[Java知识库]Netty4 总结

主要构件

• Channel: 抽象一个到实体(硬件、文件、Socket)的连接，封装了不同的I/O操作，屏蔽底层细节。用于执行所有的I/O操作。

• ChannelHandler：事件处理器
  

  • ChannelInboundHandler：处理入站事件(输入)
  • ChannelOutboundHandler：处理出战事件(输出)

• ChannelPipeline: 包含一组事件处理器 – 处理某个Channel的I/O事件的流程

  • ChannelHandler的容器（有序表）
  • 每个Channel持有一个ChannelPipeline，其I/O事件由按顺序由ChannelPipeline内的ChannelHandler处理

• EventLoop：事件循环–处理其负责的Channel的所有I/O和事件

• EventLoopGroup：EventLoop池

• Bootstrap : 启动网络处理

  • Bootstrap：引导客户端，连接远程主机
  • ServerBootstrap: 引导服务器，监听一个端口，接收连接并创建Channel进行通信

• ChannelFuture：异步通知

  • 由异步操作返回，代表一个未完成的操作
  • 可向其添加监听器addListener()，以在操作完成时做出动作

• ChannelPromise：继承自ChannelFuture，可写的ChannelFuture

Channel

• 抽象一个到实体(硬件、文件、Socket)的连接，封装了不同的I/O操作，屏蔽底层细节。提供统一的I/O操作。
• Channel被创建时，将被分配一个ChannelPipeline(包含用于处理其一切I/O数据和事件的Handler)和ChannelConfig(描述其配置)
• 
• 为线程安全的
• 实现类（内置的传输）
  • 基于NIO的传输（位于io.netty.channel.socket.nio包）–基于java.nio.channels包
    • NioServerSocketChannel 用于监听并接受(accept)连接
    • NioSocketChannel TCP通信
    • NioDatagramChannel UDP通信，收发报文
  • 基于Epoll的传输（位于io.netty.channel.epoll包）-- JNI 驱动的 epoll()。Linux下高负载时由于NIO。
  • 基于OIO的传输–基于java.net包，阻塞I/O
  • Local–通过JVM内部通道，进行本地通信
  • Embedded–用于测试，提供操作出入站数据的接口。
• 生命周期：包含4个状态，在发送变化时触发响应的事件。
  • ChannelUnregistered ：未注册到 EventLoop
  • ChannelRegistered ：被注册到了 EventLoop
  • ChannelActive ：处于活动状态，可进行传输
  • ChannelInactive：不可进行传输

EventLoop & EventLoopGroup

• EventLoop处理某个Channel的I/O和事件的整体流程（监听I/O，分配事件）

• 一个EventLoop在生命周期内之和一个Thread绑定（只有一个线程）

• 使用非阻塞I/O时，一个EventLoop处理一个或多个Channel的I/O和事件

• 使用阻塞I/O时，一个EventLoop处理一个Channel

• EventLoopGroup即EventLoop的池，相当于一个线程池

• 任务(Runnable、Callable)可以提交给EventLoop进行调度执行(

  • schedule方法：指定时间后执行
  • scheduleAtFixRate方法：以指定周期调用

• 事件和任务是以先进先出（FIFO）的顺序执行的，以保证数据顺序的正确

• 继承关系：
  

ChannelHandler

• ChannelInboundHandler：处理入站事件(输入)

• ChannelOutboundHandler：处理出战事件(输出)

• 适配器-ChannelInboundHandlerAdapter&ChannelOutboundHandlerAdapter

  • 提供基本实现：将事件直接传入下一个Hundler
  • 实现一个Handler时不必将其方法全部实现一遍

• 共享的ChannelHandler：在多个ChannelPipeline内安装同一个ChannelHandler对象（可用于跨连接收集数据），需将该ChannelHandler类声明为可以共享的（使用注解**@Sharable**）

• 当某个 ChannelInboundHandler 的实现重写 **channelRead()**方法时

  • 要么将消息传递给下一个Handler
  • 要么负责显式地释放相关的池化的ByteBuf（可使用ReferenceCountUtil.release(…)）

• 异常处理

  • 入站过程的异常将流过ChannelPipeline，直到被某个ChannelInboundHandler的exceptionCaught方法捕获。
  • 出站过程：ChannelOutboundHandler的大多数方具有ChannelPromise参数。通过setFailure(Throwable cause)方法通知操作失败，并携带异常

ChannelHandlerContext

• 一个ChannelHandlerContext对象代表ChannelHandler和ChannelPipeline之间的关联
• ChannelHandler插入ChannelPipeline时创建
• ChannelHandler在生命周期内一直与该ChannelHandlerContext绑定
• ChannelHandler与在同一个Pipeline中相邻Handler的交互(事件的向下传递)实际上是通过Context对象进行
• 
• 在ChannelHandlerContext上调用write()，数据将从尾端经过所有ChannelOutboundHandler到头部，传入Channel。
• 在ChannelHandlerContext上调用read()，从Channel读取数据（按正常流程执行，通过Pipeline）

Bootstrap

• 配置并运行服务器/客户端

• 

• Bootstrap类，引导客户端

  • 负责为客户端和使用无连接协议的应用程序创建 Channel，与服务器通信
  • 无连接的客户端使用Bootstrap的bind() ，创建一个Channel绑定指定端口收发UDP包
  • 有连接的客户端使用Bootstrap的connect()，连接到远程主机

• ServerBootstrap类，引导服务器

  • 负责使用一个父Channel监听并接受来自客户端的连接，创建子Channel与客户端进行通信
  • 调用bind()，创建一个ServerChannel用于监听并接受来自客户端的连接
  • 收到来自客户端的连接后，创建一个Channel来负责该连接

ByteBuf

Netty交换和处理数据的容器。替代Java的ByteBuffer。

• 维护两个索引: 读索引readerIndex、写索引writerIndex

  • readXXX() 将推进readerIndex; writeXXX()将推进writerIndex. (getXXX(), putXXX()不会改变索引)

  • 有效的字节在 [readerIndex, writerIndex) 上

  • 

  • 调用discardReadBytes() 回收可丢弃字节（极有可能导致内存复制）

  • 

• 数据存储方式

  • 支撑数组(backing array) : 将数据储存在JVM堆空间中，即使用一个Java数组。
    • buf.hasArray() 判断是否有支撑数组
    • buf.array() 获取其数组
  • 直接缓冲区: 通过本地调用获取内存，直接向操作系统申请的内存。不会被垃圾回收。如果数据不在直接缓冲区，通过socket发送数据时，会将JVM堆中的数据复制到直接缓冲区，使用直接缓冲区更快。

• 复合缓冲区 通过ByteBuf的子类CompositeByteBuf创建两个缓冲区的组合视图。

  //两个ByteBuf组合为一个ByteBuf，不会发生拷贝
  ByteBuf b = Unpooled.wrappedBuffer(b1,b2);
  

• 创建缓冲区：

  • 使用ByteBufAllocator创建ByteBuf。
  • 可通过**Channel或ChannelHandlerContext的alloc()**获取ByteBufAllocator实例。
  • ByteBufAllocator内置实现:
    • PooledByteBufAllocator: 池化ByteBuf
    • UnpooledByteBufAllocator: 不进行池化
  • 默认（4.1.x）使用PooledByteBufAllocator(引导服务器时可配置)
  • 可使用Unpooled工具类创建未池化的ByteBufByteBuf b = Unpooled.buffer(n);

• 自动扩容 - 超过初始大小时，自动扩容。

• 引用计数

  • ByteBuf使用引用计数管理资源
  • buf.realse() 计数减1
  • buf.retain() 计数加1

编解码器框架 （编解码器框架–内置的一些列ChannelHandler）

• 解码器 Decoder
  • ByteToMessageDecoder ： 从Channel读取的数据–>程序内部的数据格式
  • MessageToMessageDecoder ：将消息由T类型转换其他类型（转换两个对象的InboundHandler）
  • ReplyingDecoder：便于积累数据到足够长度后进行转换
  • TooLongFrameException 数据长度超过解码器设定的限制，抛出该异常
• 编码器 Encoder
  • MessageToByteEncoder ： 程序内部的数据格式 --> 适合传输的数据 （由Channel传出）
  • MessageToMessageEncoder ：将消息由T类型转换其他类型（转换两个对象的OutboundHandler）
• 编解码器 Codec – 将编码器 和 解码器 组合到一个类中
  • ChannelDuplexHandler ：同时实现InboundHandler和OutboundHandler的Adapter

常用预置编解、码器

对HTTP(S)的支持

Netty中HTTP相关的类：

• 编解码Http请求和响应
  • HttpRequestEncoder
  • HttpRequestDecoder
  • HttpResponseEncoder
  • HttpResponseDecoder
  • HttpClientCodec （HttpRequestEncoder + HttpResponseDecoder)
  • HttpServerCodec (HttpRequestDecoder + HttpResponseEncoder)
• 聚合HTTP消息
  • HttpObjectAggregator 将HttpMessage跟HttpContent聚合为FullHttpRequest或FullHttpResponse
• HTTP压缩
  • HttpContentDecompressor 客户端用于解压响应
  • HttpContentCompressor 服务器端进行压缩
• HTTPS
  • SslHandler （一般作为第一个Handler加入）
• WebSocket
  • WebSocketServerProtocolHandler(“/websocket”) 处理WebSocket协议，以"/websocket"为进行升级握手的URI
  • TextFrameHandler() 处理WebSocket的Text帧
  • …

其他

• 处理空闲

  • IdleStateHandler(…) 空闲(既没有受到消息，也没有发出消息)超过指定时间，触发IdleStateEvent事件。
  • ReadTimeoutHandler(…) 在指定时间间隔内未受到消息，触发ReadTimeoutException
  • WriteTimeoutHandler(…) 在指定时间间隔内未发出消息，触发WriteTimeoutException

• 使用分隔符分割

  • DelimiterBasedFrameDecoder(分割符) 按指定分隔符，分割
  • LineBasedFrameDecoder 按’\n’ 或 '\r\n’分割

• 基于长度的分割

  • FixedLengthFrameDecoder 按指定长度分割
  • LengthFieldBasedFrameDecoder 根据帧头部的长度进行分割

• 序列化

  • JDK序列化
    • CompatibleObjectDecoder
    • CompatibleObjectEncoder
    • ObjectDecoder
    • ObjectEncoder

传输大文件

• 使用FileRegion进行零拷贝的传输。（实现类: DefaultFileRegion)
• 需要将文件内容复制到用户内存再传输时，使用ChunkedInput（需在Pipeline中添加 ChunkedWriteHandler），可避免大量内存消耗。
• 

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