第一章：Netty介绍

本章介绍

Netty介绍
为什么要使用non-blocking IO(NIO)
阻塞IO(blocking IO)和非阻塞IO(non-blocking IO)对比

Java NIO的问题和在Netty中的解决方案

Netty是基于Java NIO的网络应用框架，如果你是Java网络方面的新手，那么本章将是你学习Java网络应用的开始；对于有经验的开发者来说，学习本章内容也是很好的复习。如果你熟悉NIO和NIO2，你可以随时跳过本章直接从第二章开始学习。在你的机器上运行第二章编写的Netty服务器和客户端。
Netty是一个NIO client-server(客户端服务器)框架，使用Netty可以快速开发网络应用，例如服务器和客户端协议。Netty提供了一种新的方式来使开发网络应用程序，这种新的方式使得它很容易使用和有很强的扩展性。Netty的内部实现时很复杂的，但是Netty提供了简单易用的api从网络处理代码中解耦业务逻辑。Netty是完全基于NIO实现的，所以整个Netty都是异步的。
网络应用程序通常需要有较高的可扩展性，无论是Netty还是其他的基于Java NIO的框架，都会提供可扩展性的解决方案。Netty中一个关键组成部分是它的异步特性，本章将讨论同步(阻塞)和异步(非阻塞)的IO来说明为什么使用异步代码来解决扩展性问题以及如何使用异步。
对于那些初学网络变成的读者，本章将帮助您对网络应用的理解，以及Netty是如何实现他们的。它说明了如何使用基本的Java网络API，探讨Java网络API的优点和缺点并阐述Netty是如何解决Java中的问题的，比如Eploo错误或内存泄露问题。
在本章的结尾，你会明白什么是Netty以及Netty提供了什么，你会理解Java NIO和异步处理机制，并通过本书的其他章节加强理解。

1.1 为什么使用Netty？

    David John Wheeler说过“在计算机科学中的所有问题都可以通过间接的方法解决。”作为一个NIO client-server框架，Netty提供了这样的一个间接的解决方法。Netty提供了高层次的抽象来简化TCP和UDP服务器的编程，但是你仍然可以使用底层地API。
    (David John Wheeler有一句名言“计算机科学中的任何问题都可以通过加上一层逻辑层来解决”，这个原则在计算机各技术领域被广泛应用)

1.1.1 不是所有的网络框架都是一样的

    Netty的“quick and easy(高性能和简单易用)”并不意味着编写的程序的性能和可维护性会受到影响。从Netty中实现的协议如FTP，SMTP，HTTP，WebSocket，SPDY以及各种二进制和基于文本的传统协议中获得的经验导致Netty的创始人要非常小心它的设计。Netty成功的提供了易于开发，高性能和高稳定性，以及较强的扩展性。
    高调的公司和开源项目有RedHat, Twitter, Infinispan, and HornetQ, Vert.x, Finagle, Akka, Apache Cassandra, Elasticsearch，以及其他人的使用有助于Netty的发展，Netty的一些特性也是这些项目的需要所致。多年来，Netty变的更广为人知，它是Java网络的首选框架，在一些开源或非开源的项目中可以体现。并且，Netty在2011年获得Duke's Choice Award(Duke's Choice奖)。
    此外，在2011年，Netty的创始人Trustion Lee离开RedHat后加入Twitter，在这一点上，Netty项目奖会成为一个独立的项目组织。RedHat和Twitter都使用Netty，所以它毫不奇怪。在撰写本书时RedHat和Twitter这两家公司是最大的贡献者。使用Netty的项目越来越多，Netty的用户群体和项目以及Netty社区都是非常活跃的。

1.1.2 Netty的功能非常丰富

    通过本书可以学习Netty丰富的功能。下图是Netty框架的组成
    Netty除了提供传输和协议，在其他各领域都有发展。Netty为开发者提供了一套完整的工具，看下面表格：

Development Area	Netty Features
Design(设计)	各种传输类型，阻塞和非阻塞套接字统一的API 使用灵活简单但功能强大的线程模型无连接的DatagramSocket支持链逻辑，易于重用
Ease of Use(易于使用)	提供大量的文档和例子除了依赖jdk1.6+，没有额外的依赖关系。某些功能依赖jdk1.7+，其他特性可能有相关依赖，但都是可选的。
Performance(性能)	比Java APIS更好的吞吐量和更低的延迟因为线程池和重用所有消耗较少的资源尽量减少不必要的内存拷贝
Robustness(鲁棒性)	鲁棒性，可以理解为健壮性链接快或慢或超载不会导致更多的OutOfMemoryError 在高速的网络程序中不会有不公平的read/write
Security(安全性)	完整的SSL/TLS和StartTLS支持可以在如Applet或OSGI这些受限制的环境中运行
Community(社区)	版本发布频繁社区活跃

    除了列出的功能外，Netty为Java NIO中的bug和限制也提供了解决方案。我们需要深刻理解Netty的功能以及它的异步处理机制和它的架构。NIO和Netty都大量使用了异步代码，并且封装的很好，我们无需了解底层的事件选择机制。下面我们来看看为什么需要异步APIS。

1.2 异步设计

    整个Netty的API都是异步的，异步处理不是一个新的机制，这个机制出来已经有一些时间了。对网络应用来说，IO一般是性能的瓶颈，使用异步IO可以较大程度上提高程序性能，因为异步变的越来越重要。但是它是如何工作的呢？以及有哪些不同的模式可用呢？
    异步处理提倡更有效的使用资源，它允许你创建一个任务，当有事件发生时将获得通知并等待事件完成。这样就不会阻塞，不管事件完成与否都会及时返回，资源利用率更高，程序可以利用剩余的资源做一些其他的事情。
    本节将说明一起工作或实现异步API的两个最常用的方法，并讨论这些技术之间的差异。

1.2.1 Callbacks(回调)

    回调一般是异步处理的一种技术。一个回调是被传递到并且执行完该方法。你可能认为这种模式来自JavaScript，在Javascript中，回调是它的核心。下面的代码显示了如何使用这种技术来获取数据。下面代码是一个简单的回调

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package netty.in.action;
public class Worker {
public void doWork() {
Fetcher fetcher = new MyFetcher(new Data(1, 0));
fetcher.fetchData(new FetcherCallback() {
@Override
public void onError(Throwable cause) {
System.out.println(“An error accour: “ + cause.getMessage());
}
@Override
public void onData(Data data) {
System.out.println(“Data received: “ + data);
}
});
}
public static void main(String[] args) {
Worker w = new Worker();
w.doWork();
}
}

[java] view plaincopy

package netty.in.action;
public interface Fetcher {
void fetchData(FetcherCallback callback);
}

[java] view plaincopy

package netty.in.action;
public class MyFetcher implements Fetcher {
final Data data;
public MyFetcher(Data data){
this.data = data;
}
@Override
public void fetchData(FetcherCallback callback) {
try {
callback.onData(data);
} catch (Exception e) {
callback.onError(e);
}
}
}

[java] view plaincopy

package netty.in.action;
public interface FetcherCallback {
void onData(Data data) throws Exception;
void onError(Throwable cause);
}

[java] view plaincopy

package netty.in.action;
public class Data {
private int n;
private int m;
public Data(int n,int m){
this.n = n;
this.m = m;
}
@Override
public String toString() {
int r = n/m;
return n + “/“ + m +” = “ + r;
}
}
```
上面的例子只是一个简单的模拟回调，要明白其所表达的含义。Fetcher.fetchData()方法需传递一个FetcherCallback类型的参数，当获得数据或发生错误时被回调。对于每种情况都提供了同意的方法：
```
- FetcherCallback.onData()，将接收数据时被调用
- FetcherCallback.onError()，发生错误时被调用
  
  因为可以将这些方法的执行从”caller”线程移动到其他的线程执行；但也不会保证FetcherCallback的每个方法都会被执行。回调过程有个问题就是当你使用链式调用
  很多不同的方法会导致线性代码；有些人认为这种链式调用方法会导致代码难以阅读，但是我认为这是一种风格和习惯问题。例如，基于Javascript的Node.js越来越受欢迎，它使用了大量的回调，许多人都认为它的这种方式利于阅读和编写。

1.2.2 Futures

    第二种技术是使用Futures。Futures是一个抽象的概念，它表示一个值，该值可能在某一点变得可用。一个Future要么获得计算完的结果，要么获得计算失败后的异常。Java在java.util.concurrent包中附带了Future接口，它使用Executor异步执行。例如下面的代码，每传递一个Runnable对象到ExecutorService.submit()方法就会得到一个回调的Future，你能使用它检测是否执行完成。

[java] view plaincopy

package netty.in.action;
import java.util.concurrent.Callable;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
import java.util.concurrent.Future;
public class FutureExample {
public static void main(String[] args) throws Exception {
ExecutorService executor = Executors.newCachedThreadPool();
Runnable task1 = new Runnable() {
@Override
public void run() {
//do something
System.out.println(“i am task1…..”);
}
};
Callable task2 = new Callable() {
@Override
public Integer call() throws Exception {
//do something
return new Integer(100);
}
};
Future<?> f1 = executor.submit(task1);
Future f2 = executor.submit(task2);
System.out.println(“task1 is completed? “ + f1.isDone());
System.out.println(“task2 is completed? “ + f2.isDone());
//waiting task1 completed
while(f1.isDone()){
System.out.println(“task1 completed.”);
break;
}
//waiting task2 completed
while(f2.isDone()){
System.out.println(“return value by task2: “ + f2.get());
break;
}
}

}

有时候使用Future感觉很丑陋，因为你需要间隔检查Future是否已完成，而使用回调会直接收到返回通知。看完这两个常用的异步执行技术后，你可能想知道使用哪个最好？这里没有明确的答案。事实上，Netty两者都使用，提供两全其美的方案。下一节将在JVM上首先使用阻塞，然后再使用NIO和NIO2写一个网络程序。这些是本书后续章节必不可少的基础知识，如果你熟悉Java网络AIPs，你可以快速翻阅即可。

1.3 Java中的Blocking和non-blocking IO对比

    本节主要讲解Java的IO和NIO的差异，这里不过多赘述，网络已有很多相关文章。

1.4 NIO的问题和Netty中是如何解决这些问题的

    本节中将介绍Netty是如何解决NIO中的一些问题和限制。Java的NIO相对老的IO APIs有着非常大的进步，但是使用NIO是受限制的。这些问题往往是设计的问题，有些是缺陷知道的。

1.4.1 跨平台和兼容性问题

    NIO是一个比较底层的APIs，它依赖于操作系统的IO APIs。Java实现了统一的接口来操作IO，其在所有操作系统中的工作行为是一样的，这是很伟大的。使用NIO会经常发现代码在Linux上正常运行，但在Windows上就会出现问题。我建议你如果使用NIO编写程序，就应该在所有的操作系统上进行测试来支持，使程序可以在任何操作系统上正常运行；即使在所有的Linux系统上都测试通过了，也要在其他的操作系统上进行测试；你若不验证，以后就可能会出问题。
    NIO2看起来很理想，但是NIO2只支持Jdk1.7+，若你的程序在Java1.6上运行，则无法使用NIO2。另外，Java7的NIO2中没有提供DatagramSocket的支持，所以NIO2只支持TCP程序，不支持UDP程序。
    Netty提供一个统一的接口，同一语义无论在Java6还是Java7的环境下都是可以运行的，开发者无需关心底层APIs就可以轻松实现相关功能。

1.4.2 扩展ByteBuffer

    ByteBuffer是一个数据容器，但是可惜的是JDK没有开发ByteBuffer实现的源码；ByteBuffer允许包装一个byte\[\]来获得一个实例，如果你希望尽量减少内存拷贝，那么这种方式是非常有用的。若果你想将ByteBuffer重新实现，那么不要浪费你的时间了，ByteBuffer的构造函数是私有的，所以它不能被扩展。Netty提供了自己的ByteBuffer实现，Netty通过一些简单的APIs对ByteBuffer进行构造、使用和操作，以此来解决NIO中的一些限制。

1.4.3 NIO对缓冲区的聚合和分散操作可能会操作内存泄露

    很多Channel的实现支持Gather和Scatter。这个功能允许从从多个ByteBuffer中读入或写入到过个ByteBuffer，这样做可以提供性能。操作系统底层知道如何处理这些被写入/读出，并且能以最有效的方式处理。如果要分割的数据再多个不同的ByteBuffer中，使用Gather/Scatter是比较好的方式。
    例如，你可能希望header在一个ByteBuffer中，而body在另外的ByteBuffer中；
    下图显示的是Scatter(分散)，将ScatteringByteBuffer中的数据分散读取到多个ByteBuffer中：
    下图显示的是Gather(聚合)，将多个ByteBuffer的数据写入到GatheringByteChannel：
    可惜Gather/Scatter功能会导致内存泄露，知道Java7才解决内存泄露问题。使用这个功能必须小心编码和Java版本。

1.4.4 Squashing the famous epoll bug

    压碎著名的epoll缺陷。
    On Linux-like OSs the selector makes use of the epoll- IO event notification facility. This is a high-performance technique in which the OS works asynchronously with the networking stack.Unfortunately,  even  today  the "famous" epoll- bug  can  lead  to  an "invalid" state  in  the selector, resulting in 100% CPU-usage and spinning. The only way to recover is to recycle the old  selector  and  transfer  the  previously  registered  Channel  instances  to  the  newly  created Selector. 
    Linux-like OSs的选择器使用的是epoll-IO事件通知工具。这是一个在操作系统以异步方式工作的网络stack.Unfortunately，即使是现在，著名的epoll-bug也可能会导致无效的状态的选择和100%的CPU利用率。要解决epoll-bug的唯一方法是回收旧的选择器，将先前注册的通道实例转移到新创建的选择器上。
    What  happens  here  is  that  the Selector.select() method  stops  to  block  and  returns immediately-even  if  there  are  no  selected  SelectionKeys  present.  This  is  against  the contract,  which  is  in  the  Javadocs  of  the  Selector.select()  method:Selector.select() must not unblock if nothing is selected.
    这里发生的是，不管有没有已选择的SelectionKey，Selector.select()方法总是不会阻塞并且会立刻返回。这违反了Javadoc中对Selector.select()方法的描述，Javadoc中的描述：Selector.select() must not unblock if nothing is selected. (Selector.select()方法若未选中任何事件将会阻塞。)
    The range of solutions to this epoll- problem is limited, but Netty attempts to automatically detect and prevent it. The following listing is an example of the epoll- bug.
    NIO中对epoll问题的解决方案是有限制的，Netty提供了更好的解决方案。下面是epoll-bug的一个例子：

…
while (true) {
int selected = selector.select();
Set readyKeys = selector.selectedKeys();
Iterator iterator = readyKeys.iterator();
while (iterator.hasNext()) {
…
…
}
}
…

    The effect of this code is that the while loop eats CPU:
    这段代码的作用是while循环消耗CPU：

…
while (true) {
}
…

    The value will never be false, and the code keeps your CPU spinning and eats resources. This can have some undesirable side effects as it can consume all of your CPU, preventing any other CPU-bound work.
    该值将永远是假的，代码将持续消耗你的CPU资源。这会有一些副作用，因为CPU消耗完了就无法再去做其他任何的工作。
    These  are  only  a  few  of  the  possible  problems  you  may  see  while  using  non-blocking  IO. Unfortunately, even  after years of development  in  this area,  issues still need  to be  resolved; thankfully, Netty addresses them for you. 
    这些仅仅是在使用NIO时可能会出现的一些问题。不幸的是，虽然在这个领域发展了多年，问题依然存在；幸运的是，Netty给了你解决方案。

1.5 Summary

This chapter provided an overview of Netty’s features, design and benefits. I discussed the difference between blocking and non-blocking processing to give you a fundamental understanding of the reasons to use a non-blocking framework. You learned how to use the JDK API to write network code in both blocking and non-blocking modes. This included the new non-blocking API, which comes with JDK 7. After seeing the NIO APIs in action, it was also important to understand some of the known issues that you may run into. In fact, this is why so many people use Netty: to take care of workarounds and other JVM quirks. In the next chapter, you’ll learn the basics of the Netty API and programming model, and, finally, use Netty to write some useful code.

第二章：第一个Netty程序

本章介绍

获取Netty4最新版本
设置运行环境来构建和运行netty程序
创建一个基于Netty的服务器和客户端
拦截和处理异常

编写和运行Netty服务器和客户端

本章将简单介绍Netty的核心概念，这个狠心概念就是学习Netty是如何拦截和处理异常，对于刚开始学习netty的读者，利用netty的异常拦截机制来调试程序问题很有帮助。本章还会介绍其他一些核心概念，如服务器和客户端的启动以及分离通道的处理程序。本章学习一些基础以便后面章节的深入学习。本章中将编写一个基于netty的服务器和客户端来互相通信，我们首先来设置netty的开发环境。

2.1 设置开发环境

    设置开发环境的步骤如下：

安装JDK7，下载地址http://www.oracle.com/technetwork/java/javase/archive-139210.html
下载netty包，下载地址http://netty.io/

安装Eclipse

《Netty In Action》中描述的比较多，没啥用，这里就不多说了。**本系列博客将使用Netty4，需要JDK1.7+**

2.2 Netty客户端和服务器概述

    本节将引导你构建一个完整的Netty服务器和客户端。一般情况下，你可能只关心编写服务器，如一个http服务器的客户端是浏览器。然后在这个例子中，你若同时实现了服务器和客户端，你将会对他们的原理更加清晰。
    一个Netty程序的工作图如下

客户端连接到服务器
建立连接后，发送或接收数据

服务器处理所有的客户端连接

从上图中可以看出，服务器会写数据到客户端并且处理多个客户端的并发连接。从理论上来说，限制程序性能的因素只有系统资源和JVM。为了方便理解，这里举了个生活例子，在山谷或高山上大声喊，你会听见回声，回声是山返回的；在这个例子中，你是客户端，山是服务器。喊的行为就类似于一个Netty客户端将数据发送到服务器，听到回声就类似于服务器将相同的数据返回给你，你离开山谷就断开了连接，但是你可以返回进行重连服务器并且可以发送更多的数据。
虽然将相同的数据返回给客户端不是一个典型的例子，但是客户端和服务器之间数据的来来回回的传输和这个例子是一样的。本章的例子会证明这一点，它们会越来越复杂。  
接下来的几节将带着你完成基于Netty的客户端和服务器的应答程序。

2.3 编写一个应答服务器

    写一个Netty服务器主要由两部分组成：

配置服务器功能，如线程、端口
实现服务器处理程序，它包含业务逻辑，决定当有一个请求连接或接收数据时该做什么

2.3.1 启动服务器

    通过创建ServerBootstrap对象来启动服务器，然后配置这个对象的相关选项，如端口、线程模式、事件循环，并且添加逻辑处理程序用来处理业务逻辑(下面是个简单的应答服务器例子)

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package netty.example;
import io.netty.bootstrap.ServerBootstrap;
import io.netty.channel.Channel;
import io.netty.channel.ChannelFuture;
import io.netty.channel.ChannelInitializer;
import io.netty.channel.EventLoopGroup;
import io.netty.channel.nio.NioEventLoopGroup;
import io.netty.channel.socket.nio.NioServerSocketChannel;
public class EchoServer {
private final int port;
public EchoServer(int port) {
this.port = port;
}
public void start() throws Exception {
EventLoopGroup group = new NioEventLoopGroup();
try {
//create ServerBootstrap instance
ServerBootstrap b = new ServerBootstrap();
//Specifies NIO transport, local socket address
//Adds handler to channel pipeline
b.group(group).channel(NioServerSocketChannel.class).localAddress(port)
.childHandler(new ChannelInitializer() {
@Override
protected void initChannel(Channel ch) throws Exception {
ch.pipeline().addLast(new EchoServerHandler());
}
});
//Binds server, waits for server to close, and releases resources
ChannelFuture f = b.bind().sync();
System.out.println(EchoServer.class.getName() + “started and listen on “” + f.channel().localAddress());
f.channel().closeFuture().sync();
} finally {
group.shutdownGracefully().sync();
}
}
public static void main(String[] args) throws Exception {
new EchoServer(65535).start();
}

}

从上面这个简单的服务器例子可以看出，启动服务器应先创建一个ServerBootstrap对象，因为使用NIO，所以指定NioEventLoopGroup来接受和处理新连接，指定通道类型为NioServerSocketChannel，设置InetSocketAddress让服务器监听某个端口已等待客户端连接。  
接下来，调用childHandler放来指定连接后调用的ChannelHandler，这个方法传ChannelInitializer类型的参数，ChannelInitializer是个抽象类，所以需要实现initChannel方法，这个方法就是用来设置ChannelHandler。  
最后绑定服务器等待直到绑定完成，调用sync()方法会阻塞直到服务器完成绑定，然后服务器等待通道关闭，因为使用sync()，所以关闭操作也会被阻塞。现在你可以关闭EventLoopGroup和释放所有资源，包括创建的线程。  
这个例子中使用NIO，因为它是目前最常用的传输方式，你可能会使用NIO很长时间，但是你可以选择不同的传输实现。例如，这个例子使用OIO方式传输，你需要指定OioServerSocketChannel。Netty框架中实现了多重传输方式，将再后面讲述。  
本小节重点内容：

创建ServerBootstrap实例来引导绑定和启动服务器
创建NioEventLoopGroup对象来处理事件，如接受新连接、接收数据、写数据等等
指定InetSocketAddress，服务器监听此端口
设置childHandler执行所有的连接请求
都设置完毕了，最后调用ServerBootstrap.bind() 方法来绑定服务器

2.3.2 实现服务器业务逻辑

    Netty使用futures和回调概念，它的设计允许你处理不同的事件类型，更详细的介绍将再后面章节讲述，但是我们可以接收数据。你的channel handler必须继承ChannelInboundHandlerAdapter并且重写channelRead方法，这个方法在任何时候都会被调用来接收数据，在这个例子中接收的是字节。  
    下面是handler的实现，其实现的功能是将客户端发给服务器的数据返回给客户端：

[java] view plaincopy

package netty.example;
import io.netty.buffer.Unpooled;
import io.netty.channel.ChannelFutureListener;
import io.netty.channel.ChannelHandlerContext;
import io.netty.channel.ChannelInboundHandlerAdapter;
public class EchoServerHandler extends ChannelInboundHandlerAdapter {
@Override
public void channelRead(ChannelHandlerContext ctx, Object msg) throws Exception {
System.out.println(“Server received: “ + msg);
ctx.write(msg);
}
@Override
public void channelReadComplete(ChannelHandlerContext ctx) throws Exception {
ctx.writeAndFlush(Unpooled.EMPTY_BUFFER).addListener(ChannelFutureListener.CLOSE);
}
@Override
public void exceptionCaught(ChannelHandlerContext ctx, Throwable cause) throws Exception {
cause.printStackTrace();
ctx.close();
}

}

Netty使用多个Channel Handler来达到对事件处理的分离，因为可以很容的添加、更新、删除业务逻辑处理handler。Handler很简单，它的每个方法都可以被重写，它的所有的方法中只有channelRead方法是必须要重写的。

2.3.3 捕获异常

    重写ChannelHandler的exceptionCaught方法可以捕获服务器的异常，比如客户端连接服务器后强制关闭，服务器会抛出"客户端主机强制关闭错误"，通过重写exceptionCaught方法就可以处理异常，比如发生异常后关闭ChannelHandlerContext。

2.4 编写应答程序的客户端

    服务器写好了，现在来写一个客户端连接服务器。应答程序的客户端包括以下几步：

连接服务器
写数据到服务器
等待接受服务器返回相同的数据
关闭连接

2.4.1 引导客户端

    引导客户端启动和引导服务器很类似，客户端需同时指定host和port来告诉客户端连接哪个服务器。看下面代码：

[java] view plaincopy

package netty.example;
import io.netty.bootstrap.Bootstrap;
import io.netty.channel.ChannelFuture;
import io.netty.channel.ChannelInitializer;
import io.netty.channel.EventLoopGroup;
import io.netty.channel.nio.NioEventLoopGroup;
import io.netty.channel.socket.SocketChannel;
import io.netty.channel.socket.nio.NioSocketChannel;
import io.netty.example.echo.EchoClientHandler;
import java.net.InetSocketAddress;
public class EchoClient {
private final String host;
private final int port;
public EchoClient(String host, int port) {
this.host = host;
this.port = port;
}
public void start() throws Exception {
EventLoopGroup group = new NioEventLoopGroup();
try {
Bootstrap b = new Bootstrap();
b.group(group).channel(NioSocketChannel.class).remoteAddress(new InetSocketAddress(host, port))
.handler(new ChannelInitializer() {
@Override
protected void initChannel(SocketChannel ch) throws Exception {
ch.pipeline().addLast(new EchoClientHandler());
}
});
ChannelFuture f = b.connect().sync();
f.channel().closeFuture().sync();
} finally {
group.shutdownGracefully().sync();
}
}
public static void main(String[] args) throws Exception {
new EchoClient(“localhost”, 20000).start();
}
}

创建启动一个客户端包含下面几步：

创建Bootstrap对象用来引导启动客户端
创建EventLoopGroup对象并设置到Bootstrap中，EventLoopGroup可以理解为是一个线程池，这个线程池用来处理连接、接受数据、发送数据
创建InetSocketAddress并设置到Bootstrap中，InetSocketAddress是指定连接的服务器地址
添加一个ChannelHandler，客户端成功连接服务器后就会被执行
调用Bootstrap.connect()来连接服务器
最后关闭EventLoopGroup来释放资源

2.4.2 实现客户端的业务逻辑

    客户端的业务逻辑的实现依然很简单，更复杂的用法将在后面章节详细介绍。和编写服务器的ChannelHandler一样，在这里将自定义一个继承SimpleChannelInboundHandler的ChannelHandler来处理业务；通过重写父类的三个方法来处理感兴趣的事件：

channelActive()：客户端连接服务器后被调用
channelRead0()：从服务器接收到数据后调用
exceptionCaught()：发生异常时被调用
```
实现代码如下
```

[java] view plaincopy

package netty.example;
import io.netty.buffer.ByteBuf;
import io.netty.buffer.ByteBufUtil;
import io.netty.buffer.Unpooled;
import io.netty.channel.ChannelHandlerContext;
import io.netty.channel.SimpleChannelInboundHandler;
import io.netty.util.CharsetUtil;
public class EchoClientHandler extends SimpleChannelInboundHandler {
@Override
public void channelActive(ChannelHandlerContext ctx) throws Exception {
ctx.write(Unpooled.copiedBuffer(“Netty rocks!”,CharsetUtil.UTF_8));
}
@Override
protected void channelRead0(ChannelHandlerContext ctx, ByteBuf msg) throws Exception {
System.out.println(“Client received: “ + ByteBufUtil.hexDump(msg.readBytes(msg.readableBytes())));
}
@Override
public void exceptionCaught(ChannelHandlerContext ctx, Throwable cause) throws Exception {
cause.printStackTrace();
ctx.close();
}

}

可能你会问为什么在这里使用的是SimpleChannelInboundHandler而不使用ChannelInboundHandlerAdapter？主要原因是ChannelInboundHandlerAdapter在处理完消息后需要负责释放资源。在这里将调用ByteBuf.release()来释放资源。SimpleChannelInboundHandler会在完成channelRead0后释放消息，这是通过Netty处理所有消息的ChannelHandler实现了ReferenceCounted接口达到的。
为什么在服务器中不使用SimpleChannelInboundHandler呢？因为服务器要返回相同的消息给客户端，在服务器执行完成写操作之前不能释放调用读取到的消息，因为写操作是异步的，一旦写操作完成后，Netty中会自动释放消息。
客户端的编写完了，下面让我们来测试一下

2.5 编译和运行echo(应答)程序客户端和服务器

    注意，**netty4需要jdk1.7+。**
    本人测试，可以正常运行。

2.6 总结

    本章介绍了如何编写一个简单的基于Netty的服务器和客户端并进行通信发送数据。介绍了如何创建服务器和客户端以及Netty的异常处理机制。

第三章：Netty核心概念

在这一章我们将讨论Netty的10个核心类，清楚了解他们的结构对使用Netty很有用。可能有一些不会再工作中用到，但是也有一些很常用也很核心，你会遇到。

Bootstrap or ServerBootstrap
EventLoop
EventLoopGroup
ChannelPipeline
Channel
Future or ChannelFuture
ChannelInitializer
ChannelHandler

本节的目的就是介绍以上这些概念，帮助你了解它们的用法。

3.1 Netty Crash Course

    在我们开始之前，如果你了解Netty程序的一般结构和大致用法(客户端和服务器都有一个类似的结构)会更好。
    一个Netty程序开始于Bootstrap类，Bootstrap类是Netty提供的一个可以通过简单配置来设置或"引导"程序的一个很重要的类。Netty中设计了Handlers来处理特定的"event"和设置Netty中的事件，从而来处理多个协议和数据。事件可以描述成一个非常通用的方法，因为你可以自定义一个handler,用来将Object转成byte\[\]或将byte\[\]转成Object；也可以定义个handler处理抛出的异常。
    你会经常编写一个实现ChannelInboundHandler的类，ChannelInboundHandler是用来接收消息，当有消息过来时，你可以决定如何处理。当程序需要返回消息时可以在ChannelInboundHandler里write/flush数据。可以认为应用程序的业务逻辑都是在ChannelInboundHandler中来处理的，业务罗的生命周期在ChannelInboundHandler中。
    Netty连接客户端端或绑定服务器需要知道如何发送或接收消息，这是通过不同类型的handlers来做的，多个Handlers是怎么配置的？Netty提供了ChannelInitializer类用来配置Handlers。ChannelInitializer是通过ChannelPipeline来添加ChannelHandler的，如发送和接收消息，这些Handlers将确定发的是什么消息。ChannelInitializer自身也是一个ChannelHandler，在添加完其他的handlers之后会自动从ChannelPipeline中删除自己。
    所有的Netty程序都是基于ChannelPipeline。ChannelPipeline和EventLoop和EventLoopGroup密切相关，因为它们三个都和事件处理相关，所以这就是为什么它们处理IO的工作由EventLoop管理的原因。
    Netty中所有的IO操作都是异步执行的，例如你连接一个主机默认是异步完成的；写入/发送消息也是同样是异步。也就是说操作不会直接执行，而是会等一会执行，因为你不知道返回的操作结果是成功还是失败，但是需要有检查是否成功的方法或者是注册监听来通知；Netty使用Futures和ChannelFutures来达到这种目的。Future注册一个监听，当操作成功或失败时会通知。ChannelFuture封装的是一个操作的相关信息，操作被执行时会立刻返回ChannelFuture。

3.2 Channels,Events and Input/Output(IO)

    Netty是一个非阻塞、事件驱动的网络框架。Netty实际上是使用多线程处理IO事件，对于熟悉多线程编程的读者可能会需要同步代码。这样的方式不好，因为同步会影响程序的性能，Netty的设计保证程序处理事件不会有同步。
    下图显示一个EventLoopGroup和一个Channel关联一个单一的EventLoop，Netty中的EventLoopGroup包含一个或多个EventLoop，而EventLoop就是一个Channel执行实际工作的线程。EventLoop总是绑定一个单一的线程，在其生命周期内不会改变。

当注册一个Channel后，Netty将这个Channel绑定到一个EventLoop，在Channel的生命周期内总是被绑定到一个EventLoop。在Netty IO操作中，你的程序不需要同步，因为一个指定通道的所有IO始终由同一个线程来执行。

    为了帮助理解，下图显示了EventLoop和EventLoopGroup的关系：

EventLoop和EventLoopGroup的关联不是直观的，因为我们说过EventLoopGroup包含一个或多个EventLoop，但是上面的图显示EventLoop是一个EventLoopGroup，这意味着你可以只使用一个特定的EventLoop。

3.3 什么是Bootstrap?为什么使用它？

    “引导”是Netty中配置程序的过程，当你需要连接客户端或服务器绑定指定端口时需要使用bootstrap。如前面所述，“引导”有两种类型，一种是用于客户端的Bootstrap(也适用于DatagramChannel)，一种是用于服务端的ServerBootstrap。不管程序使用哪种协议，无论是创建一个客户端还是服务器都需要使用“引导”。
    两种bootsstraps之间有一些相似之处，其实他们有很多相似之处，也有一些不同。Bootstrap和ServerBootstrap之间的差异：

Bootstrap用来连接远程主机，有1个EventLoopGroup

ServerBootstrap用来绑定本地端口，有2个EventLoopGroup

事件组(Groups)，传输(transports)和处理程序(handlers)分别在本章后面讲述，我们在这里只讨论两种"引导"的差异(Bootstrap和ServerBootstrap)。第一个差异很明显，“ServerBootstrap”监听在服务器监听一个端口轮询客户端的“Bootstrap”或DatagramChannel是否连接服务器。通常需要调用“Bootstrap”类的connect()方法，但是也可以先调用bind()再调用connect()进行连接，之后使用的Channel包含在bind()返回的ChannelFuture中。
第二个差别也许是最重要的。客户端bootstraps/applications使用一个单例EventLoopGroup，而ServerBootstrap使用2个EventLoopGroup(实际上使用的是相同的实例)，它可能不是显而易见的，但是它是个好的方案。一个ServerBootstrap可以认为有2个channels组，第一组包含一个单例ServerChannel，代表持有一个绑定了本地端口的socket；第二组包含所有的Channel，代表服务器已接受了的连接。下图形象的描述了这种情况：

上图中，EventLoopGroup A唯一的目的就是接受连接然后交给EventLoopGroup B。Netty可以使用两个不同的Group，因为服务器程序需要接受很多客户端连接的情况下，一个EventLoopGroup将是程序性能的瓶颈，因为事件循环忙于处理连接请求，没有多余的资源和空闲来处理业务逻辑，最后的结果会是很多连接请求超时。若有两EventLoops，即使在高负载下，所有的连接也都会被接受，因为EventLoops接受连接不会和哪些已经连接了的处理共享资源。

     EventLoopGroup和EventLoop是什么关系？EventLoopGroup可以包含很多个EventLoop，每个Channel绑定一个EventLoop不会被改变，因为EventLoopGroup包含少量的EventLoop的Channels，很多Channel会共享同一个EventLoop。这意味着在一个Channel保持EventLoop繁忙会禁止其他Channel绑定到相同的EventLoop。我们可以理解为EventLoop是一个事件循环线程，而EventLoopGroup是一个事件循环集合。
    如果你决定两次使用相同的EventLoopGroup实例配置Netty服务器，下图显示了它是如何改变的：

Netty允许处理IO和接受连接使用同一个EventLoopGroup，这在实际中适用于多种应用。上图显示了一个EventLoopGroup处理连接请求和IO操作。

    下一节我们将介绍Netty是如何执行IO操作以及在什么时候执行。

3.4 Channel Handlers and Data Flow(通道处理和数据流)

    本节我们一起来看看当你发送或接收数据时发生了什么？回想本章开始提到的handler概念。要明白Netty程序wirte或read时发生了什么，首先要对Handler是什么有一定的了解。Handlers自身依赖于ChannelPipeline来决定它们执行的顺序，因此不可能通过ChannelPipeline定义处理程序的某些方面,反过来不可能定义也不可能通过ChannelHandler定义ChannelPipeline的某些方面。没必要说我们必须定义一个自己和其他的规定。本节将介绍ChannelHandler和ChannelPipeline在某种程度上细微的依赖。
    在很多地方，Netty的ChannelHandler是你的应用程序中处理最多的。即使你没有意思到这一点，若果你使用Netty应用将至少有一个ChannelHandler参与，换句话说，ChannelHandler对很多事情是关键的。那么ChannelHandler究竟是什么？给ChannelHandler一个定义不容易，我们可以理解为ChannelHandler是一段执行业务逻辑处理数据的代码，它们来来往往的通过ChannelPipeline。实际上，ChannelHandler是定义一个handler的父接口，ChannelInboundHandler和ChannelOutboundHandler都实现ChannelHandler接口，如下图：

上图显示的比较容易，更重要的是ChannelHandler在数据流方面的应用，在这里讨论的例子只是一个简单的例子。ChannelHandler被应用在许多方面，在本书中会慢慢学习。

    Netty中有两个方向的数据流，上图显示的入站(ChannelInboundHandler)和出站(ChannelOutboundHandler)之间有一个明显的区别：若数据是从用户应用程序到远程主机则是“出站(outbound)”，相反若数据时从远程主机到用户应用程序则是“入站(inbound)”。
    为了使数据从一端到达另一端，一个或多个ChannelHandler将以某种方式操作数据。这些ChannelHandler会在程序的“引导”阶段被添加ChannelPipeline中，并且被添加的顺序将决定处理数据的顺序。ChannelPipeline的作用我们可以理解为用来管理ChannelHandler的一个容器，每个ChannelHandler处理各自的数据(例如入站数据只能由ChannelInboundHandler处理)，处理完成后将转换的数据放到ChannelPipeline中交给下一个ChannelHandler继续处理，直到最后一个ChannelHandler处理完成。
    下图显示了ChannelPipeline的处理过程：

上图显示ChannelInboundHandler和ChannelOutboundHandler都要经过相同的ChannelPipeline。

    在ChannelPipeline中，如果消息被读取或有任何其他的入站事件，消息将从ChannelPipeline的头部开始传递给第一个ChannelInboundHandler，这个ChannelInboundHandler可以处理该消息或将消息传递到下一个ChannelInboundHandler中，一旦在ChannelPipeline中没有剩余的ChannelInboundHandler后，ChannelPipeline就知道消息已被所有的饿Handler处理完成了。
    反过来也是如此，任何出站事件或写入将从ChannelPipeline的尾部开始，并传递到最后一个ChannelOutboundHandler。ChannelOutboundHandler的作用和ChannelInboundHandler相同，它可以传递事件消息到下一个Handler或者自己处理消息。不同的是ChannelOutboundHandler是从ChannelPipeline的尾部开始，而ChannelInboundHandler是从ChannelPipeline的头部开始，当处理完第一个ChannelOutboundHandler处理完成后会出发一些操作，比如一个写操作。
    一个事件能传递到下一个ChannelInboundHandler或上一个ChannelOutboundHandler，在ChannelPipeline中通过使用ChannelHandlerContext调用每一个方法。Netty提供了抽象的事件基类称为ChannelInboundHandlerAdapter和ChannelOutboundHandlerAdapter。每个都提供了在ChannelPipeline中通过调用相应的方法将事件传递给下一个Handler的方法的实现。我们能覆盖的方法就是我们需要做的处理。
    可能有读者会奇怪，出站和入站的操作不同，能放在同一个ChannelPipeline工作？Netty的设计是很巧妙的，入站和出站Handler有不同的实现，Netty能跳过一个不能处理的操作，所以在出站事件的情况下，ChannelInboundHandler将被跳过，Netty知道每个handler都必须实现ChannelInboundHandler或ChannelOutboundHandler。
    当一个ChannelHandler添加到ChannelPipeline中时获得一个ChannelHandlerContext。通常是安全的获得这个对象的引用，但是当一个数据报协议如UDP时这是不正确的，这个对象可以在之后用来获取底层通道，因为要用它来read/write消息，因此通道会保留。也就是说Netty中发送消息有两种方法：直接写入通道或写入ChannelHandlerContext对象。这两种方法的主要区别如下：

直接写入通道导致处理消息从ChannelPipeline的尾部开始
写入ChannelHandlerContext对象导致处理消息从ChannelPipeline的下一个handler开始

3.5 编码器、解码器和业务逻辑：细看Handlers

    如前面所说，有很多不同类型的handlers，每个handler的依赖于它们的基类。Netty提供了一系列的“Adapter”类，这让事情变的很简单。每个handler负责转发时间到ChannelPipeline的下一个handler。在\*Adapter类(和子类)中是自动完成的，因此我们只需要在感兴趣的\*Adapter中重写方法。这些功能可以帮助我们非常简单的编码/解码消息。有几个适配器(adapter)允许自定义ChannelHandler，一般自定义ChannelHandler需要继承编码/解码适配器类中的一个。Netty有一下适配器：

ChannelHandlerAdapter
ChannelInboundHandlerAdapter
ChannelOutboundHandlerAdapter

三个ChannelHandler涨，我们重点看看ecoders,decoders和SimpleChannelInboundHandler，SimpleChannelInboundHandler继承ChannelInboundHandlerAdapter。

3.5.1 Encoders(编码器), decoders(解码器)

发送或接收消息后，Netty必须将消息数据从一种形式转化为另一种。接收消息后，需要将消息从字节码转成Java对象(由某种解码器解码)；发送消息前，需要将Java对象转成字节(由某些类型的编码器进行编码)。这种转换一般发生在网络程序中，因为网络上只能传输字节数据。
有多种基础类型的编码器和解码器，要使用哪种取决于想实现的功能。要弄清楚某种类型的编解码器，从类名就可以看出，如“ByteToMessageDecoder”、“MessageToByteEncoder”，还有Google的协议“ProtobufEncoder”和“ProtobufDecoder”。
严格的说其他handlers可以做编码器和适配器，使用不同的Adapter classes取决你想要做什么。如果是解码器则有一个ChannelInboundHandlerAdapter或ChannelInboundHandler，所有的解码器都继承或实现它们。“channelRead”方法/事件被覆盖，这个方法从入站(inbound)通道读取每个消息。重写的channelRead方法将调用每个解码器的“decode”方法并通过ChannelHandlerContext.fireChannelRead(Object msg)传递给ChannelPipeline中的下一个ChannelInboundHandler。
类似入站消息，当你发送一个消息出去(出站)时，除编码器将消息转成字节码外还会转发到下一个ChannelOutboundHandler。
3.5.2 业务逻辑(Domain logic)

也许最常见的是应用程序处理接收到消息后进行解码，然后供相关业务逻辑模块使用。所以应用程序只需要扩展SimpleChannelInboundHandler<I>，也就是我们自定义一个继承SimpleChannelInboundHandler<I>的handler类，其中<I>是handler可以处理的消息类型。通过重写父类的方法可以获得一个ChannelHandlerContext的引用，它们接受一个ChannelHandlerContext的参数，你可以在class中当一个属性存储。
处理程序关注的主要方法是“channelRead0(ChannelHandlerContext ctx, I msg)”，每当Netty调用这个方法，对象“I”是消息，这里使用了Java的泛型设计，程序就能处理I。如何处理消息完全取决于程序的需要。在处理消息时有一点需要注意的，在Netty中事件处理IO一般有很多线程，程序中尽量不要阻塞IO线程，因为阻塞会降低程序的性能。
必须不阻塞IO线程意味着在ChannelHandler中使用阻塞操作会有问题。幸运的是Netty提供了解决方案，我们可以在添加ChannelHandler到ChannelPipeline中时指定一个EventExecutorGroup，EventExecutorGroup会获得一个EventExecutor，EventExecutor将执行ChannelHandler的所有方法。EventExecutor将使用不同的线程来执行和释放EventLoop。
第四章：Transports(传输)
本章内容

Transports(传输)
NIO(non-blocking IO,New IO), OIO(Old IO,blocking IO), Local(本地), Embedded(嵌入式)
Use-case(用例)
APIs(接口)

网络应用程序一个很重要的工作是传输数据。传输数据的过程不一样取决是使用哪种交通工具，但是传输的方式是一样的：都是以字节码传输。Java开发网络程序传输数据的过程和方式是被抽象了的，我们不需要关注底层接口，只需要使用Java API或其他网络框架如Netty就能达到传输数据的目的。发送数据和接收数据都是字节码。Nothing more,nothing less。
如果你曾经使用Java提供的网络接口工作过，你可能已经遇到过想从阻塞传输切换到非阻塞传输的情况，这种切换是比较困难的，因为阻塞IO和非阻塞IO使用的API有很大的差异；Netty提供了上层的传输实现接口使得这种情况变得简单。我们可以让所写的代码尽可能通用，而不会依赖一些实现相关的APIs。当我们想切换传输方式的时候不需要花很大的精力和时间来重构代码。
本章将介绍统一的API以及如何使用它们，会拿Netty的API和Java的API做比较来告诉你为什么Netty可以更容易的使用。本章也提供了一些优质的用例代码，以便最佳使用Netty。使用Netty不需要其他的网络框架或网络编程经验，若有则只是对理解netty有帮助，但不是必要的。下面让我们来看看真是世界里的传输工作。

4.1 案例研究：切换传输方式

为了让你想象如何运输，我会从一个简单的应用程序开始，这个应用程序什么都不做，只是接受客户端连接并发送“Hi!”字符串消息到客户端，发送完了就断开连接。我不会详细讲解这个过程的实现，它只是一个例子。
4.1.1 使用Java的I/O和NIO

我们将不用Netty实现这个例子，下面代码是使用阻塞IO实现的例子：
[java] view plaincopy

package netty.in.action;
import java.io.IOException;
import java.io.OutputStream;
import java.net.ServerSocket;
import java.net.Socket;
import java.nio.charset.Charset;
/**
* Blocking networking without Netty
* @author c.k
*
*/
public class PlainOioServer {
public void server(int port) throws Exception {
//bind server to port
final ServerSocket socket = new ServerSocket(port);
try {
while(true){
//accept connection
final Socket clientSocket = socket.accept();
System.out.println(“Accepted connection from “ + clientSocket);
//create new thread to handle connection
new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
OutputStream out;
try{
out = clientSocket.getOutputStream();
//write message to connected client
out.write(“Hi!\r\n”.getBytes(Charset.forName(“UTF-8”)));
out.flush();
//close connection once message written and flushed
clientSocket.close();
}catch(IOException e){
try {
clientSocket.close();
} catch (IOException e1) {
e1.printStackTrace();
}
}
}
}).start();//start thread to begin handling
}
}catch(Exception e){
e.printStackTrace();
socket.close();
}
}
}

上面的方式很简洁，但是这种阻塞模式在大连接数的情况就会有很严重的问题，如客户端连接超时，服务器响应严重延迟。为了解决这种情况，我们可以使用异步网络处理所有的并发连接，但问题在于NIO和OIO的API是完全不同的，所以一个用OIO开发的网络应用程序想要使用NIO重构代码几乎是重新开发。
下面代码是使用Java NIO实现的例子：

[java] view plaincopy

package netty.in.action;
import java.net.InetSocketAddress;
import java.net.ServerSocket;
import java.nio.ByteBuffer;
import java.nio.channels.SelectionKey;
import java.nio.channels.Selector;
import java.nio.channels.ServerSocketChannel;
import java.nio.channels.SocketChannel;
import java.util.Iterator;
/**
* Asynchronous networking without Netty
* @author c.k
*
*/
public class PlainNioServer {
public void server(int port) throws Exception {
System.out.println(“Listening for connections on port “ + port);
//open Selector that handles channels
Selector selector = Selector.open();
//open ServerSocketChannel
ServerSocketChannel serverChannel = ServerSocketChannel.open();
//get ServerSocket
ServerSocket serverSocket = serverChannel.socket();
//bind server to port
serverSocket.bind(new InetSocketAddress(port));
//set to non-blocking
serverChannel.configureBlocking(false);
//register ServerSocket to selector and specify that it is interested in new accepted clients
serverChannel.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT);
final ByteBuffer msg = ByteBuffer.wrap(“Hi!\r\n”.getBytes());
while (true) {
//Wait for new events that are ready for process. This will block until something happens
int n = selector.select();
if (n > 0) {
//Obtain all SelectionKey instances that received events
Iterator iter = selector.selectedKeys().iterator();
while (iter.hasNext()) {
SelectionKey key = iter.next();
iter.remove();
try {
//Check if event was because new client ready to get accepted
if (key.isAcceptable()) {
ServerSocketChannel server = (ServerSocketChannel) key.channel();
SocketChannel client = server.accept();
System.out.println(“Accepted connection from “ + client);
client.configureBlocking(false);
//Accept client and register it to selector
client.register(selector, SelectionKey.OP_WRITE, msg.duplicate());
}
//Check if event was because socket is ready to write data
if (key.isWritable()) {
SocketChannel client = (SocketChannel) key.channel();
ByteBuffer buff = (ByteBuffer) key.attachment();
//write data to connected client
while (buff.hasRemaining()) {
if (client.write(buff) == 0) {
break;
}
}
client.close();//close client
}
} catch (Exception e) {
key.cancel();
key.channel().close();
}
}
}
}
}
}

如你所见，即使它们实现的功能是一样，但是代码完全不同。下面我们将用Netty来实现相同的功能。

4.1.2 Netty中使用I/O和NIO

下面代码是使用Netty作为网络框架编写的一个阻塞IO例子：
[java] view plaincopy

package netty.in.action;
import java.net.InetSocketAddress;
import io.netty.bootstrap.ServerBootstrap;
import io.netty.buffer.ByteBuf;
import io.netty.buffer.Unpooled;
import io.netty.channel.Channel;
import io.netty.channel.ChannelFuture;
import io.netty.channel.ChannelFutureListener;
import io.netty.channel.ChannelHandlerContext;
import io.netty.channel.ChannelInboundHandlerAdapter;
import io.netty.channel.ChannelInitializer;
import io.netty.channel.EventLoopGroup;
import io.netty.channel.nio.NioEventLoopGroup;
import io.netty.channel.socket.oio.OioServerSocketChannel;
import io.netty.util.CharsetUtil;
public class NettyOioServer {
public void server(int port) throws Exception {
final ByteBuf buf = Unpooled.unreleasableBuffer(Unpooled.copiedBuffer(“Hi!\r\n”, CharsetUtil.UTF_8));
//事件循环组
EventLoopGroup group = new NioEventLoopGroup();
try {
//用来引导服务器配置
ServerBootstrap b = new ServerBootstrap();
//使用OIO阻塞模式
b.group(group).channel(OioServerSocketChannel.class).localAddress(new InetSocketAddress(port))
//指定ChannelInitializer初始化handlers
.childHandler(new ChannelInitializer() {
@Override
protected void initChannel(Channel ch) throws Exception {
//添加一个“入站”handler到ChannelPipeline
ch.pipeline().addLast(new ChannelInboundHandlerAdapter() {
@Override
public void channelActive(ChannelHandlerContext ctx) throws Exception {
//连接后，写消息到客户端，写完后便关闭连接
ctx.writeAndFlush(buf.duplicate()).addListener(ChannelFutureListener.CLOSE);
}
});
}
});
//绑定服务器接受连接
ChannelFuture f = b.bind().sync();
f.channel().closeFuture().sync();
} catch (Exception e) {
//释放所有资源
group.shutdownGracefully();
}
}
}

上面代码实现功能一样，但结构清晰明了，这只是Netty的优势之一。

4.1.3 Netty中实现异步支持

下面代码是使用Netty实现异步，可以看出使用Netty由OIO切换到NIO是非常的方便。
[java] view plaincopy

package netty.in.action;
import io.netty.bootstrap.ServerBootstrap;
import io.netty.buffer.ByteBuf;
import io.netty.buffer.Unpooled;
import io.netty.channel.ChannelFuture;
import io.netty.channel.ChannelFutureListener;
import io.netty.channel.ChannelHandlerContext;
import io.netty.channel.ChannelInboundHandlerAdapter;
import io.netty.channel.ChannelInitializer;
import io.netty.channel.EventLoopGroup;
import io.netty.channel.nio.NioEventLoopGroup;
import io.netty.channel.socket.SocketChannel;
import io.netty.channel.socket.nio.NioServerSocketChannel;
import io.netty.util.CharsetUtil;
import java.net.InetSocketAddress;
public class NettyNioServer {
public void server(int port) throws Exception {
final ByteBuf buf = Unpooled.unreleasableBuffer(Unpooled.copiedBuffer(“Hi!\r\n”, CharsetUtil.UTF_8));
// 事件循环组
EventLoopGroup group = new NioEventLoopGroup();
try {
// 用来引导服务器配置
ServerBootstrap b = new ServerBootstrap();
// 使用NIO异步模式
b.group(group).channel(NioServerSocketChannel.class).localAddress(new InetSocketAddress(port))
// 指定ChannelInitializer初始化handlers
.childHandler(new ChannelInitializer() {
@Override
protected void initChannel(SocketChannel ch) throws Exception {
// 添加一个“入站”handler到ChannelPipeline
ch.pipeline().addLast(new ChannelInboundHandlerAdapter() {
@Override
public void channelActive(ChannelHandlerContext ctx) throws Exception {
// 连接后，写消息到客户端，写完后便关闭连接
ctx.writeAndFlush(buf.duplicate()).addListener(ChannelFutureListener.CLOSE);
}
});
}
});
// 绑定服务器接受连接
ChannelFuture f = b.bind().sync();
f.channel().closeFuture().sync();
} catch (Exception e) {
// 释放所有资源
group.shutdownGracefully();
}
}
}

因为Netty使用相同的API来实现每个传输，它并不关心你使用什么来实现。Netty通过操作Channel接口和ChannelPipeline、ChannelHandler来实现传输。

4.2 Transport API

传输API的核心是Channel接口，它用于所有出站的操作。Channel接口的类层次结构如下
如上图所示，每个Channel都会分配一个ChannelPipeline和ChannelConfig。ChannelConfig负责设置并存储配置，并允许在运行期间更新它们。传输一般有特定的配置设置，只作用于传输，没有其他的实现。ChannelPipeline容纳了使用的ChannelHandler实例，这些ChannelHandler将处理通道传递的“入站”和“出站”数据。ChannelHandler的实现允许你改变数据状态和传输数据，本书有章节详细讲解ChannelHandler，ChannelHandler是Netty的重点概念。

现在我们可以使用ChannelHandler做下面一些事情：

传输数据时，将数据从一种格式转换到另一种格式
异常通知
Channel变为有效或无效时获得通知
Channel被注册或从EventLoop中注销时获得通知
通知用户特定事件

这些ChannelHandler实例添加到ChannelPipeline中，在ChannelPipeline中按顺序逐个执行。它类似于一个链条，有使用过Servlet的读者可能会更容易理解。
ChannelPipeline实现了拦截过滤器模式，这意味着我们连接不同的ChannelHandler来拦截并处理经过ChannelPipeline的数据或事件。可以把ChannelPipeline想象成UNIX管道，它允许不同的命令链(ChannelHandler相当于命令)。你还可以在运行时根据需要添加ChannelHandler实例到ChannelPipeline或从ChannelPipeline中删除，这能帮助我们构建高度灵活的Netty程序。此外，访问指定的ChannelPipeline和ChannelConfig，你能在Channel自身上进行操作。Channel提供了很多方法，如下列表：
eventLoop()，返回分配给Channel的EventLoop

pipeline()，返回分配给Channel的ChannelPipeline
isActive()，返回Channel是否激活，已激活说明与远程连接对等
localAddress()，返回已绑定的本地SocketAddress
remoteAddress()，返回已绑定的远程SocketAddress
write()，写数据到远程客户端，数据通过ChannelPipeline传输过去

后面会越来越熟悉这些方法，现在只需要记住我们的操作都是在相同的接口上运行，Netty的高灵活性让你可以以不同的传输实现进行重构。

写数据到远程已连接客户端可以调用Channel.write()方法，如下代码：
[java] view plaincopy

Channel channel = …
//Create ByteBuf that holds data to write
ByteBuf buf = Unpooled.copiedBuffer(“your data”, CharsetUtil.UTF_8);
//Write data
ChannelFuture cf = channel.write(buf);
//Add ChannelFutureListener to get notified after write completes
cf.addListener(new ChannelFutureListener() {
@Override
public void operationComplete(ChannelFuture future) {
//Write operation completes without error
if (future.isSuccess()) {
System.out.println(.Write successful.);
} else {
//Write operation completed but because of error
System.err.println(.Write error.);
future.cause().printStacktrace();
}
}
});

Channel是线程安全(thread-safe)的，它可以被多个不同的线程安全的操作，在多线程环境下，所有的方法都是安全的。正因为Channel是安全的，我们存储对Channel的引用，并在学习的时候使用它写入数据到远程已连接的客户端，使用多线程也是如此。下面的代码是一个简单的多线程例子：

[java] view plaincopy

final Channel channel = …
//Create ByteBuf that holds data to write
final ByteBuf buf = Unpooled.copiedBuffer(“your data”,CharsetUtil.UTF_8);
//Create Runnable which writes data to channel
Runnable writer = new Runnable() {
@Override
public void run() {
channel.write(buf.duplicate());
}
};
//Obtain reference to the Executor which uses threads to execute tasks
Executor executor = Executors.newChachedThreadPool();
// write in one thread
//Hand over write task to executor for execution in thread
executor.execute(writer);
// write in another thread
//Hand over another write task to executor for execution in thread
executor.execute(writer);

此外，这种方法保证了写入的消息以相同的顺序通过写入它们的方法。想了解所有方法的使用可以参考Netty API文档。

4.3 Netty包含的传输实现

Netty自带了一些传输协议的实现，虽然没有支持所有的传输协议，但是其自带的已足够我们来使用。Netty应用程序的传输协议依赖于底层协议，本节我们将学习Netty中的传输协议。
Netty中的传输方式有如下几种：

NIO，io.netty.channel.socket.nio，基于java.nio.channels的工具包，使用选择器作为基础的方法。
OIO，io.netty.channel.socket.oio，基于java.net的工具包，使用阻塞流。
Local，io.netty.channel.local，用来在虚拟机之间本地通信。
Embedded，io.netty.channel.embedded，嵌入传输，它允许在没有真正网络的运输中使用ChannelHandler，可以非常有用的来测试ChannelHandler的实现。

4.3.1 NIO - Nonblocking I/O

NIO传输是目前最常用的方式，它通过使用选择器提供了完全异步的方式操作所有的I/O，NIO从Java 1.4才被提供。NIO中，我们可以注册一个通道或获得某个通道的改变的状态，通道状态有下面几种改变：

一个新的Channel被接受并已准备好
Channel连接完成
Channel中有数据并已准备好读取
Channel发送数据出去

处理完改变的状态后需重新设置他们的状态，用一个线程来检查是否有已准备好的Channel，如果有则执行相关事件。在这里可能只同时一个注册的事件而忽略其他的。选择器所支持的操作在SelectionKey中定义，具体如下：
OP_ACCEPT，有新连接时得到通知

OP_CONNECT，连接完成后得到通知
OP_READ，准备好读取数据时得到通知
OP_WRITE，写入数据到通道时得到通知

Netty中的NIO传输就是基于这样的模型来接收和发送数据，通过封装将自己的接口提供给用户使用，这完全隐藏了内部实现。如前面所说，Netty隐藏内部的实现细节，将抽象出来的API暴露出来供使用，下面是处理流程图：
NIO在处理过程也会有一定的延迟，若连接数不大的话，延迟一般在毫秒级，但是其吞吐量依然比OIO模式的要高。Netty中的NIO传输是“zero-file-copy”,也就是零文件复制，这种机制可以让程序速度更快，更高效的从文件系统中传输内容，零复制就是我们的应用程序不会将发送的数据先复制到JVM堆栈在进行处理，而是直接从内核空间操作。接下来我们将讨论OIO传输，它是阻塞的。

4.3.2 OIO - Old blocking I/O

OIO就是java中提供的Socket接口，java最开始只提供了阻塞的Socket，阻塞会导致程序性能低。下面是OIO的处理流程图，若想详细了解，可以参阅其他相关资料。
4.3.3 Local - In VM transport

Netty包含了本地传输，这个传输实现使用相同的API用于虚拟机之间的通信，传输是完全异步的。每个Channel使用唯一的SocketAddress，客户端通过使用SocketAddress进行连接，在服务器会被注册为长期运行，一旦通道关闭，它会自动注销，客户端无法再使用它。
连接到本地传输服务器的行为与其他的传输实现几乎是相同的，需要注意的一个重点是只能在本地的服务器和客户端上使用它们。Local未绑定任何Socket，值提供JVM进程之间的通信。
4.3.4 Embedded transport

Netty还包括嵌入传输，与之前讲述的其他传输实现比较，它是不是一个真的传输呢？若不是一个真的传输，我们用它可以做什么呢？Embedded transport允许更容易的使用不同的ChannelHandler之间的交互，这也更容易嵌入到其他的ChannelHandler实例并像一个辅助类一样使用它们。它一般用来测试特定的ChannelHandler实现，也可以在ChannelHandler中重新使用一些ChannelHandler来进行扩展，为了实现这样的目的，它自带了一个具体的Channel实现，即：EmbeddedChannel。
4.4 每种传输方式在什么时候使用？

不多加赘述，看下面列表：

OIO，在低连接数、需要低延迟时、阻塞时使用
NIO，在高连接数时使用
Local，在同一个JVM内通信时使用
Embedded，测试ChannelHandler时使用

第五章：Buffers(缓冲)
本章介绍

ByteBuf
ByteBufHolder
ByteBufAllocator
使用这些接口分配缓冲和执行操作

每当你需要传输数据时，它必须包含一个缓冲区。Java NIO API自带的缓冲区类是相当有限的，没有经过优化，使用JDK的ByteBuffer操作更复杂。缓冲区是一个重要的组建，它是API的一部分。Netty提供了一个强大的缓冲区实现用于表示一个字节序列，并帮助你操作原始字节或自定义的POJO。Netty的ByteBuf相当于JDK的ByteBuffer，ByteBuf的作用是在Netty中通过Channel传输数据。它被重新设计以解决JDK的ByteBuffer中的一些问题，从而使开发人员开发网络应用程序显得更有效率。本章将讲述Netty中的缓冲区，并了解它为什么比JDK自带的缓冲区实现更优秀，还会深入了解在Netty中使用ByteBuf访问数据以及如何使用它。

5.1 Buffer API

Netty的缓冲API有两个接口：

ByteBuf
ByteBufHolder

Netty使用reference-counting(引用计数)的时候知道安全释放Buf和其他资源，虽然知道Netty有效的使用引用计数，这都是自动完成的。这允许Netty使用池和其他技巧来加快速度和保持内存利用率在正常水平，你不需要做任何事情来实现这一点，但是在开发Netty应用程序时，你应该处理数据尽快释放池资源。

Netty缓冲API提供了几个优势：

可以自定义缓冲类型
通过一个内置的复合缓冲类型实现零拷贝
扩展性好，比如StringBuffer
不需要调用flip()来切换读/写模式
读取和写入索引分开
方法链
引用计数
Pooling(池)

5.2 ByteBuf - 字节数据容器

当需要与远程进行交互时，需要以字节码发送/接收数据。由于各种原因，一个高效、方便、易用的数据接口是必须的，而Netty的ByteBuf满足这些需求，ByteBuf是一个很好的经过优化的数据容器，我们可以将字节数据有效的添加到ByteBuf中或从ByteBuf中获取数据。ByteBuf有2部分：一个用于读，一个用于写。我们可以按顺序的读取数据，并且可以跳到开始重新读一遍。所有的数据操作，我们只需要做的是调整读取数据索引和再次开始读操作。
5.2.1 ByteBuf如何在工作？

写入数据到ByteBuf后，写入索引是增加的字节数量。开始读字节后，读取索引增加。你可以读取字节，直到写入索引和读取索引处理相同的位置，次数若继续读取，则会抛出IndexOutOfBoundsException。调用ByteBuf的任何方法开始读/写都会单独维护读索引和写索引。ByteBuf的默认最大容量限制是Integer.MAX\_VALUE，写入时若超出这个值将会导致一个异常。
ByteBuf类似于一个字节数组，最大的区别是读和写的索引可以用来控制对缓冲区数据的访问。下图显示了一个容量为16的ByteBuf：
5.2.2 不同类型的ByteBuf

使用Netty时会遇到3种不同类型的ByteBuf
Heap Buffer(堆缓冲区)

最常用的类型是ByteBuf将数据存储在JVM的堆空间，这是通过将数据存储在数组的实现。堆缓冲区可以快速分配，当不使用时也可以快速释放。它还提供了直接访问数组的方法，通过ByteBuf.array()来获取byte\[\]数据。
访问非堆缓冲区ByteBuf的数组会导致UnsupportedOperationException，可以使用ByteBuf.hasArray()来检查是否支持访问数组。
Direct Buffer(直接缓冲区)

直接缓冲区，在堆之外直接分配内存。直接缓冲区不会占用堆空间容量，使用时应该考虑到应用程序要使用的最大内存容量以及如何限制它。直接缓冲区在使用Socket传递数据时性能很好，因为若使用间接缓冲区，JVM会先将数据复制到直接缓冲区再进行传递；但是直接缓冲区的缺点是在分配内存空间和释放内存时比堆缓冲区更复杂，而Netty使用内存池来解决这样的问题，这也是Netty使用内存池的原因之一。直接缓冲区不支持数组访问数据，但是我们可以间接的访问数据数组，如下面代码：
[java] view plaincopy

ByteBuf directBuf = Unpooled.directBuffer(16);
if(!directBuf.hasArray()){
int len = directBuf.readableBytes();
byte[] arr = new byte[len];
directBuf.getBytes(0, arr);
}

访问直接缓冲区的数据数组需要更多的编码和更复杂的操作，建议若需要在数组访问数据使用堆缓冲区会更好。

Composite Buffer(复合缓冲区)

复合缓冲区，我们可以创建多个不同的ByteBuf，然后提供一个这些ByteBuf组合的视图。复合缓冲区就像一个列表，我们可以动态的添加和删除其中的ByteBuf，JDK的ByteBuffer没有这样的功能。Netty提供了CompositeByteBuf类来处理复合缓冲区，CompositeByteBuf只是一个视图，CompositeByteBuf.hasArray()总是返回false，因为它可能包含一些直接或间接的不同类型的ByteBuf。
例如，一条消息由header和body两部分组成，将header和body组装成一条消息发送出去，可能body相同，只是header不同，使用CompositeByteBuf就不用每次都重新分配一个新的缓冲区。下图显示CompositeByteBuf组成header和body：
若使用JDK的ByteBuffer就不能这样简单的实现，只能创建一个数组或创建一个新的ByteBuffer，再将内容复制到新的ByteBuffer中。下面是使用CompositeByteBuf的例子：

[java] view plaincopy

CompositeByteBuf compBuf = Unpooled.compositeBuffer();
ByteBuf heapBuf = Unpooled.buffer(8);
ByteBuf directBuf = Unpooled.directBuffer(16);
//添加ByteBuf到CompositeByteBuf
compBuf.addComponents(heapBuf,directBuf);
//删除第一个ByteBuf
compBuf.removeComponent(0);
Iterator iter = compBuf.iterator();
while(iter.hasNext()){
System.out.println(iter.next().toString());
}
//使用数组访问数据
if(!compBuf.hasArray()){
int len = compBuf.readableBytes();
byte[] arr = new byte[len];
compBuf.getBytes(0, arr);
}

CompositeByteBuf是ByteBuf的子类，我们可以像操作BytBuf一样操作CompositeByteBuf。并且Netty优化套接字读写的操作是尽可能的使用CompositeByteBuf来做的，使用CompositeByteBuf不会操作内存泄露问题。

5.3 ByteBuf的字节操作

ByteBuf提供了许多操作，允许修改其中的数据内容或只是读取数据。ByteBuf和JDK的ByteBuffer很像，但是ByteBuf提供了更好的性能。
5.3.1 随机访问索引

ByteBuf使用zero-based-indexing(从0开始的索引)，第一个字节的索引是0，最后一个字节的索引是ByteBuf的capacity - 1，下面代码是遍历ByteBuf的所有字节：
[java] view plaincopy

//create a ByteBuf of capacity is 16
ByteBuf buf = Unpooled.buffer(16);
//write data to buf
for(int i=0;i<16;i++){
buf.writeByte(i+1);
}
//read data from buf
for(int i=0;i<buf.capacity();i++){
System.out.println(buf.getByte(i));
}

注意通过索引访问时不会推进读索引和写索引，我们可以通过ByteBuf的readerIndex()或writerIndex()来分别推进读索引或写索引。

5.3.2 顺序访问索引

ByteBuf提供两个指针变量支付读和写操作，读操作是使用readerIndex()，写操作时使用writerIndex()。这和JDK的ByteBuffer不同，ByteBuffer只有一个方法来设置索引，所以需要使用flip()方法来切换读和写模式。
ByteBuf一定符合：0 <= readerIndex <= writerIndex <= capacity。
5.3.3 Discardable bytes废弃字节

我们可以调用ByteBuf.discardReadBytes()来回收已经读取过的字节，discardReadBytes()将丢弃从索引0到readerIndex之间的字节。调用discardReadBytes()方法后会变成如下图：
ByteBuf.discardReadBytes()可以用来清空ByteBuf中已读取的数据，从而使ByteBuf有多余的空间容纳新的数据，但是discardReadBytes()可能会涉及内存复制，因为它需要移动ByteBuf中可读的字节到开始位置，这样的操作会影响性能，一般在需要马上释放内存的时候使用收益会比较大。
5.3.4 可读字节(实际内容)

任何读操作会增加readerIndex，如果读取操作的参数也是一个ByteBuf而没有指定目的索引，指定的目的缓冲区的writerIndex会一起增加，没有足够的内容时会抛出IndexOutOfBoundException。新分配、包装、复制的缓冲区的readerIndex的默认值都是0。下面代码显示了获取所有可读数据：
[java] view plaincopy

ByteBuf buf = Unpooled.buffer(16);
while(buf.isReadable()){
System.out.println(buf.readByte());
}

(代码于原书中有出入，原书可能是基于Netty4之前的版本讲解的，此处基于Netty4)

5.3.5 可写字节Writable bytes

任何写的操作会增加writerIndex。若写操作的参数也是一个ByteBuf并且没有指定数据源索引，那么指定缓冲区的readerIndex也会一起增加。若没有足够的可写字节会抛出IndexOutOfBoundException。新分配的缓冲区writerIndex的默认值是0。下面代码显示了随机一个int数字来填充缓冲区，直到缓冲区空间耗尽：
[java] view plaincopy

Random random = new Random();
ByteBuf buf = Unpooled.buffer(16);
while(buf.writableBytes() >= 4){
buf.writeInt(random.nextInt());
}

5.3.6 清除缓冲区索引Clearing the buffer indexs

调用ByteBuf.clear()可以设置readerIndex和writerIndex为0，clear()不会清除缓冲区的内容，只是将两个索引值设置为0。请注意ByteBuf.clear()与JDK的ByteBuffer.clear()的语义不同。
下图显示了ByteBuf调用clear()之前：
下图显示了调用clear()之后：
和discardReadBytes()相比，clear()是便宜的，因为clear()不会复制任何内存。
5.3.7 搜索操作Search operations

各种indexOf()方法帮助你定位一个值的索引是否符合，我们可以用ByteBufProcessor复杂动态顺序搜索实现简单的静态单字节搜索。如果你想解码可变长度的数据，如null结尾的字符串，你会发现bytesBefore(byte value)方法有用。例如我们写一个集成的flash sockets的应用程序，这个应用程序使用NULL结束的内容，使用bytesBefore(byte value)方法可以很容易的检查数据中的空字节。没有ByteBufProcessor的话，我们需要自己做这些事情，使用ByteBufProcessor效率更好。
5.3.8 标准和重置Mark and reset

每个ByteBuf有两个标注索引，一个存储readerIndex，一个存储writerIndex。你可以通过调用一个重置方法重新定位两个索引之一，它类似于InputStream的标注和重置方法，没有读限制。我们可以通过调用readerIndex(int readerIndex)和writerIndex(int writerIndex)移动读索引和写索引到指定位置，调用这两个方法设置指定索引位置时可能抛出IndexOutOfBoundException。
5.3.9 衍生的缓冲区Derived buffers

调用duplicate()、slice()、slice(int index, int length)、order(ByteOrder endianness)会创建一个现有缓冲区的视图。衍生的缓冲区有独立的readerIndex、writerIndex和标注索引。如果需要现有缓冲区的全新副本，可以使用copy()或copy(int index, int length)获得。看下面代码：
[java] view plaincopy

// get a Charset of UTF-8
Charset utf8 = Charset.forName(“UTF-8”);
// get a ByteBuf
ByteBuf buf = Unpooled.copiedBuffer(““Netty in Action rocks!“”, utf8);
// slice
ByteBuf sliced = buf.slice(0, 14);
// copy
ByteBuf copy = buf.copy(0, 14);
// print ““Netty in Action rocks!“”
System.out.println(buf.toString(utf8));
// print ““Netty in Act”
System.out.println(sliced.toString(utf8));
// print ““Netty in Act”
System.out.println(copy.toString(utf8));

5.3.10 读/写操作以及其他一些操作

有两种主要类型的读写操作：

get/set操作以索引为基础，在给定的索引设置或获取字节
从当前索引开始读写，递增当前的写索引或读索引

ByteBuf的各种读写方法或其他一些检查方法可以看ByteBuf的源码，这里不赘述了。

5.4 ByteBufHolder

ByteBufHolder是一个辅助类，是一个接口，其实现类是DefaultByteBufHolder，还有一些实现了ByteBufHolder接口的其他接口类。ByteBufHolder的作用就是帮助更方便的访问ByteBuf中的数据，当缓冲区没用了后，可以使用这个辅助类释放资源。ByteBufHolder很简单，提供的可供访问的方法也很少。如果你想实现一个“消息对象”有效负载存储在ByteBuf，使用ByteBufHolder是一个好主意。
尽管Netty提供的各种缓冲区实现类已经很容易使用，但Netty依然提供了一些使用的工具类，使得创建和使用各种缓冲区更加方便。下面会介绍一些Netty中的缓冲区工具类。
5.4.1 ByteBufAllocator

Netty支持各种ByteBuf的池实现，来使Netty提供一种称为ByteBufAllocator成为可能。ByteBufAllocator负责分配ByteBuf实例，ByteBufAllocator提供了各种分配不同ByteBuf的方法，如需要一个堆缓冲区可以使用ByteBufAllocator.heapBuffer()，需要一个直接缓冲区可以使用ByteBufAllocator.directBuffer()，需要一个复合缓冲区可以使用ByteBufAllocator.compositeBuffer()。其他方法的使用可以看ByteBufAllocator源码及注释。
获取ByteBufAllocator对象很容易，可以从Channel的alloc()获取，也可以从ChannelHandlerContext的alloc()获取。看下面代码：
[java] view plaincopy

ServerBootstrap b = new ServerBootstrap();
b.group(group).channel(NioServerSocketChannel.class).localAddress(new InetSocketAddress(port))
.childHandler(new ChannelInitializer() {
@Override
protected void initChannel(SocketChannel ch) throws Exception {
// get ByteBufAllocator instance by Channel.alloc()
ByteBufAllocator alloc0 = ch.alloc();
ch.pipeline().addLast(new ChannelInboundHandlerAdapter() {
@Override
public void channelActive(ChannelHandlerContext ctx) throws Exception {
//get ByteBufAllocator instance by ChannelHandlerContext.alloc()
ByteBufAllocator alloc1 = ctx.alloc();
ctx.writeAndFlush(buf.duplicate()).addListener(ChannelFutureListener.CLOSE);
}
});
}
});

Netty有两种不同的ByteBufAllocator实现，一个实现ByteBuf实例池将分配和回收成本以及内存使用降到最低；另一种实现是每次使用都创建一个新的ByteBuf实例。Netty默认使用PooledByteBufAllocator，我们可以通过ChannelConfig或通过引导设置一个不同的实现来改变。更多细节在后面讲述。

5.4.2 Unpooled

Unpooled也是用来创建缓冲区的工具类，Unpooled的使用也很容易。Unpooled提供了很多方法，详细方法及使用可以看API文档或Netty源码。看下面代码：
[java] view plaincopy

//创建复合缓冲区
CompositeByteBuf compBuf = Unpooled.compositeBuffer();
//创建堆缓冲区
ByteBuf heapBuf = Unpooled.buffer(8);
//创建直接缓冲区
ByteBuf directBuf = Unpooled.directBuffer(16);

5.4.3 ByteBufUtil

ByteBufUtil提供了一些静态的方法，在操作ByteBuf时非常有用。ByteBufUtil提供了Unpooled之外的一些方法，也许最有价值的是hexDump(ByteBuf buffer)方法，这个方法返回指定ByteBuf中可读字节的十六进制字符串，可以用于调试程序时打印ByteBuf的内容，十六进制字符串相比字节而言对用户更友好。
5.5 Summary

本章主要学习Netty提供的缓冲区类ByteBuf的创建和简单实用以及一些操作ByteBuf的工具类。
第六章：ChannelHandler
本章介绍

ChannelPipeline
ChannelHandlerContext
ChannelHandler
Inbound vs outbound(入站和出站)

接受连接或创建他们只是你的应用程序的一部分，虽然这些任何很重要，但是一个网络应用程序旺旺是更复杂的，需要更多的代码编写，如处理传入和传出的数据。Netty提供了一个强大的处理这些事情的功能，允许用户自定义ChannelHandler的实现来处理数据。使得ChannelHandler更强大的是可以连接每个ChannelHandler来实现任务，这有助于代码的整洁和重用。但是处理数据只是ChannelHandler所做的事情之一，也可以压制I/O操作，例如写请求。所有这些都可以动态实现。

6.1 ChannelPipeline

ChannelPipeline是ChannelHandler实例的列表，用于处理或截获通道的接收和发送数据。ChannelPipeline提供了一种高级的截取过滤器模式，让用户可以在ChannelPipeline中完全控制一个事件及如何处理ChannelHandler与ChannelPipeline的交互。
对于每个新的通道，会创建一个新的ChannelPipeline并附加至通道。一旦连接，Channel和ChannelPipeline之间的耦合是永久性的。Channel不能附加其他的ChannelPipeline或从ChannelPipeline分离。
下图描述了ChannelHandler在ChannelPipeline中的I/O处理，一个I/O操作可以由一个ChannelInboundHandler或ChannelOutboundHandler进行处理，并通过调用ChannelInboundHandler处理入站IO或通过ChannelOutboundHandler处理出站IO。
如上图所示，ChannelPipeline是ChannelHandler的一个列表；如果一个入站I/O事件被触发，这个事件会从第一个开始依次通过ChannelPipeline中的ChannelHandler；若是一个入站I/O事件，则会从最后一个开始依次通过ChannelPipeline中的ChannelHandler。ChannelHandler可以处理事件并检查类型，如果某个ChannelHandler不能处理则会跳过，并将事件传递到下一个ChannelHandler。ChannelPipeline可以动态添加、删除、替换其中的ChannelHandler，这样的机制可以提高灵活性。

修改ChannelPipeline的方法：

addFirst(…)，添加ChannelHandler在ChannelPipeline的第一个位置
addBefore(…)，在ChannelPipeline中指定的ChannelHandler名称之前添加ChannelHandler
addAfter(…)，在ChannelPipeline中指定的ChannelHandler名称之后添加ChannelHandler
addLast(ChannelHandler…)，在ChannelPipeline的末尾添加ChannelHandler
remove(…)，删除ChannelPipeline中指定的ChannelHandler
replace(…)，替换ChannelPipeline中指定的ChannelHandler

[java] view plaincopy

ChannelPipeline pipeline = ch.pipeline();
FirstHandler firstHandler = new FirstHandler();
pipeline.addLast(“handler1”, firstHandler);
pipeline.addFirst(“handler2”, new SecondHandler());
pipeline.addLast(“handler3”, new ThirdHandler());
pipeline.remove(““handler3“”);
pipeline.remove(firstHandler);
pipeline.replace(“handler2”, “handler4”, new FourthHandler());

被添加到ChannelPipeline的ChannelHandler将通过IO-Thread处理事件，这意味了必须不能有其他的IO-Thread阻塞来影响IO的整体处理；有时候可能需要阻塞，例如JDBC。因此，Netty允许通过一个EventExecutorGroup到每一个ChannelPipeline.add\*方法，自定义的事件会被包含在EventExecutorGroup中的EventExecutor来处理，默认的实现是DefaultEventExecutorGroup。
ChannelPipeline除了一些修改的方法，还有很多其他的方法，具体是方法及使用可以看API文档或源码。

6.2 ChannelHandlerContext

每个ChannelHandler被添加到ChannelPipeline后，都会创建一个ChannelHandlerContext并与之创建的ChannelHandler关联绑定。ChannelHandlerContext允许ChannelHandler与其他的ChannelHandler实现进行交互，这是相同ChannelPipeline的一部分。ChannelHandlerContext不会改变添加到其中的ChannelHandler，因此它是安全的。
6.2.1 通知下一个ChannelHandler

在相同的ChannelPipeline中通过调用ChannelInboundHandler和ChannelOutboundHandler中各个方法中的一个方法来通知最近的handler，通知开始的地方取决你如何设置。下图显示了ChannelHandlerContext、ChannelHandler、ChannelPipeline的关系：
如果你想有一些事件流全部通过ChannelPipeline，有两个不同的方法可以做到：

调用Channel的方法
调用ChannelPipeline的方法

这两个方法都可以让事件流全部通过ChannelPipeline。无论从头部还是尾部开始，因为它主要依赖于事件的性质。如果是一个“入站”事件，它开始于头部；若是一个“出站”事件，则开始于尾部。
下面的代码显示了一个写事件如何通过ChannelPipeline从尾部开始：

[java] view plaincopy

@Override
protected void initChannel(SocketChannel ch) throws Exception {
ch.pipeline().addLast(new ChannelInboundHandlerAdapter() {
@Override
public void channelActive(ChannelHandlerContext ctx) throws Exception {
//Event via Channel
Channel channel = ctx.channel();
channel.write(Unpooled.copiedBuffer(“netty in action”, CharsetUtil.UTF_8));
//Event via ChannelPipeline
ChannelPipeline pipeline = ctx.pipeline();
pipeline.write(Unpooled.copiedBuffer(“netty in action”, CharsetUtil.UTF_8));
}
});
}

下图表示通过Channel或ChannelPipeline的通知：

可能你想从ChannelPipeline的指定位置开始，不想流经整个ChannelPipeline，如下情况：

为了节省开销，不感兴趣的ChannelHandler不让通过
排除一些ChannelHandler

在这种情况下，你可以使用ChannelHandlerContext的ChannelHandler通知起点。它使用ChannelHandlerContext执行下一个ChannelHandler。下面代码显示了直接使用ChannelHandlerContext操作：

[java] view plaincopy

// Get reference of ChannelHandlerContext
ChannelHandlerContext ctx = ..;
// Write buffer via ChannelHandlerContext
ctx.write(Unpooled.copiedBuffer(“Netty in Action”, CharsetUtil.UTF_8));

该消息流经ChannelPipeline到下一个ChannelHandler，在这种情况下使用ChannelHandlerContext开始下一个ChannelHandler。下图显示了事件流：

如上图显示的，从指定的ChannelHandlerContext开始，跳过前面所有的ChannelHandler，使用ChannelHandlerContext操作是常见的模式，最常用的是从ChannelHanlder调用操作，也可以在外部使用ChannelHandlerContext，因为这是线程安全的。

6.2.2 修改ChannelPipeline

调用ChannelHandlerContext的pipeline()方法能访问ChannelPipeline，能在运行时动态的增加、删除、替换ChannelPipeline中的ChannelHandler。可以保持ChannelHandlerContext供以后使用，如外部Handler方法触发一个事件，甚至从一个不同的线程。
下面代码显示了保存ChannelHandlerContext供之后使用或其他线程使用：
[java] view plaincopy

public class WriteHandler extends ChannelHandlerAdapter {
private ChannelHandlerContext ctx;
@Override
public void handlerAdded(ChannelHandlerContext ctx) throws Exception {
this.ctx = ctx;
}
public void send(String msg){
ctx.write(msg);
}
}

请注意，ChannelHandler实例如果带有@Sharable注解则可以被添加到多个ChannelPipeline。也就是说单个ChannelHandler实例可以有多个ChannelHandlerContext，因此可以调用不同ChannelHandlerContext获取同一个ChannelHandler。如果添加不带@Sharable注解的ChannelHandler实例到多个ChannelPipeline则会抛出异常；使用@Sharable注解后的ChannelHandler必须在不同的线程和不同的通道上安全使用。怎么是不安全的使用？看下面代码：

[java] view plaincopy

@Sharable
public class NotSharableHandler extends ChannelInboundHandlerAdapter {
private int count;
@Override
public void channelRead(ChannelHandlerContext ctx, Object msg) throws Exception {
count++;
System.out.println(“channelRead(…) called the “ + count + “ time“”);
ctx.fireChannelRead(msg);
}
}

上面是一个带@Sharable注解的Handler，它被多个线程使用时，里面count是不安全的，会导致count值错误。
为什么要共享ChannelHandler？使用@Sharable注解共享一个ChannelHandler在一些需求中还是有很好的作用的，如使用一个ChannelHandler来统计连接数或来处理一些全局数据等等。

6.3 状态模型

Netty有一个简单但强大的状态模型，并完美映射到ChannelInboundHandler的各个方法。下面是Channel生命周期四个不同的状态：

channelUnregistered
channelRegistered
channelActive
channelInactive

Channel的状态在其生命周期中变化，因为状态变化需要触发，下图显示了Channel状态变化：

还可以看到额外的状态变化，因为用户允许从EventLoop中注销Channel暂停事件执行，然后再重新注册。在这种情况下，你会看到多个channelRegistered和channelUnregistered状态的变化，而永远只有一个channelActive和channelInactive的状态，因为一个通道在其生命周期内只能连接一次，之后就会被回收；重新连接，则是创建一个新的通道。
下图显示了从EventLoop中注销Channel后再重新注册的状态变化：
6.4 ChannelHandler和其子类

Netty中有3个实现了ChannelHandler接口的类，其中2个是接口，一个是抽象类。如下图：
6.4.1 ChannelHandler中的方法

Netty定义了良好的类型层次结构来表示不同的处理程序类型，所有的类型的父类是ChannelHandler。ChannelHandler提供了在其生命周期内添加或从ChannelPipeline中删除的方法。

handlerAdded，ChannelHandler添加到实际上下文中准备处理事件
handlerRemoved，将ChannelHandler从实际上下文中删除，不再处理事件
exceptionCaught，处理抛出的异常

上面三个方法都需要传递ChannelHandlerContext参数，每个ChannelHandler被添加到ChannelPipeline时会自动创建ChannelHandlerContext。ChannelHandlerContext允许在本地通道安全的存储和检索值。Netty还提供了一个实现了ChannelHandler的抽象类：ChannelHandlerAdapter。ChannelHandlerAdapter实现了父类的所有方法，基本上就是传递事件到ChannelPipeline中的下一个ChannelHandler直到结束。

6.4.2 ChannelInboundHandler

ChannelInboundHandler提供了一些方法再接收数据或Channel状态改变时被调用。下面是ChannelInboundHandler的一些方法：

channelRegistered，ChannelHandlerContext的Channel被注册到EventLoop；
channelUnregistered，ChannelHandlerContext的Channel从EventLoop中注销
channelActive，ChannelHandlerContext的Channel已激活
channelInactive，ChannelHanderContxt的Channel结束生命周期
channelRead，从当前Channel的对端读取消息
channelReadComplete，消息读取完成后执行
userEventTriggered，一个用户事件被处罚
channelWritabilityChanged，改变通道的可写状态，可以使用Channel.isWritable()检查
exceptionCaught，重写父类ChannelHandler的方法，处理异常

Netty提供了一个实现了ChannelInboundHandler接口并继承ChannelHandlerAdapter的类：ChannelInboundHandlerAdapter。ChannelInboundHandlerAdapter实现了ChannelInboundHandler的所有方法，作用就是处理消息并将消息转发到ChannelPipeline中的下一个ChannelHandler。ChannelInboundHandlerAdapter的channelRead方法处理完消息后不会自动释放消息，若想自动释放收到的消息，可以使用SimpleChannelInboundHandler<I>。
看下面代码：

[java] view plaincopy

/**
* 实现ChannelInboundHandlerAdapter的Handler，不会自动释放接收的消息对象
* @author c.k
*
*/
public class DiscardHandler extends ChannelInboundHandlerAdapter {
@Override
public void channelRead(ChannelHandlerContext ctx, Object msg) throws Exception {
//手动释放消息
ReferenceCountUtil.release(msg);
}
}

[java] view plaincopy

/**
* 继承SimpleChannelInboundHandler，会自动释放消息对象
* @author c.k
*
*/
public class SimpleDiscardHandler extends SimpleChannelInboundHandler