一、Netty初探

1.1、Netty的使用场景：

二、Netty线程模型

三、Netty模块组件

四、Netty通讯示例

五、ByteBuf详解

六、Netty实战聊天室系统

一、Netty初探

NIO 的类库和 API 繁杂，使用麻烦：需要熟练掌握Selector、 ServerSocketChannel、 SocketChannel、 ByteBuffer等。

开发工作量和难度都非常大：例如客户端面临断连重连、网络闪断、心跳处理、半包读写、网络拥塞和异常流的处理等等。

Netty 对 JDK 自带的 NIO 的 API 进行了良好的封装，解决了上述问题。且Netty拥有高性能、吞吐量更高，延迟更低，减少资源消耗，最小化不必要的内存复制等优点。

Netty 现在都在用的是4.x，5.x版本已经废弃，Netty 4.x 需要JDK 6以上版本支持

1.1、Netty的使用场景：

1.1.1、互联网行业：在分布式系统中，各个节点之间需要远程服务调用，高性能的 RPC 框架必不可少，Netty 作为异步高性能的通信框架，往往作为基础通信组件被这些 RPC 框架使用。典型的应用有：阿里分布式服务框架 Dubbo 的 RPC 框架使用 Dubbo 协议进行节点间通信， Dubbo 协议默认使用Netty 作为基础通信组件，用于实现各进程节点之间的内部通信。 Rocketmq 底层也是用的 Netty 作为基础通信组件。

1.1.2、游戏行业：无论是手游服务端还是大型的网络游戏， Java 语言得到了越来越广泛的应用。 Netty作为高性能的基础通信组件，它本身提供了 TCP/UDP 和 HTTP 协议栈。

1.1.3、大数据领域：经典的 Hadoop 的高性能通信和序列化组件 Avro 的 RPC 框架，默认采用 Netty 进行跨界点通信，它的 Netty Service 基于 Netty 框架二次封装实现。

netty 相关开源项目： https://netty.io/wiki/related-projects.html

Netty Agents： https://gitlab.com/opentoolset/netty-agents

二、Netty线程模型

参考《 Scalable IO in Java 》里的一些 IO 处理模式， Netty 的线程模型如下图所示：

模型解释：

1) Netty 抽象出两组线程池BossGroup和WorkerGroup ，BossGroup专门负责接收客户端的连接, WorkerGroup专门负责网络的读写。

2) BossGroup和WorkerGroup类型都是 NioEventLoopGroup

3) NioEventLoopGroup 相当于一个事件循环线程组 , 这个组中含有多个事件循环线程，每一个事件循环线程是NioEventLoop。

4) 每个NioEventLoop都有一个selector , 用于监听注册在其上的socketChannel的网络通讯。

5) 每个Boss NioEventLoop线程内部循环执行的步骤有 3 步：

处理accept事件 , 与client 建立连接 , 生成 NioSocketChannel。
将NioSocketChannel注册到某个worker NIOEventLoop上的selector。
处理任务队列的任务，即runAllTasks。

6) 每个worker NIOEventLoop线程循环执行的步骤：

轮询注册到自己selector上的所有NioSocketChannel 的read, write事件。
处理 I/O 事件，即read , write 事件，在对应NioSocketChannel 处理业务。
runAllTasks处理任务队列TaskQueue的任务，一些耗时的业务处理一般可以放入TaskQueue中慢慢处理，这样不影响数据在 pipeline 中的流动处理。

7) 每个worker NIOEventLoop处理NioSocketChannel业务时，会使用 pipeline (管道)，管道中维护了很多 handler 处理器用来处理 channel 中的数据。

三、Netty模块组件

【Bootstrap、ServerBootstrap】：

Bootstrap 意思是引导，一个 Netty 应用通常由一个 Bootstrap 开始，主要作用是配置整个 Netty 程序，串联各个组件，Netty 中 Bootstrap 类是客户端程序的启动引导类，ServerBootstrap 是服务端启动引导类。

【Future、ChannelFuture】：

正如前面介绍，在 Netty 中所有的 IO 操作都是异步的，不能立刻得知消息是否被正确处理。

但是可以过一会等它执行完成或者直接注册一个监听，具体的实现就是通过 Future 和 ChannelFutures，他们可以注册一个监听，当操作执行成功或失败时监听会自动触发注册的监听事件。

【Channel】：通道

Netty 网络通信的组件，能够用于执行网络 I/O 操作。Channel 为用户提供：

1）当前网络连接的通道的状态（例如是否打开？是否已连接？）

2）网络连接的配置参数（例如接收缓冲区大小）

3）提供异步的网络 I/O 操作(如建立连接，读写，绑定端口)，异步调用意味着任何 I/O 调用都将立即返回，并且不保证在调用结束时所请求的 I/O 操作已完成。

4）调用立即返回一个 ChannelFuture 实例，通过注册监听器到 ChannelFuture 上，可以 I/O 操作成功、失败或取消时回调通知调用方。

5）支持关联 I/O 操作与对应的处理程序。

不同协议、不同的阻塞类型的连接都有不同的 Channel 类型与之对应。

下面是一些常用的 Channel 类型：

1 NioSocketChannel，异步的客户端 TCP Socket 连接。

2 NioServerSocketChannel，异步的服务器端 TCP Socket 连接。

3 NioDatagramChannel，异步的 UDP 连接。

4 NioSctpChannel，异步的客户端 Sctp 连接。

5 NioSctpServerChannel，异步的 Sctp 服务器端连接，这些通道涵盖了 UDP 和 TCP 网络 IO 以及文件 IO。

【Selector】：

Netty 基于 Selector 对象实现 I/O 多路复用，通过 Selector 一个线程可以监听多个连接的 Channel 事件。

当向一个 Selector 中注册 Channel 后，Selector 内部的机制就可以自动不断地查询(Select) 这些注册的 Channel 是否有已就绪的 I/O 事件（例如可读，可写，网络连接完成等），这样程序就可以很简单地使用一个线程高效地管理多个 Channel 。

【NioEventLoop】：

NioEventLoop 中维护了一个线程和任务队列，支持异步提交执行任务，线程启动时会调用。

NioEventLoop 的 run 方法，执行 I/O 任务和非 I/O 任务：

I/O 任务，即 selectionKey 中 ready 的事件，如 accept、connect、read、write 等，由 processSelectedKeys 方法触发。

非 IO 任务，添加到 taskQueue 中的任务，如 register0、bind0 等任务，由 runAllTasks 方法触发。

【NioEventLoopGroup】：

NioEventLoopGroup，主要管理 eventLoop 的生命周期，可以理解为一个线程池，内部维护了一组线程，每个线程(NioEventLoop)负责处理多个 Channel 上的事件，而一个 Channel 只对应于一个线程。

【ChannelHandler】：

ChannelHandler 是一个接口，处理 I/O 事件或拦截 I/O 操作，并将其转发到其 ChannelPipeline(业务处理链)中的下一个处理程序。

ChannelHandler 本身并没有提供很多方法，因为这个接口有许多的方法需要实现，方便使用期间，可以继承它的子类：

1 ChannelInboundHandler 用于处理入站 I/O 事件。

2 ChannelOutboundHandler 用于处理出站 I/O 操作。

或者使用以下适配器类：

1 ChannelInboundHandlerAdapter 用于处理入站 I/O 事件。

2 ChannelOutboundHandlerAdapter 用于处理出站 I/O 操作。

【ChannelHandlerContext】：

保存 Channel 相关的所有上下文信息，同时关联一个 ChannelHandler 对象。

【ChannelPipline】：

保存 ChannelHandler 的 List，用于处理或拦截 Channel 的入站事件和出站操作。

ChannelPipeline 实现了一种高级形式的拦截过滤器模式，使用户可以完全控制事件的处理方式，以及 Channel 中各个的 ChannelHandler 如何相互交互。

在 Netty 中每个 Channel 都有且仅有一个 ChannelPipeline 与之对应，它们的组成关系如下：

一个 Channel 包含了一个 ChannelPipeline，而 ChannelPipeline 中又维护了一个由 ChannelHandlerContext 组成的双向链表，并且每个 ChannelHandlerContext 中又关联着一个 ChannelHandler。

read事件(入站事件)和write事件(出站事件)在一个双向链表中，入站事件会从链表 head 往后传递到最后一个入站的 handler，出站事件会从链表 tail 往前传递到最前一个出站的 handler，两种类型的handler 互不干扰。

四、Netty通讯示例

Netty的maven依赖：

<dependency>
 <groupId>io.netty</groupId>
 <artifactId>netty‐all</artifactId>
 <version>4.1.35.Final</version>
</dependency>

服务端代码：

详见

package my.mark.mybaibaoxiang.netty.netty.base.NettyServer和NettyServerHandler。

客户端代码详见：NettyClient和NettyClientHandler

由示例练习，可见发现Netty架的目标就是让你的业务逻辑从网络基础应用编码中分离出来，让你可以专注业务的开发，而不需写一大堆类似NIO的网络处理操作。

五、ByteBuf详解

从结构上来说，ByteBuf 由一串字节数组构成。数组中每个字节用来存放信息。

ByteBuf 提供了两个索引，一个用于读取数据，一个用于写入数据。这两个索引通过在字节数组中移动，来定位需要读或者写信息的位置。

当从 ByteBuf 读取时，它的 readerIndex（读索引）将会根据读取的字节数递增。

同样，当写 ByteBuf 时，它的 writerIndex 也会根据写入的字节数进行递增。

需要注意的是极限的情况是 readerIndex 刚好读到了 writerIndex 写入的地方。

如果 readerIndex 超过了 writerIndex 的时候，Netty 会抛出 IndexOutOf-BoundsException 异常。

示例：

package my.mark.mybaibaoxiang.netty.netty.base;

import io.netty.buffer.ByteBuf;
import io.netty.buffer.Unpooled;
import io.netty.util.CharsetUtil;

/**
 * ByteBuf结构演示
 */
public class NettyByteBuf {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建byteBuf对象，该对象内部包含一个字节数组byte[10]
        // 通过readerindex和writerIndex和capacity，将buffer分成三个区域
        // 已经读取的区域：[0,readerindex)
        // 可读取的区域：[readerindex,writerIndex)
        // 可写的区域: [writerIndex,capacity)
        ByteBuf byteBuf = Unpooled.buffer(10);
        System.out.println("byteBuf=" + byteBuf);

        for (int i = 0; i < 8; i++) {
            byteBuf.writeByte(i);
        }
        System.out.println("byteBuf=" + byteBuf);

        for (int i = 0; i < 5; i++) {
            System.out.println(byteBuf.getByte(i));
        }
        System.out.println("byteBuf=" + byteBuf);

        for (int i = 0; i < 5; i++) {
            System.out.println(byteBuf.readByte());
        }
        System.out.println("byteBuf=" + byteBuf);


        //用Unpooled工具类创建ByteBuf
        ByteBuf byteBuf2 = Unpooled.copiedBuffer("hello,zhuge!", CharsetUtil.UTF_8);
        //使用相关的方法
        if (byteBuf2.hasArray()) {
            byte[] content = byteBuf2.array();
            //将 content 转成字符串
            System.out.println(new String(content, CharsetUtil.UTF_8));
            System.out.println("byteBuf=" + byteBuf2);

            System.out.println(byteBuf2.readerIndex()); // 0
            System.out.println(byteBuf2.writerIndex()); // 12
            System.out.println(byteBuf2.capacity()); // 36

            System.out.println(byteBuf2.getByte(0)); // 获取数组0这个位置的字符h的ascii码，h=104

            int len = byteBuf2.readableBytes(); //可读的字节数  12
            System.out.println("len=" + len);

            //使用for取出各个字节
            for (int i = 0; i < len; i++) {
                System.out.println((char) byteBuf2.getByte(i));
            }

            //范围读取
            System.out.println(byteBuf2.getCharSequence(0, 6, CharsetUtil.UTF_8));
            System.out.println(byteBuf2.getCharSequence(6, 6, CharsetUtil.UTF_8));
        }
    }
}