Netty核心组件详解

Posted 2022-06-04 赵广陆

目录

• 1 Channel
• 2 EventLoop、EventLoopGroup
• 3 ChannelHandler
• 4 ChannelPipeline
• 5 Bootstrap
• 6 Future
• 7 小结

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通过前⾯的文章，我们对Netty的整体开发有了初步的了解，在Netty中有⼀些核⼼组件，我们必须对其要有深刻的理解，下⾯我们⼀⼀来了解下。
Netty快速入门
Netty快速入门RPC项目

1 Channel

Channel可以理解为是socket连接，在客户端与服务端连接的时候就会建⽴⼀个Channel，它负责基本的IO操作，⽐如：bind()、connect()，read()，write() 等。

Netty 的 Channel 接⼝所提供的 API，⼤⼤地降低了直接使⽤ Socket 类的复杂性。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，常⽤的 Channel 类型:

NiosocketChannel，NIO的客户端 TCP Socket 连接。
NioServerSocketChannel，NIO的服务器端 TCP Socket 连接。
NioDatagramChannel， UDP 连接。
NioSctpChannel，客户端 Sctp 连接。
NioSctpServerChannel，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。

2 EventLoop、EventLoopGroup

有了 Channel 连接服务，连接之间可以消息流动。如果服务器发出的消息称作“出站”消息，服务器接受的消息称作“⼊站”消息。那么消息的“出站”/“⼊站”就会产⽣事件（Event）。

例如：连接已激活；数据读取；⽤户事件；异常事件；打开链接；关闭链接等等。
有了事件，就需要⼀个机制去监控和协调事件，这个机制（组件）就是EventLoop。

在 Netty 中每个 Channel 都会被分配到⼀个 EventLoop。⼀个 EventLoop 可以服务于多个 Channel。每个 EventLoop 会占⽤⼀个 Thread，同时这个 Thread 会处理 EventLoop 上⾯发⽣的所有 IO 操作和事件。

EventLoopGroup 是⽤来⽣成 EventLoop 的，在前⾯的例⼦中，第⼀⾏代码就是 newNioEventLoopGroup();

// 主线程，不处理任何业务逻辑，只是接收客户的连接请求
EventLoopGroup boss = new NioEventLoopGroup(1);
// ⼯作线程，线程数默认是：cpu*2
EventLoopGroup worker = new NioEventLoopGroup();

如果没有指定线程数⼤⼩，默认线程数为：cpu核数*2，源码如下：

static 
        DEFAULT_EVENT_LOOP_THREADS = Math.max(1, SystemPropertyUtil.getInt(
        "io.netty.eventLoopThreads", NettyRuntime.availableProcessors()
        * 2)); //可⽤cpu核数 * 2
        if (logger.isDebugEnabled()) 
        logger.debug("-Dio.netty.eventLoopThreads: ",
        DEFAULT_EVENT_LOOP_THREADS);
        
     

上图关系为：
⼀个 EventLoopGroup 包含⼀个或者多个 EventLoop;
⼀个 EventLoop 在它的⽣命周期内只和⼀个 Thread 绑定;
所有由 EventLoop 处理的 I/O 事件都将在它专有的 Thread 上被处理;
⼀个 Channel 在它的⽣命周期内只注册于⼀个 EventLoop;
⼀个 EventLoop 可能会被分配给⼀个或多个 Channel。

3 ChannelHandler

ChannelHandler对使⽤者⽽⾔，可以说是最重要的组件了，因为对于数据的⼊站和出站的业务逻辑的编写都是在ChannelHandler中完成的。
在前⾯的例⼦中，MyChannelHandler就是实现了channelRead⽅法，获取到客户端传来的数据。

对于数据的出站和⼊站，有着不同的ChannelHandler类型与之对应：
ChannelInboundHandler ⼊站事件处理器
ChannelOutBoundHandler 出站事件处理器
接⼝继承关系如下：

ChannelHandlerAdapter提供了⼀些⽅法的默认实现，可减少⽤户对于ChannelHandler的编写。
ChannelInboundHandlerAdapter 与 SimpleChannelInboundHandler的区别：
在服务端编写ChannelHandler时继承的是ChannelInboundHandlerAdapter
在客户端编写ChannelHandler时继承的是SimpleChannelInboundHandler
两者的区别在于，前者不会释放消息数据的引⽤，⽽后者会释放消息数据的引⽤。

4 ChannelPipeline

在Channel的数据传递过程中，对应着有很多的业务逻辑需要处理，⽐如：编码解码处理、读写操作等，那么对于每种业务逻辑实现都需要有个ChannelHandler完成，也就意味着，⼀个Channel对应着多个ChannelHandler，多个ChannelHandler如何去管理它们，它们的执⾏顺序⼜该是怎么样的，这就需要ChannelPipeline进⾏管理了。

⼀个Channel包含了⼀个ChannelPipeline，⽽ChannelPipeline中维护了⼀个ChannelHandler的列表。

ChannelHandler与Channel和ChannelPipeline之间的映射关系，由ChannelHandlerContext进⾏维护。
它们关系如下：

ChannelHandler按照加⼊的顺序会组成⼀个双向链表，⼊站事件从链表的head往后传递到最后⼀个
ChannelHandler，出站事件从链表的tail向前传递，直到最后⼀个ChannelHandler，两种类型的
ChannelHandler相互不会影响。

5 Bootstrap

Bootstrap是引导的意思，它的作⽤是配置整个Netty程序，将各个组件都串起来，最后绑定端⼝、启动Netty服务。

Netty中提供了2种类型的引导类，⼀种⽤于客户端(Bootstrap)，⽽另⼀种(ServerBootstrap)⽤于服务器。

它们的区别在于：
ServerBootstrap 将绑定到⼀个端⼝，因为服务器必须要监听连接，⽽ Bootstrap 则是由想要连接到远程节点的客户端应⽤程序所使⽤的。
引导⼀个客户端只需要⼀个EventLoopGroup，但是⼀个ServerBootstrap则需要两个。

因为服务器需要两组不同的 Channel第⼀组将只包含⼀个 ServerChannel，代表服务器⾃身的已绑定到某个本地端⼝的正在监听的套接字。

第⼆组将包含所有已创建的⽤来处理传⼊客户端连接。

与ServerChannel相关联的EventLoopGroup 将分配⼀个负责为传⼊连接请求创建 Channel 的
EventLoop。⼀旦连接被接受，第⼆个 EventLoopGroup 就会给它的 Channel 分配⼀个 EventLoop。

6 Future

Future提供了⼀种在操作完成时通知应⽤程序的⽅式。这个对象可以看作是⼀个异步操作的结果的占位符，它将在未来的某个时刻完成，并提供对其结果的访问。JDK 预置了 interface java.util.concurrent.Future，但是其所提供的实现，只允许⼿动检查对应的操作是否已经完成，或者⼀直阻塞直到它完成。这是⾮常繁琐的，所以 Netty 提供了它⾃⼰的实现——ChannelFuture，⽤于在执⾏异步操作的时候使⽤。

ChannelFuture提供了⼏种额外的⽅法，这些⽅法使得我们能够注册⼀个或者多个ChannelFutureListener实例。

监听器的回调⽅法operationComplete()，将会在对应的 操作完成时被调⽤ 。然后监听器可以判断该操作是成功地完成了还是出错了。
每个 Netty 的出站 I/O 操作都将返回⼀个 ChannelFuture，也就是说，它们都不会阻塞。 所以说，Netty完全是异步和事件驱动的。

上图是 serverBootstrap.bind(port) ⽅法底层的逻辑实现。

7 小结

通过以上图将Netty中的核⼼组件串起来。