Java Netty 从入门到实战 (四)-Netty 实践
Netty 快速入门实例 - TCP 服务
实例要求：使用 IDEA 创建 Netty 项目
- 1、Netty 服务器在 6668 端口监听，客户端能发送消息给服务器"hello,服务器~"
- 2、服务器可以回复消息给客户端"hello,客户端~"
- 3、目的：对 Netty 线程模型有一个初步认识，便于理解 Netty 模型理论
- 4、4.1 编写服务端
4.2 编写客户端
4.3 对 netty 程序进行分析，看看 netty 模型特点
4.4 说明：创建 Maven 项目，并引入 Netty 包 - 5、代码如下
pom.xml引入：
<!-- netty -->
<dependency>
<groupId>io.netty</groupId>
<artifactId>netty-all</artifactId>
<version>4.1.76.Final</version>
</dependency>
NettyServer
package com.atguigu.netty.simple;
import io.netty.bootstrap.ServerBootstrap;
import io.netty.channel.*;
import io.netty.channel.nio.NioEventLoopGroup;
import io.netty.channel.socket.SocketChannel;
import io.netty.channel.socket.nio.NioServerSocketChannel;
import io.netty.channel.socket.nio.NioSocketChannel;
public class NettyServer {
public static void main(String[] args) throws Exception {
//创建BossGroup 和 WorkerGroup
//说明
//1. 创建两个线程组 bossGroup 和 workerGroup
//2. bossGroup 只是处理连接请求 , 真正的和客户端业务处理，会交给 workerGroup完成
//3. 两个都是无限循环
//4. bossGroup 和 workerGroup 含有的子线程(NioEventLoop)的个数
// 默认实际 cpu核数 * 2
EventLoopGroup bossGroup = new NioEventLoopGroup(1);
EventLoopGroup workerGroup = new NioEventLoopGroup(); //8
try {
//创建服务器端的启动对象，配置参数
ServerBootstrap bootstrap = new ServerBootstrap();
//使用链式编程来进行设置
bootstrap.group(bossGroup, workerGroup) //设置两个线程组
.channel(NioServerSocketChannel.class) //使用NioSocketChannel 作为服务器的通道实现
.option(ChannelOption.SO_BACKLOG, 128) // 设置线程队列等待连接个数
.childOption(ChannelOption.SO_KEEPALIVE, true) //设置保持活动连接状态
// .handler(null) // 该 handler对应 bossGroup , childHandler 对应 workerGroup
.childHandler(new ChannelInitializer<SocketChannel>() {//创建一个通道初始化对象(匿名对象)
//给pipeline 设置处理器
@Override
protected void initChannel(SocketChannel ch) throws Exception {
System.out.println("客户socketchannel hashcode=" + ch.hashCode()); //可以使用一个集合管理 SocketChannel， 再推送消息时，可以将业务加入到各个channel 对应的 NIOEventLoop 的 taskQueue 或者 scheduleTaskQueue
ch.pipeline().addLast(new NettyServerHandler());
}
}); // 给我们的workerGroup 的 EventLoop 对应的管道设置处理器
System.out.println(".....服务器 is ready...");
//绑定一个端口并且同步生成了一个 ChannelFuture 对象（也就是立马返回这样一个对象）
//启动服务器(并绑定端口)
ChannelFuture cf = bootstrap.bind(6668).sync();
//给cf 注册监听器，监控我们关心的事件
cf.addListener(new ChannelFutureListener() {
@Override
public void operationComplete(ChannelFuture future) throws Exception {
if (cf.isSuccess()) {
System.out.println("监听端口 6668 成功");
} else {
System.out.println("监听端口 6668 失败");
}
}
});
//对关闭通道事件 进行监听
cf.channel().closeFuture().sync();
}finally {
bossGroup.shutdownGracefully();
workerGroup.shutdownGracefully();
}
}
}NettyServerHandler
package com.atguigu.netty.simple;
import io.netty.buffer.ByteBuf;
import io.netty.buffer.Unpooled;
import io.netty.channel.Channel;
import io.netty.channel.ChannelHandlerContext;
import io.netty.channel.ChannelInboundHandlerAdapter;
import io.netty.channel.ChannelPipeline;
import io.netty.util.CharsetUtil;
import java.util.concurrent.TimeUnit;
/*
说明
1. 我们自定义一个Handler 需要继承netty 规定好的某个HandlerAdapter(规范)
2. 这时我们自定义一个Handler , 才能称为一个handler
*/
public class NettyServerHandler extends ChannelInboundHandlerAdapter {
//读取数据事件(这里我们可以读取客户端发送的消息)
/*
1. ChannelHandlerContext ctx:上下文对象, 含有 管道pipeline , 通道channel, 地址
2. Object msg: 就是客户端发送的数据 默认Object
*/
@Override
public void channelRead(ChannelHandlerContext ctx, Object msg) throws Exception {
System.out.println("服务器读取线程 " + Thread.currentThread().getName() + " channle =" + ctx.channel());
System.out.println("server ctx =" + ctx);
System.out.println("看看channel 和 pipeline的关系");
Channel channel = ctx.channel();
ChannelPipeline pipeline = ctx.pipeline(); //本质是一个双向链表
//将 msg 转成一个 ByteBuf
//ByteBuf 是 Netty 提供的，不是 NIO 的 ByteBuffer.
ByteBuf buf = (ByteBuf) msg;
System.out.println("客户端发送消息是:" + buf.toString(CharsetUtil.UTF_8));
System.out.println("客户端地址:" + channel.remoteAddress());
}
//数据读取完毕
@Override
public void channelReadComplete(ChannelHandlerContext ctx) throws Exception {
//writeAndFlush 是 write + flush
//将数据写入到缓存，并刷新
//一般讲，我们对这个发送的数据进行编码
ctx.writeAndFlush(Unpooled.copiedBuffer("hello, 客户端~(>^ω^<)喵1", CharsetUtil.UTF_8));
}
//发生异常后, 一般是需要关闭通道
@Override
public void exceptionCaught(ChannelHandlerContext ctx, Throwable cause) throws Exception {
ctx.close();
}
}
NettyClient
package com.atguigu.netty.simple;
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;
public class NettyClient {
public static void main(String[] args) throws Exception {
//客户端需要一个事件循环组
EventLoopGroup group = new NioEventLoopGroup();
try {
//创建客户端启动对象
//注意客户端使用的不是 ServerBootstrap 而是 Bootstrap
Bootstrap bootstrap = new Bootstrap();
//设置相关参数
bootstrap.group(group) //设置线程组
.channel(NioSocketChannel.class) // 设置客户端通道的实现类(反射)
.handler(new ChannelInitializer<SocketChannel>() {
@Override
protected void initChannel(SocketChannel ch) throws Exception {
ch.pipeline().addLast(new NettyClientHandler()); //加入自己的处理器
}
});
System.out.println("客户端 ok..");
//启动客户端去连接服务器端
//关于 ChannelFuture 要分析，涉及到netty的异步模型
ChannelFuture channelFuture = bootstrap.connect("127.0.0.1", 6668).sync();
//对关闭通道事件 进行监听
channelFuture.channel().closeFuture().sync();
}finally {
group.shutdownGracefully();
}
}
}
NettyClientHandler
package com.atguigu.netty.simple;
import io.netty.buffer.ByteBuf;
import io.netty.buffer.Unpooled;
import io.netty.channel.ChannelHandlerContext;
import io.netty.channel.ChannelInboundHandlerAdapter;
import io.netty.util.CharsetUtil;
public class NettyClientHandler extends ChannelInboundHandlerAdapter {
//当通道就绪就会触发该方法
@Override
public void channelActive(ChannelHandlerContext ctx) throws Exception {
System.out.println("client " + ctx);
ctx.writeAndFlush(Unpooled.copiedBuffer("hello, server: (>^ω^<)喵", CharsetUtil.UTF_8));
}
//当通道有读取事件时，会触发
@Override
public void channelRead(ChannelHandlerContext ctx, Object msg) throws Exception {
ByteBuf buf = (ByteBuf) msg;
System.out.println("服务器回复的消息:" + buf.toString(CharsetUtil.UTF_8));
System.out.println("服务器的地址： "+ ctx.channel().remoteAddress());
}
@Override
public void exceptionCaught(ChannelHandlerContext ctx, Throwable cause) throws Exception {
cause.printStackTrace();
ctx.close();
}
}
Netty 通过 WebSocket 编程实现服务器和客户端长连接
实例要求：
1、Http 协议是无状态的，浏览器和服务器间的请求响应一次，下一次会重新创建连接。
2、要求：实现基于 WebSocket 的长连接的全双工的交互
3、改变 Http 协议多次请求的约束，实现长连接了，服务器可以发送消息给浏览器
4、客户端浏览器和服务器端会相互感知，比如服务器关闭了，浏览器会感知，同样浏览器关闭了，服务器会感知
5、运行界面
MyServer
package com.atguigu.nettystudy.chat;
import io.netty.bootstrap.ServerBootstrap;
import io.netty.channel.ChannelFuture;
import io.netty.channel.ChannelInitializer;
import io.netty.channel.ChannelPipeline;
import io.netty.channel.EventLoopGroup;
import io.netty.channel.nio.NioEventLoopGroup;
import io.netty.channel.socket.SocketChannel;
import io.netty.channel.socket.nio.NioServerSocketChannel;
import io.netty.handler.codec.http.HttpObjectAggregator;
import io.netty.handler.codec.http.HttpServerCodec;
import io.netty.handler.codec.http.websocketx.WebSocketServerProtocolHandler;
import io.netty.handler.logging.LogLevel;
import io.netty.handler.logging.LoggingHandler;
import io.netty.handler.stream.ChunkedWriteHandler;
public class MyServer {
public static void main(String[] args) throws Exception {
// 创建两个线程组
EventLoopGroup bossGroup = new NioEventLoopGroup(1);
EventLoopGroup workerGroup = new NioEventLoopGroup(); //8个NioEventLoop
try{
ServerBootstrap serverBootstrap = new ServerBootstrap();
serverBootstrap.group(bossGroup, workerGroup);
serverBootstrap.channel(NioServerSocketChannel.class);
serverBootstrap.handler(new LoggingHandler(LogLevel.INFO));
serverBootstrap.childHandler(new ChannelInitializer<SocketChannel>() {
@Override
protected void initChannel(SocketChannel ch) throws Exception {
ChannelPipeline pipeline = ch.pipeline();
//因为基于http协议，使用http的编码和解码器
pipeline.addLast(new HttpServerCodec());
//http是以块方式写，添加ChunkedWriteHandler处理器
pipeline.addLast(new ChunkedWriteHandler());
/*
说明
1. http数据在传输过程中是分段, HttpObjectAggregator ，就是可以将多个段聚合
2. 这就就是为什么，当浏览器发送大量数据时，就会发出多次http请求
*/
pipeline.addLast(new HttpObjectAggregator(8192));
/*
说明
1. 对应websocket ，它的数据是以 帧(frame) 形式传递
2. 可以看到WebSocketFrame 下面有六个子类
3. 浏览器请求时 ws://localhost:7000/hello 表示请求的uri
4. WebSocketServerProtocolHandler 核心功能是将 http协议升级为 ws协议 , 保持长连接
5. 是通过一个 状态码 101
*/
pipeline.addLast(new WebSocketServerProtocolHandler("/hello2"));
//自定义的handler ，处理业务逻辑
pipeline.addLast(new MyTextWebSocketFrameHandler());
}
});
//启动服务器，端口为 7111
ChannelFuture channelFuture = serverBootstrap.bind(7111).sync();
channelFuture.channel().closeFuture().sync();
} finally {
bossGroup.shutdownGracefully();
workerGroup.shutdownGracefully();
}
}
}
MyTextWebSocketFrameHandler
package com.atguigu.nettystudy.chat;
import io.netty.channel.ChannelHandlerContext;
import io.netty.channel.SimpleChannelInboundHandler;
import io.netty.handler.codec.http.websocketx.TextWebSocketFrame;
import java.time.LocalDateTime;
//这里 TextWebSocketFrame 类型，表示一个文本帧(frame)
public class MyTextWebSocketFrameHandler extends SimpleChannelInboundHandler<TextWebSocketFrame> {
@Override
protected void channelRead0(ChannelHandlerContext ctx, TextWebSocketFrame msg) throws Exception {
System.out.println("服务器收到消息 " + msg.text());
//回复消息
ctx.channel().writeAndFlush(new TextWebSocketFrame("服务器时间" + LocalDateTime.now() + " " + msg.text()));
}
//当web客户端连接后， 触发方法
@Override
public void handlerAdded(ChannelHandlerContext ctx) throws Exception {
//id 表示唯一的值，LongText 是唯一的 ShortText 不是唯一
System.out.println("handlerAdded 被调用" + ctx.channel().id().asLongText());
System.out.println("handlerAdded 被调用" + ctx.channel().id().asShortText());
}
@Override
public void handlerRemoved(ChannelHandlerContext ctx) throws Exception {
System.out.println("handlerRemoved 被调用" + ctx.channel().id().asLongText());
}
@Override
public void exceptionCaught(ChannelHandlerContext ctx, Throwable cause) throws Exception {
System.out.println("异常发生 " + cause.getMessage());
ctx.close(); //关闭连接
}
}
hello.html
<!DOCTYPE html>
<html lang="en">
<head>
<meta charset="UTF-8">
<title>Title</title>
</head>
<body>
<script>
var socket;
//判断当前浏览器是否支持websocket
if(window.WebSocket) {
//go on
socket = new WebSocket("ws://localhost:7111/hello2");
//相当于channelReado, ev 收到服务器端回送的消息
socket.onmessage = function (ev) {
var rt = document.getElementById("responseText");
rt.value = rt.value + "\n" + ev.data;
}
//相当于连接开启(感知到连接开启)
socket.onopen = function (ev) {
var rt = document.getElementById("responseText");
rt.value = "连接开启了.."
}
//相当于连接关闭(感知到连接关闭)
socket.onclose = function (ev) {
var rt = document.getElementById("responseText");
rt.value = rt.value + "\n" + "连接关闭了.."
}
} else {
alert("当前浏览器不支持websocket")
}
//发送消息到服务器
function send(message) {
if(!window.socket) { //先判断socket是否创建好
return;
}
console.log(socket.readyState)
console.log("----")
console.log(WebSocket.OPEN)
if(socket.readyState == WebSocket.OPEN) {
//通过socket 发送消息
socket.send(message)
} else {
alert("连接没有开启");
}
}
</script>
<form onsubmit="return false">
<textarea name="message" style="height: 300px; width: 300px"></textarea>
<input type="button" value="发生消息" onclick="send(this.form.message.value)">
<textarea id="responseText" style="height: 300px; width: 300px"></textarea>
<input type="button" value="清空内容" onclick="document.getElementById('responseText').value=''">
</form>
</body>
</html>
Netty 核心模块组件
Bootstrap、ServerBootstrap
1、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。
2、常见的方法有
public ServerBootstrap group(EventLoopGroup parentGroup, EventLoopGroup childGroup)，该方法用于服务器端，用来设置两个 EventLooppublic B group(EventLoopGroup group)，该方法用于客户端，用来设置一个 EventLooppublic B channel(Class<? extends C> channelClass)，该方法用来设置一个服务器端的通道实现public <T> B option(ChannelOption<T> option, T value)，用来给 ServerChannel 添加配置public <T> ServerBootstrap childOption(ChannelOption<T> childOption, T value)，用来给接收到的通道添加配置public ServerBootstrap childHandler(ChannelHandler childHandler)，该方法用来设置业务处理类（自定义的handler）public ChannelFuture bind(int inetPort)，该方法用于服务器端，用来设置占用的端口号public ChannelFuture connect(String inetHost, int inetPort)，该方法用于客户端，用来连接服务器端
Future、ChannelFuture
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
常见的方法有
- Channel channel()，返回当前正在进行 IO 操作的通道
- ChannelFuture sync()，等待异步操作执行完毕
Channel
1、Netty 网络通信的组件，能够用于执行网络 I/O 操作。
2、通过 Channel 可获得当前网络连接的通道的状态
3、通过 Channel 可获得网络连接的配置参数（例如接收缓冲区大小）
4、Channel 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
5、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
6、支持关联 I/O 操作与对应的处理程序
7、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，异步的客户端 TCP Socket 连接。
- NioServerSocketChannel，异步的服务器端 TCP Socket 连接。
- NioDatagramChannel，异步的 UDP 连接。
- NioSctpChannel，异步的客户端 Sctp 连接。
- 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
1、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。
2、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
ChannelHandler 及其实现类
1、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。
2、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
3、ChannelHandler 及其实现类一览图（后）
4、我们经常需要自定义一个 Handler 类去继承 ChannelInboundHandlerAdapter，然后通过重写相应方法实现业务逻辑，我们接下来看看一般都需要重写哪些方法
Pipeline 和 ChannelPipeline
ChannelPipeline 是一个重点：
1、ChannelPipeline 是一个 Handler 的集合，它负责处理和拦截 inbound 或者 outbound 的事件和操作，相当于一个贯穿 Netty 的链。（也可以这样理解：ChannelPipeline 是保存 ChannelHandler 的 List，用于处理或拦截 Channel 的入站事件和出站操作）
2、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
3、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
4、常用方法ChannelPipeline addFirst(ChannelHandler... handlers)，把一个业务处理类（handler）添加到链中的第一个位置ChannelPipeline addLast(ChannelHandler... handlers)，把一个业务处理类（handler）添加到链中的最后一个位置
ChannelHandlerContext
1、保存 Channel 相关的所有上下文信息，同时关联一个 ChannelHandler 对象
2、即 ChannelHandlerContext 中包含一个具体的事件处理器 ChannelHandler，同时 ChannelHandlerContext 中也绑定了对应的 pipeline 和 Channel 的信息，方便对 ChannelHandler 进行调用。
3、常用方法
- ChannelFuture close()，关闭通道
- ChannelOutboundInvoker flush()，刷新
- ChannelFuture writeAndFlush(Object msg)，将数据写到
- ChannelPipeline 中当前 ChannelHandler 的下一个 ChannelHandler 开始处理（出站）
EventLoopGroup 和其实现类 NioEventLoopGroup
1、EventLoopGroup 是一组 EventLoop 的抽象，Netty 为了更好的利用多核 CPU 资源，一般会有多个 EventLoop 同时工作，每个 EventLoop 维护着一个 Selector 实例。
2、EventLoopGroup 提供 next 接口，可以从组里面按照一定规则获取其中一个 EventLoop 来处理任务。在 Netty 服务器端编程中，我们一般都需要提供两个 EventLoopGroup，例如：BossEventLoopGroup 和 WorkerEventLoopGroup。
3、通常一个服务端口即一个 ServerSocketChannel 对应一个 Selector 和一个 EventLoop 线程。BossEventLoop 负责接收客户端的连接并将 SocketChannel 交给 WorkerEventLoopGroup 来进行 IO 处理，如下图所示
4、常用方法
public NioEventLoopGroup()，构造方法
public Future<?> shutdownGracefully()，断开连接，关闭线程相关文章：
Netty入门-第一话-NIO介绍及架构
Netty入门-第二话-netty架构及实践
B站|尚硅谷韩顺平老师Netty课程
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