當創建一個鏈接和一個新的通道時，建立添加到 EchoClientHandler 實例 到 channel pipeline
                    .handler(new ChannelInitializer<SocketChannel>() {
                        @Override
                        public void initChannel(SocketChannel ch) {
                            ch.pipeline().addLast(new EchoClientHandler());
                        }
                    });
            //鏈接到遠程;等待鏈接完成
            ChannelFuture f = b.connect().sync();
            //阻塞直到 Channel 關閉
            f.channel().closeFuture().sync();
        } finally {
            //調用 shutdownGracefully() 來關閉線程池和釋放全部資源
            group.shutdownGracefully().sync();
        }
    }
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        //服務器地址及端口
        String host = "localhost";
        int port = 9999;
        new EchoClient(host, port).start();
    }
}

三、Netty工做原理

服務端包含了1個boss NioEventLoopGroup和1個work NioEventLoopGroup。
NioEventLoopGroup至關於1個事件循環組，組內包含多個事件循環（NioEventLoop），每一個NioEventLoop包含1個Selector和1個事件循環線程。

3.一、boss NioEventLoop循環任務

• 輪詢Accept事件。
• 處理Accept IO事件，與Client創建鏈接，生成NioSocketChannel,並將NioSocketChannel註冊到某個work NioEventLoop的Selector上。
• 處理任務隊列中的任務。

3.二、work NioEventLoop循環任務

• 輪詢Read、Write事件。
• 處理IO事件，在NioSocketChannel可讀、可寫事件發生時進行處理。
• 處理任務隊列中的任務。

3.三、任務隊列中的任務

1. 用戶程序自定義的普通任務

ctx.channel().eventLoop().execute(new Runnable() {
   @Override
   public void run() {
       //...
   }
});

1. 非當前 Reactor 線程調用 Channel 的各類方法

例如在推送系統的業務線程裏面，根據用戶的標識，找到對應的 Channel 引用，而後調用 Write 類方法向該用戶推送消息，就會進入到這種場景。最終的 Write 會提交到任務隊列中後被異步消費。

1. 用戶自定義定時任務

ctx.channel().eventLoop().schedule(new Runnable() {
   @Override
   public void run() {
       //...
   }
}, 60, TimeUnit.SECONDS);

參考

這多是目前最透徹的Netty原理架構解析
Netty 實戰精髓篇
Netty入門教程 
Essential Netty in Action