12-高并发-netty原理和基础-基础原件+启动器

Love The Way You Lie 2023-05-29 02:44 32阅读 0赞

Netty极大地简化了TCP、UDP套接字、HTTP web服务程序的开发。

## 一、出站和入站。 ##

简单来说，出站就是指输出，入站就是指输入。

## 二、基本流程 ##

**Channel  -->   selector -->  Reactor ---> handler**

*  **第1步：通道注册。**IO源于通道（Channel）。IO是和通道（对应于底层连接而言）强相关的。一个IO事件，一定属于某个通道。但是，如果要查询通道的事件，首先要将通道注册到选择器。只需通道提前注册到Selector选择器即可，IO事件会被选择器查询到。
 *  **第2步：查询选择。**在反应器模式中，一个反应器（或者SubReactor子反应器）会负责一个线程；**不断地轮询，查询选择器中的IO事件（选择键）。**
 *  **第3步：事件分发。**如果查询到IO事件，则分发给与IO事件有绑定关系的Handler业务处理器。
 *  **第4步：完成真正的IO操作和业务处理**，这一步由Handler业务处理器负责。

以上4步，就是整个反应器模式的IO处理器流程。其中，第1步和第2步，其实是Java NIO的功能，反应器模式仅仅是利用了Java NIO的优势而已。

## 三、netty中的channel组件 ##

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## 四、netty中的反应器-Reactor ##

反应器模式中，一个反应器（或者SubReactor子反应器）会负责一个事件处理线程，不断地轮询，通过Selector选择器不断查询注册过的IO事件（选择键）。如果查询到IO事件，则分发给Handler业务处理器。

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2xpZG9uZ2xpYW5nemhpY2Fp_size_16_color_FFFFFF_t_70 1][]                   ![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2xpZG9uZ2xpYW5nemhpY2Fp_size_16_color_FFFFFF_t_70 2][]

netty的反应器为NIOEventLoop。通过关系图，可以看出：一个NioEventLoop拥有一个Thread线程，负责一个Java NIO Selector选择器的IO事件轮询。

## 五、netty中的处理器-Handler ##

*  可供选择器监控的通道IO时间类型4中：**可读-READ，可写-WRITE，连接-CONNECT，接收-ACCEPT**。
 *  选择器执行以上事件的查询，然后进行对应的事件分发，分发目标就是netty的Handler处理器。

## 六、netty的流水线 ##

*  netty设计了一个特殊的组件-ChannelPipeline-通道流水线。实际设计为一个双向链表。
 *  入站的IO操作只会且只能从INbound入站处理器类型的Handler流过。出站的IO操作只会且只能从Outbound出站处理器类型的Handler流过。

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## 七、启动器 ##

bootstrap类是netty提供的一个便利的工厂类。用来快速组装通道、反应器、处理器。

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2xpZG9uZ2xpYW5nemhpY2Fp_size_16_color_FFFFFF_t_70 4][]

## 父子通道： ##

*  连接监听类型：放在服务端，负责接收客户端的套接字连接。ACCEPT。
 *  传输数据类型：放在客户端和服务端。
 *  在netty中，将有接收关系的NIOServerSocketChannel（父）和NIOSocketChannel（子）叫做父子通道。

## EventLoopGroup线程组： ##

*  在netty中，一个EventLoop相当于一个子反应器。一个EventLoop相当于一个线程。
 *  netty的程序开发不用直接使用单个EventLoop线程，而是使用EventLoopGroup。默认的EventloopGroup内部线程数为CPU\*2。
 *  为了及时接收到新连接。在服务器端，一般有两个独立的反应器，一个反应器负责连接的监听和接收，另一个反应器负责IO事件处理。对应到netty的服务器程序中，则是设置到两个EventLoopGroup线程组，一个EventLoopGroup负责新连接监听和接收---**Boss线程组**，一个EventLoopGroup负责IO事件处理，并执行Handler处理器中的业务处理---**Worker线程组**。

## 启动流程 ##

**1.创建反应器线程组，并赋值给启动器实例。**

注：不一定非得配置两个线程组，可以仅配置一个EventLoopGroup反应器线程组。具体的配置方法是调用b.group( workerGroup)。在这种模式下，连接监听IO事件和数据传输IO事件可能被挤在了同一个线程中处理。这样会带来一个风险：新连接的接受被更加耗时的数据传输或者业务处理所阻塞。  
注：在服务器端，建议设置成两个线程组的工作模式。

//创建反应器线程组
                //boss线程组
                EventLoopGroup  bossLoopGroup = new NioEventLoopGroup(1);
                //worker线程组
                EventLoopGroup  workerLoopGroup = new NioEventLoopGroup();
                //...
                //1 设置反应器线程组
                b.group(bossLoopGroup, workerLoopGroup);

**2.设置通道的IO类型**

//2 设置nio类型的通道
                      b.channel(NioServerSocketChannel.class);

**3.设置监听端口**

//3 设置监听端口
                      b.localAddress(new InetSocketAddress(port));

**4.设置传输通道的配置选项**

注：option()设置父通道，childOption()设置子通道。

//4 设置通道的参数
                      b.option(ChannelOption.SO_KEEPALIVE, true);//是否开启心跳机制
                      b.option(ChannelOption.ALLOCATOR, PooledByteBufAllocator.DEFAULT);
    
    
    通道参数：
    SO_RCVBUF,SO_SNDBUF  
    发送缓冲区和接收缓冲区。
    TCP_NODELAY
    立即发送数据。
    SO_KEEOALIVE
    心跳机制
    SO_REUSEADDR
    地址复用
    SO_LINGER
    关闭socket的延迟时间
    SO_BACKLOG
    服务器端接收连接的队列长度
    SO_BROADCAST
    设置广播模式

**5.装配子通道的PiPeline流水线**

*   注：每一条通道的子通道，都用一条ChannelPipeline流水线。它的内部有一个双向的链表。
 *   注：父通道不需要装配流水线。他的内部业务固定：接收新连接，创建子通道，初始化子通道。
 *   注：ChannelInitializer有一泛型参数SocketChannel，代表初始化通道类型。这个类和启动器中设置的通道类型会一一对应

//5 装配子通道流水线
            b.childHandler(new ChannelInitializer<SocketChannel>() {
                //有连接到达时会创建一个通道的子通道，并初始化
                protected void initChannel(SocketChannel ch) throws Exception {
                  // 流水线管理子通道中的Handler业务处理器
                    // 向子通道流水线添加一个Handler业务处理器
                    ch.pipeline().addLast(new NettyDiscardHandler());
                }
            });

**6.开始绑定服务器新连接的监听端口**

注：在netty中，所有的IO操作都是异步执行的，IO操作会立刻返回。执行完有两种方式，**一自我阻塞到异步任务Future完成。二为Future增加时间监听器。**

// 6 开始绑定端口，通过调用sync同步方法阻塞直到绑定成功
            ChannelFuturechannelFuture = b.bind().sync();
            Logger.info(" 服务器启动成功，监听端口： " +
            channelFuture.channel().localAddress());

**7.自我阻塞，知道通道关闭。**

注：当通道被关闭时，closeFuture实例的sync()方法返回。

// 7 等待通道关闭
            // 自我阻塞，直到通道关闭的异步任务结束
            ChannelFuturecloseFuture = channelFuture.channel().closeFuture();
            closeFuture.sync();

**8.关闭EventLoopGroup**

注：关闭Reactor反应器线程组，同时会关闭内部的subReactor子反应器线程，也会关闭内部的Selector选择器、内部的轮询线程以及负责查询的所有的子通道。在子通道关闭后，会释放掉底层的资源，如TCP Socket文件描述符等。

// 8关闭EventLoopGroup，
            // 释放掉所有资源，包括创建的反应器线程
            workerLoopGroup.shutdownGracefully();
            bossLoopGroup.shutdownGracefully();

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