高性能IO框架Netty二-Netty重要组件介绍(下)

简介: 高性能IO框架Netty二-Netty重要组件介绍(下)

ChannelInboundHandler 接口


下面列出了接口 ChannelInboundHandler 的生命周期方法。这些方法将会在数据被接收时或者与其对应的Channel 状态发生改变时被调用。正如我们前面所提到的,这些方法和Channel 的生命周期密切相关。


image.pngChannelOutboundHandler 接口


出站操作和数据将由ChannelOutboundHandler 处理。它的方法将被Channel、Channel-Pipeline 以及ChannelHandlerContext 调用。


所有由ChannelOutboundHandler 本身所定义的方法如下:


方法名  描述
bind() 当请求将Channel 绑定到本地地址时被调用
connect() 当请求将Channel 连接到远程节点时被调用
disconnect() 当请求将Channel 从远程节点断开时被调用
close() 当请求关闭Channel 时被调用
deregister() 当请求将Channel 从它的EventLoop 注销时被调用
read() 当请求从Channel 读取更多的数据时被调用
flush() 当请求通过Channel 将入队数据冲刷到远程节点时被调用
write() 当请求通过Channel 将数据写到远程节点时被调用


ChannelHandler的适配器


有一些适配器类可以将编写自定义的ChannelHandler 所需要的工作降到最低限度,因为它们提供了定义在对应接口中的所有方法的默认实现。因为你有时会忽略那些不感兴趣的事件,所以Netty提供了抽象基类ChannelInboundHandlerAdapter 和ChannelOutboundHandlerAdapter。


你可以使用ChannelInboundHandlerAdapter 和ChannelOutboundHandlerAdapter类作为自己的ChannelHandler 的起始点。这两个适配器分别提供了ChannelInboundHandler和ChannelOutboundHandler 的基本实现。通过扩展抽象类ChannelHandlerAdapter,它们获得了它们共同的超接口ChannelHandler 的方法。


ChannelHandlerAdapter 还提供了实用方法isSharable()。如果其对应的实现被标注为Sharable,那么这个方法将返回true,表示它可以被添加到多个ChannelPipeline。


20191019150129916.png


2.2.2 ChannelPipeline


当Channel 被创建时,它将会被自动地分配一个新的ChannelPipeline。这项关联是永久性的;Channel 既不能附加另外一个ChannelPipeline,也不能分离其当前的。在Netty 组件的生命周期中,这是一项固定的操作,不需要开发人员的任何干预。


使得事件流经ChannelPipeline 是ChannelHandler 的工作,它们是在应用程序的初始化或者引导阶段被安装的。这些对象接收事件、执行它们所实现的处理逻辑,并将数据传递给链中的下一个ChannelHandler。它们的执行顺序是由它们被添加的顺序所决定的。


入站和出站ChannelHandler 可以被安装到同一个ChannelPipeline中。如果一个消息或者任何其他的入站事件被读取,那么它会从ChannelPipeline 的头部开始流动,最终,数据将会到达ChannelPipeline 的尾端,届时,所有处理就都结束了。


数据的出站运动(即正在被写的数据)在概念上也是一样的。在这种情况下,数据将从ChannelOutboundHandler 链的尾端开始流动,直到它到达链的头部为止。在这之后,出站数据将会到达网络传输层,这里显示为Socket。通常情况下,这将触发一个写操作。


如果将两个类别的ChannelHandler都混合添加到同一个ChannelPipeline 中会发生什么。虽然ChannelInboundHandle 和ChannelOutboundHandle 都扩展自ChannelHandler,但是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。



20191019150448257.png


ChannelPipeline上的方法


方法  备注

addFirst、addBefore

addAfter、addLast

将一个ChannelHandler 添加到ChannelPipeline 中
remove 将一个ChannelHandler 从ChannelPipeline 中移除
replace 将ChannelPipeline 中的一个ChannelHandler 替换为另一个ChannelHandler
get 通过类型或者名称返回ChannelHandler
context 返回和ChannelHandler 绑定的ChannelHandlerContext
names 返回ChannelPipeline 中所有ChannelHandler 的名称


ChannelPipeline 的API 公开了用于调用入站和出站操作的附加方法。


2.2.3 ChannelHandlerContext


通过使用作为参数传递到每个方法的ChannelHandlerContext,事件可以被传递给当前ChannelHandler 链中的下一个ChannelHandler。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。


ChannelHandlerContext 代表了ChannelHandler 和ChannelPipeline 之间的关联,每当有ChannelHandler 添加到ChannelPipeline 中时,都会创建ChannelHandler-Context。ChannelHandlerContext 的主要功能是管理它所关联的ChannelHandler 和在同一个ChannelPipeline 中的其他ChannelHandler 之间的交互。


ChannelHandlerContext 有很多的方法,其中一些方法也存在于Channel 和Channel-Pipeline 本身上,但是有一点重要的不同。如果调用Channel 或者ChannelPipeline 上的这些方法,它们将沿着整个ChannelPipeline 进行传播。而调用位于ChannelHandlerContext上的相同方法,则将从当前所关联的ChannelHandler 开始,并且只会传播给位于该ChannelPipeline 中的下一个(入站下一个,出站上一个)能够处理该事件的ChannelHandler。


20191019150612260.png


ChannelHandlerContext 的API


alloc 返回和这个实例相关联的Channel 所配置的ByteBufAllocator
bind 绑定到给定的SocketAddress,并返回ChannelFuture
channel 返回绑定到这个实例的Channel
close 关闭Channel,并返回ChannelFuture
connect 连接给定的SocketAddress,并返回ChannelFuture
deregister 从之前分配的EventExecutor 注销,并返回ChannelFuture
disconnect 从远程节点断开,并返回ChannelFuture
executor 返回调度事件的EventExecutor
fireChannelActive 触发对下一个ChannelInboundHandler 上的channelActive()方法(已连接)的调用
fireChannelInactive 触发对下一个ChannelInboundHandler 上的channelInactive()方法(已关闭)的调用
fireChannelRead 触发对下一个ChannelInboundHandler 上的channelRead()方法(已接收的消息)的调用
fireChannelReadComplete 触发对下一个ChannelInboundHandler 上的channelReadComplete()方法的调用
fireChannelRegistered 触发对下一个ChannelInboundHandler 上的fireChannelRegistered()方法的调用
fireChannelUnregistered 触发对下一个ChannelInboundHandler 上的fireChannelUnregistered()方法的调用
fireChannelWritabilityChanged 触发对下一个ChannelInboundHandler 上的fireChannelWritabilityChanged()方法的调用
fireUserEventTriggered 触发对下一个ChannelInboundHandler 上的fireUserEventTriggered(Object evt)方法的调用
fireExceptionCaught 触发对下一个ChannelInboundHandler 上的fireExceptionCaught(Throwable)方法的调用
handler 返回绑定到这个实例的ChannelHandler
isRemoved 如果所关联的ChannelHandler 已经被从ChannelPipeline中移除则返回true
name 返回这个实例的唯一名称
pipeline 返回这个实例所关联的ChannelPipeline
read

将数据从Channel读取到第一个入站缓冲区;如果读取成功则触发一个channelRead事件,并(在最后一个消息被读取完成后)通知ChannelInboundHandler 的channelReadComplete


(ChannelHandlerContext)方法

当使用ChannelHandlerContext 的API 的时候,有以下两点:

  1. ChannelHandlerContext 和ChannelHandler 之间的关联(绑定)是永远不会改变的,所以缓存对它的引用是安全的;
  1. 如同我们在本节开头所解释的一样,相对于其他类的同名方法,ChannelHandler Context的方法将产生更短的事件流,应该尽可能地利用这个特性来获得最大的性能。

2.3 Bootstrap


网络编程里,“服务器”和“客户端”实际上表示了不同的网络行为;换句话说,是监听传入的连接还是建立到一个或者多个进程的连接。


因此,有两种类型的引导:一种用于客户端(简单地称为Bootstrap),而另一种(ServerBootstrap)用于服务器。无论你的应用程序使用哪种协议或者处理哪种类型的数据,唯一决定它使用哪种引导类的是它是作为一个客户端还是作为一个服务器。


比较Bootstrap 类


Bootstrap

ServerBootstrap

网络编程中的作用

连接到远程主机和端口

绑定到一个本地端口

EventLoopGroup 的数目 

1

2


ServerBootstrap 将绑定到一个端口,因为服务器必须要监听连接,而Bootstrap 则是由想要连接到远程节点的客户端应用程序所使用的。


第二个区别可能更加明显。引导一个客户端只需要一个EventLoopGroup,但是一个ServerBootstrap 则需要两个(也可以是同一个实例)。


因为服务器需要两组不同的Channel。第一组将只包含一个ServerChannel,代表服务器自身的已绑定到某个本地端口的正在监听的套接字。而第二组将包含所有已创建的用来处理传入客户端连接(对于每个服务器已经接受的连接都有一个)的Channel。



20191019153232452.png


与ServerChannel 相关联的EventLoopGroup 将分配一个负责为传入连接请求创建Channel 的EventLoop。一旦连接被接受,第二个EventLoopGroup 就会给它的Channel分配一个EventLoop。


在引导过程中添加多个ChannelHandler


Netty 提供了一个特殊的ChannelInboundHandlerAdapter 子类:


public abstract class ChannelInitializer<C extends Channel> ext ends ChannelInboundHandlerAdapter


它定义了下面的方法:


protect ed abstract void initChannel(C ch) throws Exception;


这个方法提供了一种将多个ChannelHandler 添加到一个ChannelPipeline 中的简便方法。你只需要简单地向Bootstrap 或ServerBootstrap 的实例提供你的ChannelInitializer 实现即可,并且一旦Channel 被注册到了它的EventLoop 之后,就会调用你的initChannel()版本。在该方法返回之后,ChannelInitializer 的实例将会从ChannelPipeline 中移除它自己。


2.4 ChannelOption


ChannelOption的各种属性在套接字选项中都有对应。


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。


三、选择合适的内置通信传输模式


Netty中支持多种传输方式,下面简单介绍一下,一般我们常用的网络通信模式主要是Nio模式


3.1 NIO


io.netty.channel.socket.nio 使用java.nio.channels 包作为基础——基于选择器的方式


3.2 Epoll


io.netty.channel.epoll 由 JNI 驱动的 epoll()和非阻塞 IO。这个传输支持只有在Linux 上可用的多种特性,如SO_REUSEPORT,比NIO 传输更快,而且是完全非阻塞的。将NioEventLoopGroup替换为EpollEventLoopGroup , 并且将NioServerSocketChannel.class 替换为EpollServerSocketChannel.class 即可。


3.3 OIO


io.netty.channel.socket.oio 使用java.net 包作为基础——使用阻塞流


3.4 Local

io.netty.channel.local 可以在VM 内部通过管道进行通信的本地传输


3.5 Embedded


io.netty.channel.embedded Embedded 传输,允许使用ChannelHandler 而又不需要一个真正的基于网络的传输。在测试ChannelHandler 实现时非常有用


除此之外,还有一个特别重要的组件为ByteBuf,等下一篇专门拿出来进行讲解。


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