006-核心技术-netty核心模块Bootstrap、Future、Channel、Selector、ChannelHandler、Pipeline、ChannelHandlerContext、ChannelOption、EventLoopGroup、Unpooled

一、核心模块

1.1、Bootstrap、ServerBootstrap

Bootstrap意思是引导，一个netty应用通常由一个Bootstrap开始，主要组用是配置整个Netty程序，串联各个组件，Netty中Bootstrap类是客户端程序的启动引导类，ServerBootstrap是服务端启动引导类

常见方法

服务端：ServerBootstrap

public ServerBootstrap group(EventLoopGroup parentGroup, EventLoopGroup childGroup)：用于服务端，设置两个EventLoopGroup

public <T> ServerBootstrap childOption(ChannelOption<T> childOption, T value)：服务端，用来给接收到的通道添加配置

public ServerBootstrap childHandler(ChannelHandler childHandler)：服务端，用来设置业务处理类（自定义的handler）通过创建ChannelInitializer类

　　与handler区别：该handler对应的时bossGroup生效，childHandler是对workerGroup生效

public ChannelFuture bind(int inetPort)：服务端，用来设置占用的端口号

客户端：Bootstrap

public B group(EventLoopGroup group)：用于客户端，用来设置一个EventLoop

public B channel(Class<? extends C> channelClass)：用来设置一个服务器端的通道实现

public <T> B option(ChannelOption<T> option, T value)：用来给ServerChannel添加配置

public ChannelFuture connect(String inetHost, int inetPort)：用来连接服务器

1.2、Future、ChannelFuture

　　netty中所有的IO操作都是异步的，不能立即得知消息是否被正确处理。但是可以过一会等他执行完成或者直接注册一个监听，主要通过Future和ChannelFuture，添加一个监听，当操作执行成功或失败时监听会自动触发注册的监听事件。

常见方法

Channel channel()：返回当前正在进行IO操作的channel

ChannelFuture sync()：等待异步操作执行完毕

1.3、Channel

1）Netty 网络通讯的组件，能够用于执行网络IO操作

2）可以获得当前网络连接的通道的状态

3）可以获得网络连接的配置参数（如接收缓冲区大小）

4）提供异步的网络IO操作（如建立连接、读写、绑定端口），异步调用意味着任何IO调用都立即范湖，并且不保证在调用结束时所请求的IO操作已完成

5）调用立即返回一个ChannelFuture实例，通过注册监听器到channelFuture上，可以IO操作成功、失败或取消时回调通知调用方

6）支持关联IO操作与对应的处理程序

7）不同协议、不同的阻塞类型的连接都有不同的Channel类型与之对应，如：NioSocketChannel、NioServerSocketChannel、NioDatagramChannel等

1.4、Selector

1）Netty基于Selector对象实现IO多路复用，通过Selector一个线程可以监听多个连接的Channel事件

2）当向一个Selector中注册Channel后，Selector内部的机制就可以自动不断地查询（Select）这个注册的Channel是否有已就绪的IO事件（如读写、网络连接）这样就可以一个线程管理多个Channel

1.5、ChannelHandler

1）是一个接口，处理IO事件或者拦截IO操作，并将其转发到ChannelPipeline（业务处理链）中的下一个处理程序

2）本身没有提供很多方法，因为这个接口有许多的方法需要实现，方便试用期间，可以继承他的子类

3）相关类图

　　 

　　ChannelInboundHandler：用于处理入站IO事件

　　ChannelOutboundHandler：用于处理出站IO操作。

　　适配器

　　ChannelInboundHandlerAdapter：用于处理入站IO事件

　　ChannelOutboundHandlerAdapter：用于处理出站IO事件

　　ChannelDuplexHandler：用于处理入站和出站事件

4）自定义Handler需要继承ChannelInboundHandlerAdapter(一般没有数据时使用这个)或SimpleChannelInboundHandler(一般有数据时使用这个)，一般需要重写方法

　　public void channelActive(ChannelHandlerContext ctx)：通道就绪事件

　　public void channelInactive(ChannelHandlerContext ctx)：通道非活动状态

　　public void channelRead(ChannelHandlerContext ctx, Object msg)：通道读取数据事件

　　public void channelReadComplete(ChannelHandlerContext ctx)：数据读取完毕事件

　　public void exceptionCaught(ChannelHandlerContext ctx, Throwable cause)：通道发生异常事件

1.6、Pipeline和ChannelPipeline

1）ChannelPipeline是一个Handler的集合，他负责处理和拦截inbound或者outbound的事件和操作，相当于一个贯穿Netty的链（或者：ChannelPipeline时保存ChannelHandler的List，用于处理或拦截Channel的入站和出站操作）

2）ChannelPipeline实现了一种高级形式的拦截过滤器模式，使用户完全可以控制事件的处理方式，以及Channel中各个的ChannelHandler如何相互交互　　

3）在Netty 中每个Channel都有且仅有一个ChannelPipeline与之对应，如下关系

　　

　　一个Channel包含了一个ChannelPipeline，而ChannelPipeline中又维护了一个由CHannelHandlerContext组成的双向链表，并且每个ChannelHandlerContext中又关联着一个ChannelHandler

　　入站和出站事件在一个双向链表中，入站事件会从链表head往后传递到最后一个入站的handler，出站事件会从链表tail往前传递到最前一个出站的handler，两种类型的handler互不干扰

4）常用方法
　　ChannelPipeline addFirst(ChannelHandler... var1)：把一个业务处理类（handler）添加到链中的第一个位置
　　ChannelPipeline addLast(ChannelHandler... var1)：把一个业务处理类（handler）添加到链中的最后一个位置

1.7、ChannelHandlerContext

1）保存Channel相关的所有上下文信息，同时关联一个ChannelHandler对象

2）ChannelHandlerContext中包含一个具体的事件处理器ChannelHandler，同时ChannelHandlerContext中也绑定了对应的pipeline和Channel的信息，方便对ChannelHandler进行调用。

3）常用方法

　　close关闭，flush刷新

　　ChannelFuture writeAndFlush(Object var1);将数据写到ChannelPipeline中当前ChannelHandler的下一ChannelHandler开始处理（出站）

1.8、ChannelOption　　

　　1、ChannelOption.SO_BACKLOG

　　　　ChannelOption.SO_BACKLOG对应的是tcp/ip协议listen函数中的backlog参数，函数listen(int socketfd,int backlog)用来初始化服务端可连接队列，服务端处理客户端连接请求是顺序处理的，所以同一时间只能处理一个客户端连接，多个客户端来的时候，服务端将不能处理的客户端连接请求放在队列中等待处理，backlog参数指定了队列的大小

　　2、ChannelOption.SO_REUSEADDR

　　　　ChanneOption.SO_REUSEADDR对应于套接字选项中的SO_REUSEADDR，这个参数表示允许重复使用本地地址和端口，比如，某个服务器进程占用了TCP的80端口进行监听，此时再次监听该端口就会返回错误，使用该参数就可以解决问题，该参数允许共用该端口，这个在服务器程序中比较常使用，比如某个进程非正常退出，该程序占用的端口可能要被占用一段时间才能允许其他进程使用，而且程序死掉以后，内核一需要一定的时间才能够释放此端口，不设置SO_REUSEADDR 就无法正常使用该端口。

　　3、ChannelOption.SO_KEEPALIVE

　　　　Channeloption.SO_KEEPALIVE参数对应于套接字选项中的SO_KEEPALIVE，该参数用于设置TCP连接，当设置该选项以后，连接会测试链接的状态，这个选项用于可能长时间没有数据交流的连接。当设置该选项以后，如果在两小时内没有数据的通信时，TCP会自动发送一个活动探测数据报文。

　　4、ChannelOption.SO_SNDBUF和ChannelOption.SO_RCVBUF

　　　　ChannelOption.SO_SNDBUF参数对应于套接字选项中的SO_SNDBUF，ChannelOption.SO_RCVBUF参数对应于套接字选项中的SO_RCVBUF这两个参数用于操作接收缓冲区和发送缓冲区的大小，接收缓冲区用于保存网络协议站内收到的数据，直到应用程序读取成功，发送缓冲区用于保存发送数据，直到发送成功。

　　5、ChannelOption.SO_LINGER

　　　　ChannelOption.SO_LINGER参数对应于套接字选项中的SO_LINGER,Linux内核默认的处理方式是当用户调用close（）方法的时候，函数返回，在可能的情况下，尽量发送数据，不一定保证会发生剩余的数据，造成了数据的不确定性，使用SO_LINGER可以阻塞close()的调用时间，直到数据完全发送

　　6、ChannelOption.TCP_NODELAY

　　　　ChannelOption.TCP_NODELAY参数对应于套接字选项中的TCP_NODELAY,该参数的使用与Nagle算法有关Nagle算法是将小的数据包组装为更大的帧然后进行发送，而不是输入一次发送一次,因此在数据包不足的时候会等待其他数据的到了，组装成大的数据包进行发送，虽然该方式有效提高网络的有效负载，但是却造成了延时，而该参数的作用就是禁止使用Nagle算法，使用于小数据即时传输，于TCP_NODELAY相对应的是TCP_CORK，该选项是需要等到发送的数据量最大的时候，一次性发送数据，适用于文件传输。

1.9、EventLoopGroup、NioEventLoopGroup

1）EventLoopGroup是一组EventLoop的抽象，Netty为了更好的利用多核Cpu资源，一般会有多个EventLoop同时工作，每个EventLoop维护着一个Selector实例。

2）EventLoopGroup提供next接口，可以从组里面按照一定规则获取其中一个EventLoop来处理任务。在Netty服务器端编程中，一般需要提供两个EventLoopGroup，如BossEventLoopGroup和WorkerEventLoopGroup

3）通常一个服务端口即一个ServerSocketChannel对应一个Selector和一个EventLoop线程。BossEventLoop负责接收客户端的连接并将SocketChannel交给WorkerEventLoopGroup来进行IO处理。如下

　　

 　　BossEventLoopGroup通常是一个单线程的EventLoop，EventLoop维护着一个注册了ServerSocketChannel的Selector实例，BossEventLoop不断轮询Selector将连接事件分离出来

　　通常OP_ACCEPT事件，然后将接收到的SocketChannel交给WorkerEventLoopGroup

　　WorkerEventLoopGroup会由next选择其中一个EventLoop来将这个SocketChannel注册到其维护的Selector并对其后续的IO事件进行处理　　

 4）常用方法

　　public NioEventLoopGroup()：构造方法

　　Future<?> shutdownGracefully();断开连接，关闭线程

1.10、Unpooled 

1）用来操作缓冲区（即netty的数据容器）的工具类 

2）常用方法

　　public static ByteBuf copiedBuffer(CharSequence string, Charset charset)：通过给定的数据和字符编码返回一个ByteBuf对象，类似NIO中的ByteBuffer

3)示例

    public static void main(String[] args) {
        //创建一个ByteBuf，包含一个数据 是一个byte[10]
        //capacity 长度
        //在netty的buffer中，不需要使用flip进行反转
        //底层维护了readerIndex和writerIndex
        // 通过readerIndex和writerIndex和 capacity,将buffer分成三个区域
        //0 -- readerIndex 已读取的区域
        //readerIndex -- writerIndex 可读取区域
        //writerIndex -- capacity 可写区域
        ByteBuf buffer = Unpooled.buffer(10);
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            buffer.writeByte(i);
        }
        // 输出，仅仅是索引读取，不会引起 readerIndex变化
        for (int i = 0; i < buffer.capacity(); i++) {
            System.out.println(buffer.getByte(i));
        }
        // 输出，readerIndex会变化
        for (int i = 0; i < buffer.capacity(); i++) {
            System.out.println(buffer.readerIndex());
        }
    }

示例二、更多方法使用

    public static void main(String[] args) {
        ByteBuf byteBuf = Unpooled.copiedBuffer("Hello world!", CharsetUtil.UTF_8);
        if (byteBuf.hasArray()) {
            byte[] content = byteBuf.array();
            //将content转换为字符串
            System.out.println(new String(content, Charset.forName("utf-8")));

            System.out.println("buteBuf=" + byteBuf);
            System.out.println(byteBuf.arrayOffset());//0
            System.out.println(byteBuf.readerIndex());//0
            System.out.println(byteBuf.writerIndex());//12
            System.out.println(byteBuf.capacity());//36

            int len = byteBuf.readableBytes();//12
            System.out.println("len="+len);

            for (int i = 0; i < len; i++) {
                System.out.println((char)byteBuf.getByte(i));
            }

            System.out.println(byteBuf.getCharSequence(0,4,CharsetUtil.UTF_8));//Hell
            System.out.println(byteBuf.getCharSequence(4,6,CharsetUtil.UTF_8));//o worl
        }
    }

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

很过分