Netty源码面试解析实战(02)-基本组件

Posted 2023-03-07

1 传统socket网络编程

1.1 实战

服务端：ServerBoot

package com.javaedge.netty.ch2;

/**
 * @author JavaEdge
 */
public class ServerBoot 

    private static final int PORT = 8000;

    public static void main(String[] args) 
        Server server = new Server(PORT);
        server.start();
    

Server

package com.javaedge.netty.ch2;

import java.io.IOException;
import java.net.ServerSocket;
import java.net.Socket;

/**
 * @author JavaEdge
 */
public class Server 

    private ServerSocket serverSocket;

    public Server(int port) 
        try 
            this.serverSocket = new ServerSocket(port);
            System.out.println("Server starts success，端口:" + port);
         catch (IOException exception) 
            System.out.println("Server starts failed");
        
    

    public void start() 
        new Thread(() -> doStart()).start();
    

    private void doStart() 
        while (true) 
            try 
                Socket client = serverSocket.accept();
                new ClientHandler(client).start();
             catch (IOException e) 
                System.out.println("Server failure");
            
        
    

ClientHandler

package com.javaedge.netty.ch2;

import java.io.IOException;
import java.io.InputStream;
import java.net.Socket;

/**
 * @author JavaEdge
 */
public class ClientHandler 

    public static final int MAX_DATA_LEN = 1024;
    private final Socket socket;

    public ClientHandler(Socket socket) 
        this.socket = socket;
    

    public void start() 
        System.out.println("新客户端接入");
        new Thread(() -> doStart()).start();
    

    private void doStart() 
        try 
            InputStream inputStream = socket.getInputStream();
            while (true) 
                byte[] data = new byte[MAX_DATA_LEN];
                int len;
                while ((len = inputStream.read(data)) != -1) 
                    String message = new String(data, 0, len);
                    System.out.println("客户端传来消息: " + message);
                    socket.getOutputStream().write(data);
                
            
         catch (IOException e) 
            e.printStackTrace();
        
    

Client

package com.javaedge.netty.ch2;

import java.io.IOException;
import java.net.Socket;

/**
 * @author JavaEdge
 */
public class Client 
    private static final String HOST = "127.0.0.1";
    private static final int PORT = 8000;
    private static final int SLEEP_TIME = 5000;

    public static void main(String[] args) throws IOException 
        final Socket socket = new Socket(HOST, PORT);
        new Thread(() -> 
            System.out.println("客户端启动成功!");
            while (true) 
                try 
                    String message = "hello world";
                    System.out.println("客户端发送数据: " + message);
                    socket.getOutputStream().write(message.getBytes());
                 catch (Exception e) 
                    System.out.println("写数据出错!");
                
                sleep();
            
        ).start();
    

    private static void sleep() 
        try 
            Thread.sleep(SLEEP_TIME);
         catch (InterruptedException e) 
            e.printStackTrace();
        
    

先后启动 ​​ServerBoot​​​、​​Client​​，输出

Server starts success，端口:8000
新客户端接入
客户端传来消息: hello worldhello world
客户端传来消息: hello world
客户端传来消息: hello world
客户端传来消息: hello world
客户端传来消息: hello world

客户端启动成功!
客户端发送数据: hello world
客户端发送数据: hello world
客户端发送数据: hello world

1.2 传统HTTP服务器原理

1. 创建一个​​ServerSocket​​
2. 监听并绑定一个端口一系列客户端来请求这个端口服务器使用Accept，获得一个来自客户端的Socket连接对象
3. 启动一个新线程处理连接读Socket，

• 得到字节流解码协议
• 得到Http请求对象处理Http请求
• 得到一个结果
• 封装成一个HttpResponse对象编码协议
• 将结果序列化字节流写Socket，
• 将字节流发给客户端

• 继续循环步骤3

1.3 C/S 交互流程

2 Netty版socket网络编程

3 Netty核心组件

3.1 NioEventLoop

3.1.1 简介

① EventLoop

一个 EventLoop 就是一个 eventexecutor：

package io.netty.channel;

import io.netty.util.concurrent.OrderedEventExecutor;

/**
 * 一旦Channel注册了，将处理所有的  I/O 操作
 * 一个 EventLoop 实例通常处理一个以上的Channel ，但这取决于执行的细节和内幕
 */
public interface EventLoop extends OrderedEventExecutor, EventLoopGroup 
    @Override
    EventLoopGroup parent();

​​NioEventLoopGroup​​​ 是一个处理 I/O 操作的多线程事件循环。Netty 为不同类型的传输提供各种 ​​EventLoopGroup​​ 实现。

示例代码中实现服务器端应用程序，将使用两个NioEventLoopGroup：

• boss，接受传入的连接。因为accept事件只需建立一次连接，连接是可以复用的，accept只接受一次
• work，在上司接受连接并登记到工作人员后，处理接受连接的流量。使用多少线程及如何映射到创建的通道，取决于 EventLoopGroup 实现，甚至可能通过构造函数配置

Netty的发动机：

Server端

Client端

​​while(true)​​就对应一个 run 方法。

NioEventLoop#run

protected void run() 
  int selectCnt = 0;
  for (;;) 
    try 
      int strategy;
      try 
        strategy = selectStrategy.calculateStrategy(selectNowSupplier, hasTasks());

if (ioRatio == 100) 
   try 
     if (strategy > 0) 
       processSelectedKeys();
     
   
 

netty有不同I/O编程模型实现。以NIO为例，对IO事件的处理是在NioEventLoop里，事件的注册：

private void processSelectedKeys() 
   if (selectedKeys != null) 
     // 不用 JDK 的 selector.selectedKeys，性能更好（%1-2%），GC更少
     processSelectedKeysOptimized();
    else 
     processSelectedKeysPlain(selector.selectedKeys());
   
 

不同事件调用unsafe的不同方法，Netty对底层socket的操作都通过

unsafe

1. NioMessageUnsafe ​​NioserverSocketChannel​​使用NioMessageUnsafe做socket操作
2. NioByteUnsafe ​​NioSocketChannel​​使用NioByteUnsafe做socket操作

处理每个连接：

② EventExecutorGroup

负责：

• 经由其使用​​next()​​​方法，提供​​EventExecutor​​
• 处理自己的生命周期，并允许在全局模式中关闭它们

③ EventExecutor

特殊的​​EventExecutorGroup​​​，附带一些快捷方法，看是否有​​Thread​​在事件循环执行。

④ EventLoopGroup

特殊的 ​​EventExecutorGroup​​​，允许注册 ​​Channel​​，即事件循环期间可执行 channel 操作，得到处理，供以后选用。

3.2 Channel

• 以服务端的NioMessageUnsafe为例来看下read()方法的实现,对应是否有新连接进来的情况 直接把底层的 channel 封装成 NioSocketChannel

3.3 ByteBuf

3.4 Pipeline

netty 将其抽象成逻辑链，netty怎么把每个 pipeline 加入到客户端连接的呢？

AbstractChannel

protected DefaultChannelPipeline newChannelPipeline() 
        return new DefaultChannelPipeline(this);
    

DefaultChannelPipeline

protected DefaultChannelPipeline(Channel channel) 
        this.channel = ObjectUtil.checkNotNull(channel, "channel");
        succeededFuture = new SucceededChannelFuture(channel, null);
        voidPromise =  new VoidChannelPromise(channel, true);

        tail = new TailContext(this);
        head = new HeadContext(this);

        head.next = tail;
        tail.prev = head;
    

3.5 ChannelHandler