《Java 编写基于 Netty 的 RPC 框架》

Posted 2022-09-12 l10086

一 简单概念

RPC: ( Remote Procedure Call),远程调用过程,是通过网络调用远程计算机的进程中某个方法,从而获取到想要的数据,过程如同调用本地的方法一样.

阻塞IO :当阻塞I/O在调用InputStream.read()方法是阻塞的,一直等到数据到来时才返回,同样ServerSocket.accept()方法时,也是阻塞,直到有客户端连接才返回,I/O通信模式如下:

 

缺点:当客户端多时,会创建大量的处理线程,并且为每一个线程分配一定的资源;阻塞可能带来频繁切换上下文,这时引入NIO

NIO : jdk1.4引入的(NEW Input/Output),是基于通过和缓存区的I/O方式,(插入一段题外话,学的多忘得也多,之前有认真研究过NIO,后来用到的时候,忘得一干二净,所以学习一些东西,经常返回看看),NIO是一种非阻塞的IO模型,通过不断轮询IO事件是否就绪,非阻塞是指线程在等待IO的时候,可以做其他的任务,同步的核心是Selector,Selector代替线程本省的轮询IO事件,避免了阻塞同时减少了不必要的线程消耗;非阻塞的核心是通道和缓存区,当IO事件的就绪时,可以将缓存区的数据写入通道

 

其工作原理:

1 由专门的线程来处理所有的IO事件,并且负责转发

2 事件驱动机制:事件到的时候才触发,而不是同步监视

3 线程通讯:线程之间通讯通过wait,notify等方式通讯,保证每次上下文切换都是有意义的,减少没必要的线程切换

通道 : 是对原I/O包中流的模拟,所有数据必须通过Channel对象,常见的通道FileChannel,SocketChannel,ServerSocketChannel,DatagramChannel(UDP协议向网络连接的两端读写数据)

 

Buffer缓存区 :实际上是一个容器,一个连续的数组,任何读写的数据都经过Buffer

 

Netty :是由JBOSS提供的一个java开源框架,是一个高性能,异步事件驱动的NIO框架,基于JAVA NIO提供的API实现,他提供了TCP UDP和文件传输的支持,,所有操作都是异步非阻塞的.通过Futrue-Listener机制,本质就是Reactor模式的现实,Selector作为多路复用器,EventLoop作为转发器,而且,netty对NIO中buffer做优化,大大提高了性能

二 Netty 客户端和服务端的

Netty中Bootstrap和Channel的生命周期

Bootstrap简介

Bootstarp:引导程序,将ChannelPipeline,ChannelHandler,EventLoop进行整体关联

 

Bootstrap具体分为两个实现

ServerBootstrap:用于服务端,使用一个ServerChannel接收客户端的连接,并创建对应的子Channel

Bootstrap:用于客户端,只需要一个单独的Channel,配置整个Netty程序,串联起各个组件

二者的主要区别:

1 ServerBootstrap用于Server端,通过调用bind()绑定一个端口监听连接,Bootstrap用于Client端,需要调用connect()方法来连接服务器端,我们也可以调用bind()方法接收返回ChannelFuture中Channel

2 客户端的Bootstrap一般用一个EventLoopGroup,而服务器的ServerBootstrap会用两个第一个EventLoopGroup专门负责绑定到端口监听连接事件,而第二个EventLoopGroup专门用来处处理每个接收的连接,这样大大提高了并发量

public class Server  public static void main(String[] args) throws Exception  // 1 创建线两个事件循环组 // 一个是用于处理服务器端接收客户端连接的 // 一个是进行网络通信的（网络读写的） EventLoopGroup pGroup = new NioEventLoopGroup(); EventLoopGroup cGroup = new NioEventLoopGroup(); // 2 创建辅助工具类ServerBootstrap，用于服务器通道的一系列配置 ServerBootstrap b = new ServerBootstrap(); b.group(pGroup, cGroup) // 绑定俩个线程组 .channel(NioserverSocketChannel.class) // 指定NIO的模式.NioServerSocketChannel对应TCP, NioDatagramChannel对应UDP .option(ChannelOption.SO_BACKLOG, 1024) // 设置TCP缓冲区 .option(ChannelOption.SO_SNDBUF, 32 * 1024) // 设置发送缓冲大小 .option(ChannelOption.SO_RCVBUF, 32 * 1024) // 这是接收缓冲大小 .option(ChannelOption.SO_KEEPALIVE, true) // 保持连接 .childHandler(new ChannelInitializer<SocketChannel>()  @Override protected void initChannel(SocketChannel sc) throws Exception  //SocketChannel建立连接后的管道 // 3 在这里配置 通信数据的处理逻辑, 可以addLast多个... sc.pipeline().addLast(new ServerHandler());  ); // 4 绑定端口, bind返回future(异步), 加上sync阻塞在获取连接处 ChannelFuture cf1 = b.bind(8765).sync(); //ChannelFuture cf2 = b.bind(8764).sync(); //可以绑定多个端口 // 5 等待关闭, 加上sync阻塞在关闭请求处 cf1.channel().closeFuture().sync(); //cf2.channel().closeFuture().sync(); pGroup.shutdownGracefully(); cGroup.shutdownGracefully();   public class ServerHandler extends ChannelHandlerAdapter  @Override public void channelActive(ChannelHandlerContext ctx) throws Exception  System.out.println("server channel active... ");  @Override public void channelRead(ChannelHandlerContext ctx, Object msg) throws Exception  ByteBuf buf = (ByteBuf) msg; byte[] req = new byte[buf.readableBytes()]; buf.readBytes(req); String body = new String(req, "utf-8"); System.out.println("Server :" + body ); String response = "返回给客户端的响应：" + body ; ctx.writeAndFlush(Unpooled.copiedBuffer(response.getBytes())); // future完成后触发监听器, 此处是写完即关闭(短连接). 因此需要关闭连接时, 要通过server端关闭. 直接关闭用方法ctx[.channel()].close() //.addListener(ChannelFutureListener.CLOSE);  @Override public void channelReadComplete(ChannelHandlerContext ctx) throws Exception  System.out.println("读完了"); ctx.flush();  @Override public void exceptionCaught(ChannelHandlerContext ctx, Throwable t) throws Exception  ctx.close();   public class Client  public static void main(String[] args) throws Exception  EventLoopGroup group = new NioEventLoopGroup(); Bootstrap b = new Bootstrap(); b.group(group) .channel(NioSocketChannel.class) .handler(new ChannelInitializer<SocketChannel>()  @Override protected void initChannel(SocketChannel sc) throws Exception  sc.pipeline().addLast(new ClientHandler());  ); ChannelFuture cf1 = b.connect("127.0.0.1", 8765).sync(); //ChannelFuture cf2 = b.connect("127.0.0.1", 8764).sync(); //可以使用多个端口 //发送消息, Buffer类型. write需要flush才发送, 可用writeFlush代替 cf1.channel().writeAndFlush(Unpooled.copiedBuffer("777".getBytes())); cf1.channel().writeAndFlush(Unpooled.copiedBuffer("666".getBytes())); Thread.sleep(2000); cf1.channel().writeAndFlush(Unpooled.copiedBuffer("888".getBytes())); //cf2.channel().writeAndFlush(Unpooled.copiedBuffer("999".getBytes())); cf1.channel().closeFuture().sync(); //cf2.channel().closeFuture().sync(); group.shutdownGracefully();   public class ClientHandler extends ChannelHandlerAdapter @Override public void channelActive(ChannelHandlerContext ctx) throws Exception   @Override public void channelRead(ChannelHandlerContext ctx, Object msg) throws Exception  try  ByteBuf buf = (ByteBuf) msg; byte[] req = new byte[buf.readableBytes()]; buf.readBytes(req); String body = new String(req, "utf-8"); System.out.println("Client :" + body );  finally  // 记得释放xxxHandler里面的方法的msg参数: 写(write)数据, msg引用将被自动释放不用手动处理; 但只读数据时,!必须手动释放引用数 ReferenceCountUtil.release(msg);   @Override public void channelReadComplete(ChannelHandlerContext ctx) throws Exception   @Override public void exceptionCaught(ChannelHandlerContext ctx, Throwable cause) throws Exception  ctx.close();   

其他组件:

Handle: 为了支持各种协议和处理数据的方式,可以是连接,数据接收,异常,数据格式转换等

ChannelHandler

ChannelInboundHandler :最常用的Handler,作用是处理接收数据的事件,来处理我们的核心业务逻辑。

ChannelInitializer :，当一个链接建立时，我们需要知道怎么来接收或者发送数据，当然，我们有各种各样的Handler实现来处理它,那么ChannelInitializer便是用来配置这些Handler，它会提供一个ChannelPipeline，并把Handler加入到ChannelPipeline。

ChannelPipeline :一个Netty应用基于ChannelPipeline机制,这种机制依赖EventLoop和EventLoopGroup,这三个都和事件或者事件处理相关

EventLoop : 为Channel处理IO操作,一个EventLoop可以为多个Channel服务

EventLoopGroup :包含多个EventLoop

Channel :代表一个Socket连接

Future :在Netty中所有的IO操作都是异步的,,因此我们不知道,过来的请求是否被处理了,所以我们注册一个监听,当操作执行成功或者失败时监听自动触发,所有操作都会返回一个ChannelFutrue

ChannelFuture

Netty 是一个非阻塞的,事件驱动的,网络编程框架,我们通过一张图理解一下,Channel,EventLoop以及EventLoopGroup之间的关系

 

解释一下,当一个连接过来,Netty首先会注册一个channel,然后EventLoopGroup会分配一个EventLoop绑定到这个channel,在这个channel的整个生命周期过程中,这个EventLoop一直为他服务,这个玩意就是一个线程

 

这下聊一下Netty如何处理数据?

前面有讲到,handler数据处理核心,,而ChannelPipeline负责安排Handler的顺序和执行,我们可以这样理解,数据在ChannelPipeline中流动,其中ChannelHandler就是一个个阀门,这些数据都会经过每一个ChannelHandler并且被他处理,其中ChannelHandler的两个子类ChannelOutboundHandler和ChannelInboundHandler,根据不同的流向,选择不同的Handler

 

由图可以看出,一个数据流进入ChannelPipeline时,一个一个handler挨着执行,各个handler的数据传递,这需要调用方法中ChannelHandlerContext来操作,而这个ChannelHandlerContext可以用来读写Netty中的数据流

三 Netty中的业务处理

netty中会有很多Handler.具体哪一种Handler还要看继承是InboundAdapter还是OutboundAdapter,Netty中提供一系列的Adapter来帮助我们简化开发,在ChannelPipeline中的每一个handler都负责把Event传递个洗下一个handler,有这些adapter,这些工作可以自动完成,,我们只需覆盖我们真正实现的部分即可,接下来比较常用的三种ChannelHandler

Encoders和Decodeers

我们在网络传输只能传输字节流,在发送数据时,把我们的message转换成bytes这个过程叫Encode(编码),相反,接收数据,需要把byte转换成message,这个过程叫Decode(解码)

Domain Logic

我们真正关心的如何处理解码以后的数据,我们真正的业务逻辑便是接收处理的数据,Netty提供一个常用的基类就是SimpleChannelInboundHandler<T>,其中T就是Handler处理的数据类型,消息到达这个Handler,会自动调用这个Handler中的channelRead0(ChannelHandlerContext,T)方法,T就是传过来的数据对象

四 基于netty实现的Rpc的例子

这是我的github上项目的位置

https://github.com/developerxiaofeng/rpcByNetty

项目目录结构如下

 

详细的项目细节看类中的注释,很详细哦。

获取资料：

最后给大家分享一些学习资料，里面包括：（BATJ面试资料、高可用、高并发、高性能及分布式、Jvm性能调优、Spring源码，MyBatis，Netty，Redis，Kafka，mysql，Zookeeper，Tomcat，Docker，Dubbo，nginx等多个知识点的架构资料）和Java进阶学习路线图。

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最后，祝大家早日学有所成！