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曹工杂谈：Spring boot应用，自己动手用Netty替换底层Tomcat容器

前言

问：标题说的什么意思？

答：简单说，一个spring boot应用（我这里，版本升到2.1.7.Release了，没什么问题），默认使用了tomcat作为底层容器来接收和处理连接。 我这里，在依赖中排除了tomcat，使用Netty作为了替代品。优势在于，启动飞快，线程数量完全可控（多少个netty的boss、worker线程，多少个业务线程），如果能优化得好，效率会很高（我这个还有很多优化空间，见文末总结）

流程图如下（中间的三个handler是自定义的）：

曹工杂谈：Spring boot应用，自己动手用Netty替换底层Tomcat容器

这个东西，年初我就弄出来了，然后用在了某个我负责的微服务里，之前一直想写，但是一直没把demo代码从微服务里抽出来，然后就一直拖着。前一阵吧，把代码抽出来了，然后又觉得要优化下，不然有些低级问题怎么办？

前一阵抽了代码出来，然后想着优化下，结果忙起来搞忘了，而且优化无底洞啊，所以先不优化了，略微补了些注释，就发上来了，希望大家看到后，多多批评指正。

先附上代码地址： https://gitee.com/ckl111/Netty_Spring_MVC_Sample/

启动后，访问： http://localhost:8081/test.do 即可。

实现大体思路

  1. 排除掉 tomcat 依赖
  2. 解决掉报错，保证 spring mvc 的上下文正常启动
  3. 启动 netty 容器，最后一个 handler 负责将 servlet request 交给 dispatcherServlet 处理

具体实现

解决dispatcherServlet不能正常工作的问题

问题1：缺少 servletContext 报错

曹工杂谈：Spring boot应用，自己动手用Netty替换底层Tomcat容器

经过追踪发现，这个 servletContext 来源于： org.springframework.web.context.support.GenericWebApplicationContext 中的 servletContext 字段

解决办法：

在 META-INF/spring.factories 中，定义了一个listener，来参与spring boot启动时的生命周期： 

org.springframework.boot.SpringApplicationRunListener=com.ceiec.router.config.MyListener

在我的自定义listener中，实现 org.springframework.boot.SpringApplicationRunListener ，然后重写如下方法： 

package com.ceiec.router.config;

import com.ceiec.router.config.servletconfig.MyServletContext;
import lombok.Data;
import lombok.extern.slf4j.Slf4j;
import org.springframework.boot.SpringApplication;
import org.springframework.boot.SpringApplicationRunListener;
import org.springframework.boot.web.servlet.context.ServletWebServerApplicationContext;
import org.springframework.context.ConfigurableApplicationContext;
import org.springframework.core.env.ConfigurableEnvironment;
import org.springframework.core.env.MapPropertySource;
import org.springframework.core.env.MutablePropertySources;
import org.springframework.core.env.PropertySource;

import javax.servlet.ServletContext;
import java.util.Map;

@Data
@Slf4j
public class MyListener implements SpringApplicationRunListener {


    public MyListener(SpringApplication application, String[] args) {
        super();
    }
    ...
    
    @Override
    public void contextPrepared(ConfigurableApplicationContext context) {
        // 这里手动new一个servletContext，然后设置给spring上下文
        ServletContext servletContext = new MyServletContext();
        ServletWebServerApplicationContext applicationContext = (ServletWebServerApplicationContext) context;
        applicationContext.setServletContext(servletContext);
    }
  
  ...

}

自定义实现了 com.ceiec.router.config.servletconfig.MyServletContext ，这个很简单，继承spring test包中的 org.springframework.mock.web.MockServletContext 即可。 

package com.ceiec.router.config.servletconfig;

import org.springframework.mock.web.MockServletContext;

import javax.servlet.Filter;
import javax.servlet.FilterRegistration;
import javax.servlet.Servlet;
import javax.servlet.ServletRegistration;

public class MyServletContext extends MockServletContext{

    @Override
    public ServletRegistration.Dynamic addServlet(String servletName, Servlet servlet) {
        return null;
    }

    @Override
    public FilterRegistration.Dynamic addFilter(String filterName, Filter filter){
        return null;
    }
}

问题2：

暂时没有。之前的版本本来有一个问题，升到spring boot 2.1.7后，好像不需要了，先不管。

问题3：

怎么保证少了tomcat后， dispatcherServlet 还能用？准确地说， dispatcherServlet 这个东西和tomcat是两回事，以前写struts 2的时候，也没 dispatcherServlet 这个类，不是吗？

所以，在spring boot启动时，并不强依赖底层容器， dispatcherServlet 这个bean会自动装配，装配代码在

org.springframework.boot.autoconfigure.web.servlet.DispatcherServletAutoConfiguration.DispatcherServletConfiguration 

@Configuration
    @Conditional(DefaultDispatcherServletCondition.class)
    @ConditionalOnClass(ServletRegistration.class)
    @EnableConfigurationProperties({ HttpProperties.class, WebMvcProperties.class })
    protected static class DispatcherServletConfiguration {

        private final HttpProperties httpProperties;

        private final WebMvcProperties webMvcProperties;

        //这里自动装配DispatcherServlet
        @Bean(name = DEFAULT_DISPATCHER_SERVLET_BEAN_NAME)
        public DispatcherServlet dispatcherServlet() {
            DispatcherServlet dispatcherServlet = new DispatcherServlet();
            dispatcherServlet.setDispatchOptionsRequest(
                                this.webMvcProperties.isDispatchOptionsRequest());
            dispatcherServlet.setDispatchTraceRequest(
              this.webMvcProperties.isDispatchTraceRequest());
            return dispatcherServlet;
        }

问题4：

自动装配 DispatcherServlet 后，处理请求时报错：

曹工杂谈：Spring boot应用，自己动手用Netty替换底层Tomcat容器

解决方式是，启动完成后，给 dispatcherServlet 设置这个field的值，同时，初始化我们的servlet（这里提一句，还记得 servlet 的生命周期吗，就是那个东西）： 

import org.springframework.mock.web.MockServletConfig;
/**
 * 从spring上下文获取 DispatcherServlet，设置其字段config为mockServletConfig
 */
DispatcherServlet dispatcherServlet = applicationContext.getBean(DispatcherServlet.class);
MockServletConfig myServletConfig = new MockServletConfig();
MyReflectionUtils.setFieldValue(dispatcherServlet,"config",myServletConfig);

/**
 * 初始化servlet
 */
try {
  dispatcherServlet.init();
} catch (ServletException e) {
  log.error("e:{}",e);
}

netty处理过程

大致流程

这里，我们再将总共流程图贴一下：

曹工杂谈：Spring boot应用，自己动手用Netty替换底层Tomcat容器

中间的三个handler，是我们自定义的。每个handler具体做的事情，写得比较清楚了。具体看下面的 com.ceiec.router.netty.DispatcherServletChannelInitializer : 

public class DispatcherServletChannelInitializer extends ChannelInitializer<SocketChannel> {

    //可以使用单独的线程池，来处理业务请求
    private static DefaultEventLoopGroup eventExecutors = new DefaultEventLoopGroup(4,new NamedThreadFactory("business_servlet"));

    @Override
    public void initChannel(SocketChannel channel) throws Exception {
        ChannelPipeline pipeline = channel.pipeline();

        // 对通信数据进行编解码
        pipeline.addLast(new HttpServerCodec());

        // 把多个HTTP请求中的数据组装成一个
        pipeline.addLast(new HttpObjectAggregator(65536));

        // 用于处理大的数据流
        pipeline.addLast(new ChunkedWriteHandler());

        /**
         * 生成servlet使用的request
         */
        pipeline.addLast("GenerateServletRequestHandler", new GenerateServletRequestHandler());

        /**
         * 过滤器处理器，模拟servlet中的 filter 链
         */
        FilterNettyHandler filterNettyHandler = SpringContextUtils.getApplicationContext().getBean(FilterNettyHandler.class);
        pipeline.addLast("FilterNettyHandler", filterNettyHandler);

        /**
         * 真正的业务handler，转交给：spring mvc的dispatcherServlet 处理
         */
        DispatcherServletHandler dispatcherServletHandler = SpringContextUtils.getApplicationContext().getBean(DispatcherServletHandler.class);
        //pipeline.addLast("dispatcherServletHandler", dispatcherServletHandler);
        // 使用下面的重载方法，第一个参数为线程池，则这里会异步执行我们的业务逻辑，正常也应该这样，避免长时间阻塞io线程
        pipeline.addLast(eventExecutors,"handler", new ServletNettyHandler(dispatcherServlet));
    }


}

原始netty的http请求，转成servlet http请求

其中， GenerateServletRequestHandler 完成这部分工作，传递给下一个handler的，就是 MockHttpServletRequest 类型： 

@Override
    protected void channelRead0(ChannelHandlerContext channelHandlerContext, FullHttpRequest fullHttpRequest) throws Exception {
        if (!fullHttpRequest.decoderResult().isSuccess()) {
            sendError(channelHandlerContext, BAD_REQUEST);
            return;
        }

        // 设置请求的会话id
        String token = UUID.randomUUID().toString().replace("-", "");
        MDC.put(SESSION_KEY, token);

        String remoteIP = getRemoteIP(fullHttpRequest, channelHandlerContext);
        MockHttpServletRequest servletRequest = createServletRequest(fullHttpRequest);
        String s = fullHttpRequest.content().toString(CharsetUtil.UTF_8);

        log.info("{},request:{},param:{}", remoteIP, fullHttpRequest.uri(), s);
        try {
            channelHandlerContext.fireChannelRead(servletRequest);
        } finally {
            // 删除SessionId
            MDC.remove(SESSION_KEY);
        }

    }

模拟servlet filter chain对请求进行处理

这里说下，为什么要使用spring来管理它，且类型为prototype，因为：每次请求进来，都会去调用

com.ceiec.router.netty.DispatcherServletChannelInitializer#initChannel ，在那里面是如下的从spring上下文获取的方式来拿到 FilterNettyHandler 的。 

@Override
    public void initChannel(SocketChannel channel) throws Exception {
        ChannelPipeline pipeline = channel.pipeline();
        ... 
        /**
         * 过滤器处理器，模拟servlet中的 filter 链
         */
        FilterNettyHandler filterNettyHandler = SpringContextUtils.getApplicationContext().getBean(FilterNettyHandler.class);
        pipeline.addLast("FilterNettyHandler", filterNettyHandler);
    }
package com.ceiec.router.netty.handler;

import com.ceiec.router.netty.DispatcherServletChannelInitializer;
import com.ceiec.router.netty.filter.ApplicationFilterChain;
import com.ceiec.router.netty.filter.ApplicationFilterFactory;
import io.netty.channel.ChannelHandlerContext;
import io.netty.channel.SimpleChannelInboundHandler;
import lombok.extern.slf4j.Slf4j;
import org.springframework.context.annotation.Scope;
import org.springframework.mock.web.MockHttpServletRequest;
import org.springframework.mock.web.MockHttpServletResponse;
import org.springframework.stereotype.Component;

/**
 * desc: 模拟servlet的filter链
 * netty handler链的初始化在{@link DispatcherServletChannelInitializer#initChannel(io.netty.channel.socket.SocketChannel)}
 * @author: ckl
 * creat_date: 2019/12/10 0010
 * creat_time: 10:14
 **/
@Slf4j
@Component
@Scope(scopeName = "prototype")
public class FilterNettyHandler extends SimpleChannelInboundHandler<MockHttpServletRequest> {


    @Override
    protected void channelRead0(ChannelHandlerContext ctx, MockHttpServletRequest httpServletRequest) throws Exception {
        MockHttpServletResponse httpServletResponse = new MockHttpServletResponse();
        ApplicationFilterChain filterChain = ApplicationFilterFactory.createFilterChain(ctx,httpServletRequest);
        if (filterChain == null) {
            return;
        }

        filterChain.doFilter(httpServletRequest, httpServletResponse);
    }
}

handler最后一棒：将请求交给dispatcherServlet处理

package com.ceiec.router.netty.handler;

import com.ceiec.router.netty.DispatcherServletChannelInitializer;
import com.ceiec.router.netty.filter.RequestResponseWrapper;
import io.netty.channel.ChannelFuture;
import io.netty.channel.ChannelFutureListener;
import io.netty.channel.ChannelHandlerContext;
import io.netty.channel.SimpleChannelInboundHandler;
import io.netty.handler.codec.http.DefaultHttpResponse;
import io.netty.handler.codec.http.HttpResponse;
import io.netty.handler.codec.http.HttpResponseStatus;
import io.netty.handler.stream.ChunkedStream;
import lombok.extern.slf4j.Slf4j;
import org.springframework.beans.factory.annotation.Autowired;
import org.springframework.context.annotation.Scope;
import org.springframework.mock.web.MockHttpServletRequest;
import org.springframework.mock.web.MockHttpServletResponse;
import org.springframework.stereotype.Component;
import org.springframework.web.servlet.DispatcherServlet;

import java.io.ByteArrayInputStream;
import java.io.InputStream;

import static io.netty.handler.codec.http.HttpVersion.HTTP_1_1;

/**
 *
 * desc:
 * 请求交给，Spring的dispatcherServlet处理
 * netty handler链的初始化在{@link DispatcherServletChannelInitializer#initChannel(io.netty.channel.socket.SocketChannel)}
 * @author: caokunliang
 * creat_date: 2019/8/21 0021
 * creat_time: 15:46
 **/
@Slf4j
@Component
@Scope(scopeName = "prototype")
public class DispatcherServletHandler extends SimpleChannelInboundHandler<RequestResponseWrapper> {

    @Autowired
    private DispatcherServlet dispatcherServlet;


    @Override
    protected void channelRead0(ChannelHandlerContext channelHandlerContext, RequestResponseWrapper requestResponseWrapper) throws Exception {
        MockHttpServletRequest servletRequest = (MockHttpServletRequest) requestResponseWrapper.getServletRequest();
        MockHttpServletResponse servletResponse = (MockHttpServletResponse) requestResponseWrapper.getServletResponse();
        //这里调用dispatcherServlet的service，最终会调用controller的方法，响应流会写入到servletResponse中
        dispatcherServlet.service(servletRequest, servletResponse);

        HttpResponseStatus status = HttpResponseStatus.valueOf(servletResponse.getStatus());
        HttpResponse response = new DefaultHttpResponse(HTTP_1_1, status);

        for (String name : servletResponse.getHeaderNames()) {
            response.headers().add(name, servletResponse.getHeader(name));
        }

        response.headers().add("Content-Type","application/json;charset=UTF-8");

        // Write the initial line and the header.
        channelHandlerContext.write(response);

        InputStream contentStream = new ByteArrayInputStream(servletResponse.getContentAsByteArray());

        ChunkedStream stream = new ChunkedStream(contentStream);
        ChannelFuture writeFuture = channelHandlerContext.writeAndFlush(stream);
        writeFuture.addListener(ChannelFutureListener.CLOSE);
    }


}

总结

大概就上面这些东西了，整体来说，有很多需要优化的东西。但我本身对netty的使用，只能算相对勉强，很多细节性的东西没考虑。

比如：

  1. 我这里，是很粗暴地每次请求后，关闭了连接；
  2. 请求id在从worker线程，传给dispatcherServlet的业务线程时，丢失了（主要是直接使用了netty的api，来生成线程池，难以控制）；
  3. 我使用了这个技术的微服务，qps不算高，高了之后，会不会有大问题，暂时未知，需要进一步测试，但最近也忙，时间有限。
  4. channel的handler这里，现在用的prototype的bean，如果换成单例bean，在高并发下会不会有问题呢，待验证。

虽然问题很多，但是我觉得很难等到我全部完善了再分享，因为我个人能力有限（ netty 功力不行，哈哈）。我能做的是，先分享，抛砖引玉，后续有时间了我也会慢慢优化。

代码地址：https://gitee.com/ckl111/Netty_Spring_MVC_Sample

原文  http://www.cnblogs.com/grey-wolf/p/12017818.html
正文到此结束
所属分类： Java 编程技术

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