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Netty框架学习之(二）：Netty组件简介

1. 概览

从高层次的角度来看Netty，它主要为需要开发高性能应用的开发者解决了“技术”的和“体系结构”的问题。首先，它的基于 Java NIO 的异步的和事件驱动的实现，保证了高负载下应用程序

性能的最大化和可伸缩性。其次， Netty 也包含了一组设计模式，将应用程序逻辑从网络层解耦，简化了开发过程，同时也最大限度地提高了可测试性、模块化以及代码的可重用性。

为了可以更好的研究 Netty，本文主要对Netty的组件做一个简单的描述，以及从高层次的角度来了解各个组件是如何协作的。

Netty中主要组件包括：

- Channel：代表了一个链接，与EventLoop一起用来参与IO处理。

- ChannelHandler：为了支持各种协议和处理数据的方式，便诞生了Handler组件。Handler主要用来处理各种事件，这里的事件很广泛，比如可以是连接、数据接收、异常、数据转换等。

- ChannelPipeline：提供了 ChannelHandler 链的容器，并定义了用于在该链上传播入站

和出站事件流的 API。

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

- EventLoopGroup：会包含多个EventLoop。

上述组件的关系结构如下图所示：

Netty框架学习之(二）：Netty组件简介

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。

2. 组件说明

2.1 Channel

在Java中(Socket类)，基本的 I/O 操作（bind()、 connect()、 read()和 write()）依赖于底层网络传输所提供的功能。 Netty 的 Channel 接

口所提供的 API降低了直接使用 Socket 类的复杂性。Netty中也提供了使用多种方式连接的Channel：

- EmbeddedChannel；

- LocalServerChannel；

- NioDatagramChannel；

- NioSctpChannel；

- NioSocketChannel。

2.2 EventLoop&EventLoopGroup

EventLoop主要用于处理连接的生命周期中所发生的事件，它实现了Netty的线程模型部分的功能，线程模型指定了操作系统/编程语言/框架或者应用程序的上下文中的线程管理的方式。如何以及何时创建线程将对应用程序的性能产生显著的影响。详细细节将在后续的博文进行说明，本处只做简单描述。

Channel&EventLoop&EventLoopGroup的协作方式大致如下：

2.3 ChannelHandler&ChannelHandlerPipline

ChannelHandler

对于开发一个Netty的应用而言，主要开发的组件可能就是 ChannelHandler，它充当了所有处理入站和出站数据的应用程序逻辑的容器，根据数据流向的不同，ChannelHandler可以分为ChannelInboundHandler以及ChannelOutboundHandler.

ChannelPipeline

ChannelPipeline 提供了 ChannelHandler 链的容器，并定义了用于在该链上传播入站

和出站事件流的 API。当 Channel 被创建时，它会被自动地分配到它专属的 ChannelPipeline。

ChannelHandler 安装到 ChannelPipeline 中的过程如下所示：

1. 一个ChannelInitializer被注册到了ServerBootstrap中；

2. 当 ChannelInitializer.initChannel()方法被调用时， ChannelInitializer

将在 ChannelPipeline 中安装一组自定义的 ChannelHandler；

3. ChannelInitializer 将它自己从 ChannelPipeline 中移除

事件进入ChannelPipline时，会被定义的ChannelHandler顺序的进行处理，如下图所示：

Netty框架学习之(二）：Netty组件简介

从一个客户端应用程序的角度来看，如果事件的运动方向是从客户端到服务器端，那么我们称这些事件为Outbound的，反之则称为Inbound的。需要注意的是对于inbound操作而言，处理的顺序为从头到尾，outbound的处理顺序为从尾到头。上图中Inbound的处理顺序为（1,2）.Outbound的处理顺序为（3,4）.

当 ChannelHandler 被添加到 ChannelPipeline 时，它将会被分配一个 ChannelHandler

Context，其代表了 ChannelHandler 和 ChannelPipeline 之间的绑定。虽然这个对象可

以被用于获取底层的 Channel，但是它主要还是被用于写出站数据。

==在 Netty 中，有两种发送消息的方式。你可以直接写到 Channel 中，也可以写到和 ChannelHandler相关联的ChannelHandlerContext对象中。前一种方式将会导致消息从ChannelPipeline 的尾端开始流动，而后者将导致消息从 ChannelPipeline 中的下一个 ChannelHandler 开始流动。==

ChannelHandler的类结构

首先要说明的是ChannelInboundHandle 和ChannelOutboundHandle 都继承自ChannelHandler，将两个类别的 ChannelHandler都混合添加到同一个 ChannelPipeline 中时，Netty 能区分 ChannelInboundHandler 实现和 ChannelOutboundHandler 实现，并确保数据只会在具有相同定向类型的两个 ChannelHandler 之间传递。

对于ChannelHandler的实现类而言，可能不需要关注事件处理周期的每个环节，如果要把Inbound或是Outboud接口的每个方法都实现，就会额外的带来很多的工作量，Netty对于该种情况提供了几种Adapter的解决方案：

ChannelHandlerAdapter
ChannelInboundHandlerAdapter
ChannelOutboundHandlerAdapter
ChannelDuplexHandler

2.4 编码器&解码器

当通过 Netty 发送或者接收一个消息的时候，就将会发生一次数据转换。入站消息会被解码:从字节转换为另一种格式，通常是一个 Java 对象。如果是出站消息，则会发生

编码：将从它的当前格式被编码为字节。

Netty默认已经提供了一堆的编/解码器，一般需求已经可以满足，如果不满足可以通继承ByteToMessageDecoder 或 MessageToByteEncoder来实现自己的编/解码器。通过查看类的继承结构可以看出 Netty 提供的编码器/解码器适配器类都实现了 ChannelOutboundHandler 或者 ChannelInboundHandler 接口。

对于解码器Handler而言，其重写了channelRead方法，对于每个从入站

Channel 读取的消息，这个方法都将会被调用。随后，它将调用由解码器所提供的 decode()方法，并将已解码的字节转发给 ChannelPipeline 中的下一个 ChannelInboundHandler。OutboundHandler采用相反的处理方式。