一、简介

在本文中，我们将了解 Netty——一个异步事件驱动的网络应用程序框架。

Netty的主要目的是构建基于NIO（或者可能是NIO.2）的高性能协议服务器，网络和业务逻辑组件分离且松散耦合。它可能实现众所周知的协议，例如 HTTP，或您自己的特定协议。

2. 核心概念

Netty 是一个非阻塞框架。与阻塞 IO 相比，这会带来高吞吐量。理解非阻塞IO对于理解Netty的核心组件及其关系至关重要。

2.1.渠道

Channel是Java NIO的基础。它代表一个开放的连接，能够进行读、写等IO操作。

2.2.未来

Netty 中Channel上的每个 IO 操作都是非阻塞的。

这意味着每个操作都会在调用后立即返回。标准Java库中有一个Future接口，但对于Netty来说并不方便——我们只能向Future询问操作是否完成，或者阻塞当前线程直到操作完成。

这就是为什么Netty 有自己的ChannelFuture接口。我们可以将回调传递给ChannelFuture，该回调将在操作完成时调用。

2.3.事件和处理程序

Netty 使用事件驱动的应用程序范例，因此数据处理的管道是通过处理程序的事件链。事件和处理程序可以与入站和出站数据流相关。入站事件可以是以下内容：

• 通道激活和停用
• 读取操作事件
• 异常事件
• 用户事件

出站事件更简单，通常与打开/关闭连接和写入/刷新数据相关。

Netty 应用程序由几个网络和应用程序逻辑事件及其处理程序组成。通道事件处理程序的基本接口是ChannelHandler及其后继者ChannelOutboundHandler和ChannelInboundHandler。

Netty 提供了一个巨大的 ChannelHandler 实现层次结构。值得注意的是，适配器只是空实现，例如ChannelInboundHandlerAdapter和ChannelOutboundHandlerAdapter。当我们只需要处理所有事件的子集时，我们可以扩展这些适配器。

此外，还有许多特定协议（例如 HTTP）的实现，例如HttpRequestDecoder、HttpResponseEncoder、HttpObjectAggregator。如果能在 Netty 的 Javadoc 中熟悉它们就好了。

2.4.编码器和解码器

当我们使用网络协议时，我们需要执行数据序列化和反序列化。为此，Netty为能够解码传入数据的解码器引入了ChannelInboundHandler的特殊扩展。大多数解码器的基类是ByteToMessageDecoder。

为了对传出数据进行编码，Netty 对ChannelOutboundHandler进行了扩展，称为编码器。MessageToByteEncoder是大多数编码器实现的基础。我们可以使用编码器和解码器将消息从字节序列转换为 Java 对象，反之亦然。

3. 示例服务器应用程序

让我们创建一个代表简单协议服务器的项目，该服务器接收请求、执行计算并发送响应。

3.1.依赖关系

首先，我们需要在pom.xml中提供 Netty 依赖项：

<dependency> <groupId>io.netty</groupId> <artifactId>netty-all</artifactId> <version>4.1.10.Final</version> </dependency>

我们可以在 Maven Central 上找到最新版本。

3.2.数据模型

请求数据类将具有以下结构：

public class RequestData { private int intValue; private String stringValue; // standard getters and setters }

假设服务器收到请求并返回intValue乘以 2。响应将具有单个 int 值：

public class ResponseData { private int intValue; // standard getters and setters }

3.3.请求解码器

现在我们需要为协议消息创建编码器和解码器。

应该注意的是，Netty 使用套接字接收缓冲区，它不是表示为队列，而是表示为一堆字节。这意味着当服务器未收到完整消息时，可以调用我们的入站处理程序。

我们必须确保在处理之前收到完整的消息，并且有很多方法可以做到这一点。

首先，我们可以创建一个临时ByteBuf并将所有入站字节附加到其中，直到获得所需的字节数：

public class SimpleProcessingHandler extends ChannelInboundHandlerAdapter { private ByteBuf tmp; @Override public void handlerAdded(ChannelHandlerContext ctx) { System.out.println("Handler added"); tmp = ctx.alloc().buffer(4); } @Override public void handlerRemoved(ChannelHandlerContext ctx) { System.out.println("Handler removed"); tmp.release(); tmp = null; } @Override public void channelRead(ChannelHandlerContext ctx, Object msg) { ByteBuf m = (ByteBuf) msg; tmp.writeBytes(m); m.release(); if (tmp.readableBytes() >= 4) { // request processing RequestData requestData = new RequestData(); requestData.setIntValue(tmp.readInt()); ResponseData responseData = new ResponseData(); responseData.setIntValue(requestData.getIntValue() * 2); ChannelFuture future = ctx.writeAndFlush(responseData); future.addListener(ChannelFutureListener.CLOSE); } } }

上面的例子看起来有点奇怪，但是可以帮助我们理解 Netty 的工作原理。当相应的事件发生时，我们的处理程序的每个方法都会被调用。因此，我们在添加处理程序时初始化缓冲区，在接收新字节时用数据填充它，并在获得足够数据时开始处理它。

我们故意不使用stringValue——以这种方式解码会变得不必要的复杂。这就是为什么 Netty 提供了有用的解码器类，它们是ChannelInboundHandler的实现：ByteToMessageDecoder和ReplayingDecoder。

正如我们上面提到的，我们可以使用 Netty 创建通道处理管道。因此，我们可以将解码器作为第一个处理程序，处理逻辑处理程序可以位于它之后。

RequestData 的解码器如下所示：

public class RequestDecoder extends ReplayingDecoder<RequestData> { private final Charset charset = Charset.forName("UTF-8"); @Override protected void decode(ChannelHandlerContext ctx, ByteBuf in, List<Object> out) throws Exception { RequestData data = new RequestData(); data.setIntValue(in.readInt()); int strLen = in.readInt(); data.setStringValue( in.readCharSequence(strLen, charset).toString()); out.add(data); } }

这个解码器的想法非常简单。它使用ByteBuf的实现，当缓冲区中没有足够的数据用于读取操作时，该实现会引发异常。

当捕获到异常时，缓冲区将回滚到开头，并且解码器等待新的数据部分。解码执行后，当输出列表不为空时，解码停止。

3.4.响应编码器

除了解码RequestData之外，我们还需要对消息进行编码。此操作更简单，因为写入操作发生时我们拥有完整的消息数据。

我们可以在主处理程序中将数据写入Channel，也可以分离逻辑并创建一个扩展MessageToByteEncoder的处理程序，该处理程序将捕获写入ResponseData操作：

public class ResponseDataEncoder extends MessageToByteEncoder<ResponseData> { @Override protected void encode(ChannelHandlerContext ctx, ResponseData msg, ByteBuf out) throws Exception { out.writeInt(msg.getIntValue()); } }

3.5.请求处理

由于我们在单独的处理程序中进行了解码和编码，因此我们需要更改我们的ProcessingHandler：

public class ProcessingHandler extends ChannelInboundHandlerAdapter { @Override public void channelRead(ChannelHandlerContext ctx, Object msg) throws Exception { RequestData requestData = (RequestData) msg; ResponseData responseData = new ResponseData(); responseData.setIntValue(requestData.getIntValue() * 2); ChannelFuture future = ctx.writeAndFlush(responseData); future.addListener(ChannelFutureListener.CLOSE); System.out.println(requestData); } }

3.6.服务器引导程序

现在让我们把它们放在一起并运行我们的服务器：

public class NettyServer { private int port; // constructor public static void main(String[] args) throws Exception { int port = args.length > 0 ? Integer.parseInt(args[0]); : 8080; new NettyServer(port).run(); } public void run() throws Exception { EventLoopGroup bossGroup = new NioEventLoopGroup(); EventLoopGroup workerGroup = new NioEventLoopGroup(); try { ServerBootstrap b = new ServerBootstrap(); b.group(bossGroup, workerGroup) .channel(NioServerSocketChannel.class) .childHandler(new ChannelInitializer<SocketChannel>() { @Override public void initChannel(SocketChannel ch) throws Exception { ch.pipeline().addLast(new RequestDecoder(), new ResponseDataEncoder(), new ProcessingHandler()); } }).option(ChannelOption.SO_BACKLOG, 128) .childOption(ChannelOption.SO_KEEPALIVE, true); ChannelFuture f = b.bind(port).sync(); f.channel().closeFuture().sync(); } finally { workerGroup.shutdownGracefully(); bossGroup.shutdownGracefully(); } } }

上述服务器引导示例中使用的类的详细信息可以在其 Javadoc 中找到。最有趣的部分是这一行：

ch.pipeline().addLast( new RequestDecoder(), new ResponseDataEncoder(), new ProcessingHandler());

在这里，我们定义入站和出站处理程序，它们将以正确的顺序处理请求和输出。

4.客户端申请

客户端要执行反向编码和解码，因此我们需要有一个RequestDataEncoder和ResponseDataDecoder：

public class RequestDataEncoder extends MessageToByteEncoder<RequestData> { private final Charset charset = Charset.forName("UTF-8"); @Override protected void encode(ChannelHandlerContext ctx, RequestData msg, ByteBuf out) throws Exception { out.writeInt(msg.getIntValue()); out.writeInt(msg.getStringValue().length()); out.writeCharSequence(msg.getStringValue(), charset); } }

public class ResponseDataDecoder extends ReplayingDecoder<ResponseData> { @Override protected void decode(ChannelHandlerContext ctx, ByteBuf in, List<Object> out) throws Exception { ResponseData data = new ResponseData(); data.setIntValue(in.readInt()); out.add(data); } }

另外，我们需要定义一个ClientHandler来发送请求并接收来自服务器的响应：

public class ClientHandler extends ChannelInboundHandlerAdapter { @Override public void channelActive(ChannelHandlerContext ctx) throws Exception { RequestData msg = new RequestData(); msg.setIntValue(123); msg.setStringValue( "all work and no play makes jack a dull boy"); ChannelFuture future = ctx.writeAndFlush(msg); } @Override public void channelRead(ChannelHandlerContext ctx, Object msg) throws Exception { System.out.println((ResponseData)msg); ctx.close(); } }

现在让我们引导客户端：

public class NettyClient { public static void main(String[] args) throws Exception { String host = "localhost"; int port = 8080; EventLoopGroup workerGroup = new NioEventLoopGroup(); try { Bootstrap b = new Bootstrap(); b.group(workerGroup); b.channel(NioSocketChannel.class); b.option(ChannelOption.SO_KEEPALIVE, true); b.handler(new ChannelInitializer<SocketChannel>() { @Override public void initChannel(SocketChannel ch) throws Exception { ch.pipeline().addLast(new RequestDataEncoder(), new ResponseDataDecoder(), new ClientHandler()); } }); ChannelFuture f = b.connect(host, port).sync(); f.channel().closeFuture().sync(); } finally { workerGroup.shutdownGracefully(); } } }

正如我们所看到的，服务器引导有许多共同的细节。

现在我们可以运行客户端的 main 方法并查看控制台输出。正如预期的那样，我们得到了intValue等于246 的ResponseData。

5. 结论

在本文中，我们快速介绍了 Netty。我们展示了它的核心组件，例如Channel和ChannelHandler。此外，我们还制作了一个简单的非阻塞协议服务器和一个客户端