Netty实战笔记（一）

什么是Netty?

Netty 是一个基于 NIO 的 client-server(客户端服务器)框架，使用它可以快速简单地开发网络应用程序。
它极大地简化并优化了 TCP 和 UDP 套接字服务器等网络编程,并且性能以及安全性等很多方面甚至都要更好。
支持多种协议如 FTP，SMTP，HTTP 以及各种二进制和基于文本的传统协议。

用官方的总结就是：Netty 成功地找到了一种在不妥协可维护性和性能的情况下实现易于开发，性能，稳定性和灵活性的方法。

BIO/AIO/NIO

在学习 Netty 之前，我们需要先区分一下BIO/AIO/NIO之间的区别

BIO (Blocking I/O): 同步阻塞 I/O 模式，数据的读取写入必须阻塞在一个线程内等待其完成。在客户端连接数量不高的情况下，是没问题的。但是，当面对十万甚至百万级连接的时候，传统的 BIO 模型是无能为力的。因此，我们需要一种更高效的 I/O 处理模型来应对更高的并发量。
NIO (Non-blocking/New I/O): NIO 是一种同步非阻塞的 I/O 模型，于 Java 1.4 中引入，对应 java.nio 包，提供了 Channel , Selector，Buffer 等抽象。NIO 中的 N 可以理解为 Non-blocking，不单纯是 New。它支持面向缓冲的，基于通道的 I/O 操作方法。 NIO 提供了与传统 BIO 模型中的 Socket 和 ServerSocket 相对应的 SocketChannel 和 ServerSocketChannel 两种不同的套接字通道实现,两种通道都支持阻塞和非阻塞两种模式。对于高负载、高并发的（网络）应用，应使用 NIO 的非阻塞模式来开发
AIO (Asynchronous I/O): AIO 也就是 NIO 2。在 Java 7 中引入了 NIO 的改进版 NIO 2,它是异步非阻塞的 IO 模型。异步 IO 是基于事件和回调机制实现的，也就是应用操作之后会直接返回，不会堵塞在那里，当后台处理完成，操作系统会通知相应的线程进行后续的操作。AIO 是异步 IO 的缩写，虽然 NIO 在网络操作中，提供了非阻塞的方法，但是 NIO 的 IO 行为还是同步的。对于 NIO 来说，我们的业务线程是在 IO 操作准备好时，得到通知，接着就由这个线程自行进行 IO 操作，IO 操作本身是同步的。Netty 之前也尝试使用过 AIO，不过又放弃了。

关于BIO/AIO/NIO更多的分析可以看下面这篇
Java BIO/NIO/AIO模型

Netty的核心组件

Bytebuf（字节容器）

网络通信最终都是通过字节流进行传输的。 ByteBuf 就是 Netty 提供的一个字节容器，其内部是一个字节数组。当我们通过 Netty 传输数据的时候，就是通过 ByteBuf 进行的。

我们可以将 ByteBuf 看作是 Netty 对 Java NIO 提供了 ByteBuffer 字节容器的封装和抽象。

有很多小伙伴可能就要问了：为什么不直接使用 Java NIO 提供的 ByteBuffer 呢？

因为 ByteBuffer 这个类使用起来过于复杂和繁琐。

Bootstrap 和 ServerBootstrap（启动引导类）

Bootstrap 是客户端的启动引导类/辅助类，具体使用方法如下：

        EventLoopGroup group = new NioEventLoopGroup();
        try {
            //创建客户端启动引导/辅助类：Bootstrap
            Bootstrap b = new Bootstrap();
            //指定线程模型
            b.group(group).
                    ......
            // 尝试建立连接
            ChannelFuture f = b.connect(host, port).sync();
            f.channel().closeFuture().sync();
        } finally {
            // 优雅关闭相关线程组资源
            group.shutdownGracefully();
        }

ServerBootstrap 客户端的启动引导类/辅助类，具体使用方法如下：

        // 1.bossGroup 用于接收连接，workerGroup 用于具体的处理
        EventLoopGroup bossGroup = new NioEventLoopGroup(1);
        EventLoopGroup workerGroup = new NioEventLoopGroup();
        try {
            //2.创建服务端启动引导/辅助类：ServerBootstrap
            ServerBootstrap b = new ServerBootstrap();
            //3.给引导类配置两大线程组,确定了线程模型
            b.group(bossGroup, workerGroup).
                   ......
            // 6.绑定端口
            ChannelFuture f = b.bind(port).sync();
            // 等待连接关闭
            f.channel().closeFuture().sync();
        } finally {
            //7.优雅关闭相关线程组资源
            bossGroup.shutdownGracefully();
            workerGroup.shutdownGracefully();
        }
    }

从上面的示例中，我们可以看出：

Bootstrap 通常使用 connet() 方法连接到远程的主机和端口，作为一个 Netty TCP 协议通信中的客户端。另外，Bootstrap 也可以通过 bind() 方法绑定本地的一个端口，作为 UDP 协议通信中的一端。
ServerBootstrap通常使用 bind() 方法绑定本地的端口上，然后等待客户端的连接。
Bootstrap 只需要配置一个线程组— EventLoopGroup ,而 ServerBootstrap需要配置两个线程组— EventLoopGroup ，一个用于接收连接，一个用于具体的 IO 处理。

Channel（网络操作抽象类）

Channel 接口是 Netty 对网络操作抽象类

它代表一个到实体（如一个硬件设备、一个文件、一个网络套接字或者一个能够执行一个或者多个不同的I/O操作的程序组件）的开放连接，如读操作和写操作

可以把Channel 看作是传入（入站）或者传出（出站）数据的载体。

Future （操作执行结果）

Future 提供了另一种在操作完成时通知应用程序的方式。这个对象可以看作是一个异步操作的结果的占位符；它将在未来的某个时刻完成，并提供对其结果的访问。

public interface ChannelFuture extends Future<Void> {
    Channel channel();

    ChannelFuture addListener(GenericFutureListener<? extends Future<? super Void>> var1);
     ......

    ChannelFuture sync() throws InterruptedException;
}

Netty 是异步非阻塞的，所有的 I/O 操作都为异步的。

因此，我们不能立刻得到操作是否执行成功，但是，你可以通过 ChannelFuture 接口的 addListener() 方法注册一个 ChannelFutureListener，当操作执行成功或者失败时，监听就会自动触发返回结果。

ChannelFuture f = b.connect(host, port).addListener(future -> {
  if (future.isSuccess()) {
    System.out.println("连接成功!");
  } else {
    System.err.println("连接失败!");
  }
}).sync();

并且，你还可以通过 ChannelFuture 的 channel() 方法获取连接相关联的Channel 。

Channel channel = f.channel();

另外，我们还可以通过 ChannelFuture 接口的 sync()方法让异步的操作编程同步的。

//bind()是异步的，但是，你可以通过 `sync()`方法将其变为同步。
ChannelFuture f = b.bind(port).sync();

EventLoop（事件循环）

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 的主要作用实际就是责监听网络事件并调用事件处理器进行相关 I/O 操作（读写）的处理。

Channel 和 EventLoop 的关系

Channel 为 Netty 网络操作(读写等操作)抽象类，EventLoop 负责处理注册到其上的 Channel 的 I/O 操作，两者配合进行 I/O 操作。

EventloopGroup 和 EventLoop 的关系

EventLoopGroup 包含多个 EventLoop（每一个 EventLoop 通常内部包含一个线程），它管理着所有的 EventLoop 的生命周期。

并且，EventLoop 处理的 I/O 事件都将在它专有的 Thread 上被处理，即 Thread 和 EventLoop 属于 1 : 1 的关系，从而保证线程安全。

下图是 Netty NIO 模型对应的 EventLoop 模型。通过这个图应该可以将EventloopGroup、EventLoop、 Channel 三者联系起来。

ChannelHandler（消息处理器）和 ChannelPipeline（ChannelHandler 对象链表）

ChannelHandler 是消息的具体处理器，主要负责处理客户端/服务端接收和发送的数据。

当 Channel 被创建时，它会被自动地分配到它专属的 ChannelPipeline。一个Channel包含一个 ChannelPipeline。 ChannelPipeline 为 ChannelHandler的链，一个 pipeline 上可以有多个 ChannelHandler。

我们可以在 ChannelPipeline 上通过 addLast() 方法添加一个或者多个ChannelHandler（一个数据或者事件可能会被多个 Handler 处理）。当一个 ChannelHandler处理完之后就将数据交给下一个 ChannelHandler。

当 ChannelHandler 被添加到的 ChannelPipeline 它得到一个 ChannelHandlerContext，它代表一个 ChannelHandler 和 ChannelPipeline 之间的“绑定”。 ChannelPipeline 通过 ChannelHandlerContext来间接管理 ChannelHandler