听说96.5%的程序员都没用过Netty

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Netty是一个非常优秀的、强大的、高性能的网络通信框架,在这个互联网飞速发展的时代,我们需要了解并且使用像这样的优秀的框架,帮助我们快速开发应用,在使用它的同时要知其原理,也可以在业务中进行创新,就像Dubbo、gRPC、Zookeeper一样采用Netty成为与其一样优秀的框架。

Netty介绍

Netty是一个基于Java的高性能网络应用框架,封装了Java NIO的复杂性,提供了简单而强大的网络编程API,使得开发者能够更方便地开发网络应用程序。

所以说学习Netty前先理解一下Java NIO是很有必要的,不然云里雾里的。

Netty有多优秀呢?包括但不限于以下几点

高性能的IO处理

如果基于Java NIO开发一个成熟的应用,要非常注意如ByteBuffer内存泄漏、Channel注册连接、线程管理等问题。

而Netty能够更好地处理连接管理、线程模型和内存管理等方面的问题,提供更高的吞吐量和更低的延迟。

强大的功能扩展

如果基于Java NIO写一个HTTP协议、Websocket协议,那我们需要考虑格式、编解码问题。

而Netty提供了丰富的扩展点,比如编解码器、处理器和拦截器等,开发人员可以通过不同的配置搭建HTTP、WebSocket、TCP和RTSP等协议,也可以轻松地添加编解码器,实现自定义协议。

可靠性和稳定性

Netty具有良好的容错能力和稳定性,能够处理各种网络故障和异常情况,并提供了多种容错和恢复机制,如断线重连和心跳机制等。

总的来说,开发人员在开发网络应用程序时,使用Netty能够更专注于业务逻辑。

下图为Netty所支持的功能

图片图片

Netty发展历程

为了进一步了解Netty,这里介绍一下Netty的前世今生。

  • 2004年:Netty的前身Jboss Netty项目在JBoss公司内部启动,目标是提供一个可扩展的、易用的网络编程框架。
  • 2008年:Netty项目在JBoss公司内部开源,并发布了第一个公开版本Netty 3.0。该版本主要针对TCP和HTTP协议进行了支持。
  • 2011年:Netty 3.2发布,引入了更多的特性和改进,包括更好的性能和更灵活的API设计。
  • 2012年:Netty 4.0发布,这是一个重大的里程碑版本。在这个版本中,Netty进行了全面的重构和优化,引入了新的API设计和更高级的特性。
  • 2013年:Netty 4.0获得了广泛的认可和采用,并成为了许多大型互联网公司和项目的首选网络编程框架。同年底发布了5.0.0.Alpha1,目标是对Netty 4改进和优化。
  • 2015年:Netty 5在开发过程中遇到了一些挑战和技术难题,决定暂停Netty 5的开发,并将重心转移到Netty 4的改进和维护上。
  • 2016年:Netty 4.1发布,基于4.0版本进一步改进和优化,提供了更好的性能和更多的功能。

目前有很多知名的项目都选用了Netty作为网络通信的基础,比如知名的RPC框架Dubbo、gRPC,消息队列Kafka、RocketMQ,搜索引擎Elasticsearch等,所以当学习了解这些项目时,Netty会作为一个加分项。

Netty核心组件

因为Netty是基于Java NIO封装的,更加的抽象,要使用Netty进行开发,必须要熟悉Netty中的几个核心组件,下面一一介绍:

  1. Channel(通道):与Java NIO中的SocketChannel一样,可以进行数据的读取和写入。
  2. EventLoop(事件循环):EventLoop是Netty的事件处理机制,它负责处理各种事件,包括连接的建立与关闭、数据的读取与写入等。可以理解成Java NIO中的Selector监听socket的事件,只不过Netty是多线程处理,后面代码中有体现。
  3. ChannelHandler(通道处理器):用来处理Channel中的事件和数据的组件,例如对数据编解码、业务逻辑处理等。Netty提供了许多内置的ChannelHandler,用于处理网络连接和I/O操作。以下是一些常用的ChannelHandler:

ChannelInboundHandler:用于处理入站事件,例如连接建立、数据读取等。

ChannelOutboundHandler:用于处理出站事件,例如数据写入、连接关闭等。

SimpleChannelInboundHandler:继承自ChannelInboundHandler,简化了消息处理的逻辑。

SimpleChannelOutboundHandler:继承自ChannelOutboundHandler,简化了消息发送的逻辑。

HttpServerCodec:它负责处理 HTTP 请求和响应的编解码。

HttpObjectAggregator:将 HTTP 请求的多个部分合并成一个完整的 FullHttpRequest。

WebSocketServerProtocolHandler:处理 WebSocket 协议的握手和帧的编解码。

  1. ChannelPipeline(通道管道):ChannelPipeline是一个事件处理器链,用于管理和执行ChannelHandler,每个Channel都有一个对应的Pipeline,当数据进入或离开Channel时,会经过Pipeline中的一系列ChannelHandler进行处理。
  2. ByteBuf(字节缓冲区):ByteBuf是Netty中的字节容器,用于高效地存储和传输字节数据。与Java NIO的ByteBuffer相比,ByteBuf提供了更灵活的API和更高效的内存管理。
  3. Future(异步操作结果):Netty中的操作都是异步的,Future用来获取操作的状态和结果。
  4. Bootstrap(引导类):Bootstrap是启动客户端的类,负责配置和启动客户端的相关组件。
  5. ServerBootstrap(服务器引导类):ServerBootstrap是创建和启动服务器的类,用于配置和管理服务器的各个组件。

Netty 编程示例

HTTP请求报文格式

下面以HTTP协议为例,用Netty编写一个HTTP服务器。

在这之前,我们先用上篇文章的NIOServer接收一下浏览器的请求,大概是这样的:

HTTP请求格式HTTP请求格式

可以看到接收到了一个HTTP请求的报文数据,有请求行、请求头和请求主体,这时候也能看到浏览器返回的响应是:ERR_INVALID_HTTP_RESPONSE,发送的响应无效。

为什么?这是因为NIOServer中的输出格式HTTP协议不认识。

实现HTTP服务器

所以如果使用Java NIO实现一个HTTP服务器,需要处理很多的工作,但是如果用Netty实现一个HTTP服务器非常简单,直接上代码:

Netty实现HTTP服务器Netty实现HTTP服务器

运行这个示例后,你可以使用浏览器或者其他工具发送HTTP请求到 http://localhost:8080 ,一个HTTP服务器就诞生了,非常简单。

示例代码说明

接下来对代码进行讲解:

代码中的b.group(bossGroup, workerGroup)意思是有两个线程组会去处理服务器中的IO事件,bossGroup只用一个线程来专门负责监听服务端的端口,接收客户端连接请求,并将连接分配给 workerGroup 中的 EventLoop 进行处理。

workerGroup负责处理已接收的连接的 I/O 事件,将请求解码、处理业务逻辑以及发送响应等操作都交给 EventLoop 来处理。这个是典型的主从Reactor模式,通过将连接的接收和处理分离到不同的线程池中,可以提高网络应用程序的性能,模型如下。

图片图片

NioServerSocketChannel是指定服务器的Channel类型,还有NioDatagramChannel等类型,取决于应用场景。

.handler(new LoggingHandler(LogLevel.INFO))是为bossGroup指定一个通道处理器,记录进出 Channel 的数据流,将相关信息打印到日志中,便于排查。

.childHandler()则是为workerGroup中的EventLoop配置处理器,比如请求解码、处理业务逻辑以及发送响应。

ChannelPipeline就是添加具体的通道处理器,代码中的HttpServerCodec、HttpObjectAggregator处理器都是用来处理HTTP请求的编解码,SimpleChannelInboundHandler则是拿到经过多个处理器的数据流后进行业务逻辑及响应。

总结

Netty是一个非常优秀的、强大的、高性能的网络通信框架,在这个互联网飞速发展的时代,我们需要了解并且使用像这样的优秀的框架,帮助我们快速开发应用,在使用它的同时要知其原理,也可以在业务中进行创新,就像Dubbo、gRPC、Zookeeper一样采用Netty成为与其一样优秀的框架。

责任编辑:武晓燕 来源: Hi程序员
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