Netty：初识Netty

前文总结了NIO的内容，有了NIO的一些基础之后，我们就可以来看下Netty。Netty是Java领域的高性能网络传输框架，RPC的技术核心就是网络传输和序列化，所以Netty给予了RPC在网络传输领域巨大的支持。 

一个简单的Netty代码实现

网络传输基于的是TCP协议，所以会有服务端和客户端之分，而Netty是网络传输框架，所以一个完整的Netty代码至少是有服务端和客户端的。本文代码基于Netty4.1.15。

服务端：

public class DemoServer {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        EventLoopGroup bossGroup = new NioEventLoopGroup();
        EventLoopGroup workerGroup = new NioEventLoopGroup();
        try {
            ServerBootstrap serverBootstrap = new ServerBootstrap();
            serverBootstrap.group(bossGroup,workerGroup).
                    channel(NioServerSocketChannel.class).
                    childHandler(new ChannelInitializer<SocketChannel>() {
                        @Override
                        protected void initChannel(SocketChannel ch) throws Exception {
                            ch.pipeline().addLast(new StringDecoder(CharsetUtil.UTF_8));
                            ch.pipeline().addLast(new StringEncoder(CharsetUtil.UTF_8));
                            ch.pipeline().addLast(new DemoServerHandler());
                        }
                    });

            ChannelFuture future = serverBootstrap.bind(8899).sync();
            future.channel().closeFuture().sync();
        }finally {
            bossGroup.shutdownGracefully();
            workerGroup.shutdownGracefully();
        }
    }
}

public class DemoServerHandler extends SimpleChannelInboundHandler<String> {
    @Override
    protected void channelRead0(ChannelHandlerContext ctx, String msg) throws Exception {
        System.out.println("" + ctx.channel().remoteAddress() + "," + msg);
        ctx.channel().writeAndFlush("from server" + UUID.randomUUID());
    }

    @Override
    public void exceptionCaught(ChannelHandlerContext ctx, Throwable cause) throws Exception {
        cause.printStackTrace();
        ctx.close();
    }
}

客户端：

public class DemoClient {
    public static void main(String[] args) throws Exception{
        EventLoopGroup eventLoopGroup = new NioEventLoopGroup();

        try{
            Bootstrap bootstrap = new Bootstrap();
            bootstrap.group(eventLoopGroup).channel(NioSocketChannel.class).handler(new ChannelInitializer<SocketChannel>() {
                @Override
                protected void initChannel(SocketChannel ch) throws Exception {
                    ch.pipeline().addLast(new StringDecoder(CharsetUtil.UTF_8));
                    ch.pipeline().addLast(new StringEncoder(CharsetUtil.UTF_8));
                    ch.pipeline().addLast(new DemoClientHandler());
                }
            });

            ChannelFuture channelFuture = bootstrap.connect("localhost",8899).sync();
            channelFuture.channel().closeFuture().sync();


        }finally {
            eventLoopGroup.shutdownGracefully();
        }
    }
}

public class DemoClientHandler extends SimpleChannelInboundHandler<String> {
    @Override
    protected void channelRead0(ChannelHandlerContext ctx, String msg) throws Exception {
        System.out.println("" + ctx.channel().remoteAddress());
        System.out.println("client output:" + msg);
        ctx.writeAndFlush("from client" + LocalDateTime.now());
    }

    @Override
    public void channelActive(ChannelHandlerContext ctx) throws Exception {
        String msg = "来自客户端的问候!";
        ctx.writeAndFlush(msg);
    }

    @Override
    public void exceptionCaught(ChannelHandlerContext ctx, Throwable cause) throws Exception {
        cause.printStackTrace();
        ctx.close();
    }
}

来看下这个简单的代码做了什么：

1、服务端启动后，客户端先向服务端发起连接建立；

2、连接建立后，触发客户端的channelActive方法，该方法向服务端发出了一条信息，这条信息默认在网络中是会转成字节的形式来传输的，因为TCP的数据传输都是基于字节的，这个过程也叫做编码；

3、服务端收到信息后，会被服务端的Handler，其实就是StringDecoder先做处理，从字节变成了字符，这个过程也叫做解码；

4、此时对于DemoServerHandler来说，信息已经变成了符合自己的String类型，所以channelRead0方法会被调用，输出信息，同时向客户端发出信息，信息又会转成字节的信息传向客户端；

5、客户端收到信息后，会被客户端解码成字符，触发客户端的channelRead0方法，输出客户端地址和收到的信息，再向服务端发送时间戳；

6、循环往复上述3-5，死循环；

模块化

从上述这个简单的DEMO中，我们可以提取出Netty的核心模块：

1、Channel、EventLoop、ChannelFuture

Channel接口：基本的IO操作（bind()/connect()/read()/write()）依赖于底层网络传输所提供的原语。在我们这个DEMO中，能看到NioServerSocketChannel和NioSocketChannel，NioServerSocketChannel使用基于NIO选择器的实现来接受新连接，NioSocketChannel使用基于NIO选择器的实现来建立和处理新连接。

EventLoop接口：EventLoop定义了Netty的核心抽象，用于处理连接的生命周期中所发生的事件。EventLoop是协调设计的一部分，采用了两个基本的API：并发和网络编程。在我们这个DEMO中，能看到NioEventLoop，NioEventLoop就是一个Reactor，是整个Netty的一个核心。

ChannelFuture接口：Netty中的所有的IO操作都是异步的，因为一个操作可能不会立即返回，所以我们需要一种用于在之后某个时间点确定其结果的方法。为此，Netty提供了ChannelFuture接口，其addListener()方法注册了一个ChannelFutureListener，以便在某个操作完成是得到通知。

2、ChannelHandler、ChannelPipeline

ChannelHandler接口：从应用程序开发人员的角度来看，ChannelHandler是Netty的主要组件，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，因为ChannelHandler的方法是由事件来触发的。在我们这个DEMO中，DemoClientHandler、DemoServerHandler就是两个自定义的ChannelHandler，DemoClientHandler在连接一建立的时候，就触发了channelActive方法，然后DemoServerHandler在channelRead0方法中读取了其传输的信息。

ChannelPipeline接口：ChannelPipeline为ChannelHandler链提供了容器，并定义了用于该链上传播入站和出站事件流的API。当Channel被创建时，它会被自动的分配到它所专属的ChannelPipeline。在我们的DEMO中，一个ChannelInitializer的实例被注册到ServerBootStrap或者BootStrap，当它的initChannel方法被调用的时候，ChannelInitializer将在ChannelPipeline中安装一组自定义的ChannelHandler，最后ChannelInitializer将它自己从ChannelPipeline中移除。

3、ByteBuf

网络数据的基本单位是字节，NIO提供了ByteBuffer作为网络数据的字节容器，但是ByteBuffer本身设计并不优雅，使用繁琐，Netty使用ByteBuf来替代ByteBuffer，在我们的DEMO中，不能直接看到ByteBuf，但是在Netty提供的内置编解码器StringDecoder/StringEncoder中，操作的对象就是ByteBuf。

4、ServerBootStrap、BootStrap

ServerBootStrap和BootStrap是一个非常抽象的概念。ServerBootStrap是Netty创建服务器的辅助类，负责封装服务启动的一系列操作。和ServerBootStrap一样，Bootstrap也是封装客户端向服务端发送请求的一系列操作。

5、Codec

通过Netty发送和接收一个消息的时候，就会发生一次数据转换，入站消息会被解码，也就是从字节转换为原本的形式，如果是出站消息，就会从一种形式变成字节，这个就是编码，编解码的根本原因就是因为网络数据就是一系列的字节。在我们的DEMO中，StringEncoder和StringDecoder就是编解码器。

最后总结一下：

1、通过一个简单的DEMO，介绍了一下Netty，站在应用的角度看了下Netty是如何运行的；

2、从DEMO中提取出Netty的重要的模块，简单介绍一下各个模块，在后续的文章中将详细介绍每个模块组件。

参考资料：

https://netty.io/wiki/user-guide-for-4.x.html