Netty线程模型
Netty线程模型_my.png
模型解释:
- Netty 抽象出两组线程池BossGroup和WorkerGroup,BossGroup专门负责接收客户端的连接, WorkerGroup专门负责网络的读写
- BossGroup和WorkerGroup类型都是NioEventLoopGroup
- NioEventLoopGroup 相当于一个事件循环线程组, 这个组中含有多个事件循环线程 , 每一个事件循环线程是NioEventLoop
- 每个NioEventLoop都有一个selector , 用于监听注册在其上的socketChannel的网络通讯
- 每个Boss NioEventLoop线程内部循环执行的步骤有 3 步
- 处理accept事件 , 与client 建立连接 , 生成 NioSocketChannel
- 将NioSocketChannel注册到某个worker NIOEventLoop上的selector
- 处理任务队列的任务 , 即runAllTasks
- 每个worker NIOEventLoop线程循环执行的步骤
- 轮询注册到自己selector上的所有NioSocketChannel 的read, write事件
- 处理 I/O 事件, 即read , write 事件, 在对应NioSocketChannel 处理业务
- runAllTasks处理任务队列TaskQueue的任务 ,一些耗时的业务处理一般可以放入TaskQueue中慢慢处理,这样不影响数据在 pipeline 中的流动处理
- 每个worker NIOEventLoop处理NioSocketChannel业务时,会使用 pipeline (管道),管道中维护了很多 handler 处理器用来处理 channel 中的数据
Netty模块组件
【Bootstrap、ServerBootstrap】:
Bootstrap 意思是引导,一个 Netty 应用通常由一个 Bootstrap 开始,主要作用是配置整个 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。
【Future、ChannelFuture】:
正如前面介绍,在 Netty 中所有的 IO 操作都是异步的,不能立刻得知消息是否被正确处理。
但是可以过一会等它执行完成或者直接注册一个监听,具体的实现就是通过 Future 和 ChannelFutures,他们可以注册一个监听,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。
【Channel】:
Netty 网络通信的组件,能够用于执行网络 I/O 操作。Channel 为用户提供:
1)当前网络连接的通道的状态(例如是否打开?是否已连接?)
2)网络连接的配置参数 (例如接收缓冲区大小)
3)提供异步的网络 I/O 操作(如建立连接,读写,绑定端口),异步调用意味着任何 I/O 调用都将立即返回,并且不保证在调用结束时所请求的 I/O 操作已完成。
4)调用立即返回一个 ChannelFuture 实例,通过注册监听器到 ChannelFuture 上,可以 I/O 操作成功、失败或取消时回调通知调用方。
5)支持关联 I/O 操作与对应的处理程序。
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。
下面是一些常用的 Channel 类型:
- NioSocketChannel,异步的客户端 TCP Socket 连接。
- NioServerSocketChannel,异步的服务器端 TCP Socket 连接。
- NioDatagramChannel,异步的 UDP 连接。
- NioSctpChannel,异步的客户端 Sctp 连接。
- NioSctpServerChannel,异步的 Sctp 服务器端连接,这些通道涵盖了 UDP 和 TCP 网络 IO 以及文件 IO。
【Selector】:
Netty 基于 Selector 对象实现 I/O 多路复用,通过 Selector 一个线程可以监听多个连接的 Channel 事件。
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) 这些注册的 Channel 是否有已就绪的 I/O 事件(例如可读,可写,网络连接完成等),这样程序就可以很简单地使用一个线程高效地管理多个 Channel 。
【NioEventLoop】:
NioEventLoop 中维护了一个线程和任务队列,支持异步提交执行任务,线程启动时会调用 NioEventLoop 的 run 方法,执行 I/O 任务和非 I/O 任务:
I/O 任务,即 selectionKey 中 ready 的事件,如 accept、connect、read、write 等,由 processSelectedKeys 方法触发。
非 IO 任务,添加到 taskQueue 中的任务,如 register0、bind0 等任务,由 runAllTasks 方法触发。
【NioEventLoopGroup】:
NioEventLoopGroup,主要管理 eventLoop 的生命周期,可以理解为一个线程池,内部维护了一组线程,每个线程(NioEventLoop)负责处理多个 Channel 上的事件,而一个 Channel 只对应于一个线程。
【ChannelHandler】:
ChannelHandler 是一个接口,处理 I/O 事件或拦截 I/O 操作,并将其转发到其 ChannelPipeline(业务处理链)中的下一个处理程序。
ChannelHandler 本身并没有提供很多方法,因为这个接口有许多的方法需要实现,方便使用期间,可以继承它的子类:
- ChannelInboundHandler 用于处理入站 I/O 事件。
- ChannelOutboundHandler 用于处理出站 I/O 操作。
或者使用以下适配器类:
- ChannelInboundHandlerAdapter 用于处理入站 I/O 事件。
- ChannelOutboundHandlerAdapter 用于处理出站 I/O 操作。
【ChannelHandlerContext】:
保存 Channel 相关的所有上下文信息,同时关联一个 ChannelHandler 对象。
【ChannelPipline】:
保存 ChannelHandler 的 List,用于处理或拦截 Channel 的入站事件和出站操作。
ChannelPipeline 实现了一种高级形式的拦截过滤器模式,使用户可以完全控制事件的处理方式,以及 Channel 中各个的 ChannelHandler 如何相互交互。
在 Netty 中每个 Channel 都有且仅有一个 ChannelPipeline 与之对应,它们的组成关系如下:
ChannelChannelPipeline.png
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。
read事件(入站事件)和write事件(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。
Netty Demo
引入依赖
<dependency> <groupId>io.netty</groupId> <artifactId>netty-all</artifactId> <version>4.1.35.Final</version> </dependency>
Server
public class NettyServer { public static void main(String[] args) throws Exception { //创建两个线程组bossGroup和workerGroup, 含有的子线程NioEventLoop的个数默认为cpu核数的两倍 // bossGroup只是处理连接请求 ,真正的和客户端业务处理,会交给workerGroup完成 EventLoopGroup bossGroup = new NioEventLoopGroup(1); EventLoopGroup workerGroup = new NioEventLoopGroup(); try { //创建服务器端的启动对象 ServerBootstrap bootstrap = new ServerBootstrap(); //使用链式编程来配置参数 bootstrap.group(bossGroup, workerGroup) //设置两个线程组 .channel(NioServerSocketChannel.class) //使用NioServerSocketChannel作为服务器的通道实现 // 初始化服务器连接队列大小,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。 // 多个客户端同时来的时候,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 .option(ChannelOption.SO_BACKLOG, 1024) .childHandler(new ChannelInitializer<SocketChannel>() {//创建通道初始化对象,设置初始化参数 @Override protected void initChannel(SocketChannel ch) throws Exception { //对workerGroup的SocketChannel设置处理器 ch.pipeline().addLast(new NettyServerHandler()); } }); System.out.println("netty server start。。"); //绑定一个端口并且同步, 生成了一个ChannelFuture异步对象,通过isDone()等方法可以判断异步事件的执行情况 //启动服务器(并绑定端口),bind是异步操作,sync方法是等待异步操作执行完毕 ChannelFuture cf = bootstrap.bind(9000).sync(); //给cf注册监听器,监听我们关心的事件 /*cf.addListener(new ChannelFutureListener() { @Override public void operationComplete(ChannelFuture future) throws Exception { if (cf.isSuccess()) { System.out.println("监听端口9000成功"); } else { System.out.println("监听端口9000失败"); } } });*/ //对通道关闭进行监听,closeFuture是异步操作,监听通道关闭 // 通过sync方法同步等待通道关闭处理完毕,这里会阻塞等待通道关闭完成 cf.channel().closeFuture().sync(); } finally { bossGroup.shutdownGracefully(); workerGroup.shutdownGracefully(); } } }
Server Channel Handler
public class NettyServerHandler extends ChannelInboundHandlerAdapter { @Override public void channelActive(ChannelHandlerContext ctx) throws Exception { System.out.println("有客户端建立了连接"); } /** * 读取客户端发送的数据 * * @param ctx 上下文对象, 含有通道channel,管道pipeline * @param msg 就是客户端发送的数据 * @throws Exception */ @Override public void channelRead(ChannelHandlerContext ctx, Object msg) throws Exception { System.out.println("服务器读取线程 " + Thread.currentThread().getName()); //Channel channel = ctx.channel(); //ChannelPipeline pipeline = ctx.pipeline(); //本质是一个双向链接, 出站入站 //将 msg 转成一个 ByteBuf,类似NIO 的 ByteBuffer ByteBuf buf = (ByteBuf) msg; System.out.println("客户端发送消息是:" + buf.toString(CharsetUtil.UTF_8)); } /** * 数据读取完毕处理方法 * * @param ctx * @throws Exception */ @Override public void channelReadComplete(ChannelHandlerContext ctx) throws Exception { ByteBuf buf = Unpooled.copiedBuffer("HelloClient", CharsetUtil.UTF_8); ctx.writeAndFlush(buf); } /** * 处理异常, 一般是需要关闭通道 * * @param ctx * @param cause * @throws Exception */ @Override public void exceptionCaught(ChannelHandlerContext ctx, Throwable cause) throws Exception { ctx.close(); } }
Client
public class NettyClient { public static void main(String[] args) throws Exception { //客户端需要一个事件循环组 EventLoopGroup group = new NioEventLoopGroup(); try { //创建客户端启动对象 //注意客户端使用的不是 ServerBootstrap 而是 Bootstrap Bootstrap bootstrap = new Bootstrap(); //设置相关参数 bootstrap.group(group) //设置线程组 .channel(NioSocketChannel.class) // 使用 NioSocketChannel 作为客户端的通道实现 .handler(new ChannelInitializer<SocketChannel>() { @Override protected void initChannel(SocketChannel channel) throws Exception { //加入处理器 channel.pipeline().addLast(new NettyClientHandler()); } }); System.out.println("netty client start"); //启动客户端去连接服务器端 ChannelFuture channelFuture = bootstrap.connect("127.0.0.1", 9000).sync(); //对关闭通道进行监听 channelFuture.channel().closeFuture().sync(); } finally { group.shutdownGracefully(); } } }