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Netty初步讲解和认识
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网络通信模型
Netty支持多种网络通信模型#xff0c;包括传统的阻塞I/O、非阻塞I/O、多路复用I/O和异步I/O。其中#xff0c;非阻塞I/O和多路复用I/O是Netty的核心特性。 非阻塞I/O#xff1a;Netty通过使用Java的NIO#xff08;New I/O包括传统的阻塞I/O、非阻塞I/O、多路复用I/O和异步I/O。其中非阻塞I/O和多路复用I/O是Netty的核心特性。 非阻塞I/ONetty通过使用Java的NIONew I/O库实现了非阻塞的I/O操作。这意味着当一个操作正在进行时不会阻塞线程线程可以继续处理其他任务。这种模型非常适合高并发的网络应用程序可以提供更高的吞吐量和并发性能。 多路复用I/ONetty使用了Reactor模式通过一个线程池处理多个I/O事件提高了系统的资源利用率。Netty的多路复用I/O模型可以同时处理成千上万个连接而每个连接只需使用一个线程极大地减少了线程的创建和上下文切换开销。
事件处理
Netty使用了事件驱动的编程模型来处理网络操作。它提供了一系列的事件和处理器开发者可以根据自己的需求自定义处理逻辑。 事件Netty的核心是事件它代表了网络操作中的各种状态和动作如连接建立、数据接收、数据发送等。Netty提供了多种类型的事件每个事件都有对应的处理器进行处理。 处理器处理器是用于处理特定类型事件的组件它包含了业务逻辑的实现。开发者可以通过编写自定义的处理器来实现特定的功能。处理器可以被链接成处理器链形成一个处理事件的流水线。
通过使用事件和处理器开发者可以实现复杂的网络应用程序例如实现自定义的协议、数据解析、安全认证等。
协议设计
Netty提供了灵活的协议设计和实现能力使开发者可以轻松构建自己的网络协议。 编解码器Netty提供了一系列的编解码器用于将字节数据和Java对象相互转换。这些编解码器可以用于构建自定义协议实现数据的序列化和反序列化。 自定义协议通过使用Netty的事件和处理器机制开发者可以自定义网络协议。可以根据自己的需求定义协议的消息格式、数据传输方式、错误处理等。
性能优化
Netty提供了许多性能优化的功能和技术以提高网络应用程序的性能和可扩展性。 零拷贝Netty使用了零拷贝技术避免了数据在内存之间的复制操作减少了CPU和内存的开销。这对于处理大量数据的高性能应用程序尤为重要。 内存管理Netty提供了高效的内存管理机制可以有效地管理内存的分配和释放。它使用了内存池和内存复用的技术减少了内存的分配和回收频率提高了性能。 高性能传输Netty支持多种高性能传输协议如TCP、UDP和Unix域套接字。开发者可以根据自己的需求选择合适的传输协议以获得最佳的性能。
在本篇博客中我们将学习如何使用Netty框架实现基于Socket的异步通信。Netty是一个高性能、异步事件驱动的网络应用程序框架它简化了网络编程的复杂性并提供了可靠的、高效的数据传输。
使用Netty实现Socket网络编程
环境准备
在开始之前确保您已经安装了Java和Maven。然后按照以下步骤进行操作
创建一个Maven项目并在pom.xml中添加以下依赖项
dependenciesdependencygroupIdio.netty/groupIdartifactIdnetty-all/artifactIdversion4.1.78.Final/version/dependency
/dependencies在src/main/java目录下创建以下两个Java类Server.java和Client.java。
服务端代码
在Server.java中我们将创建一个服务端并监听指定的端口。当客户端连接到服务器时我们将打印出连接成功的消息并向客户端发送一条欢迎消息。
import io.netty.bootstrap.ServerBootstrap;
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.NioServerSocketChannel;
import io.netty.handler.logging.LogLevel;
import io.netty.handler.logging.LoggingHandler;public class Server {private int port;public Server(int port) {this.port port;}public void start() throws Exception {EventLoopGroup bossGroup new NioEventLoopGroup();EventLoopGroup workerGroup new NioEventLoopGroup();try {ServerBootstrap b new ServerBootstrap();b.group(bossGroup, workerGroup).channel(NioServerSocketChannel.class).handler(new LoggingHandler(LogLevel.INFO)).childHandler(new ChannelInitializerSocketChannel() {Overridepublic void initChannel(SocketChannel ch) throws Exception {// 这里可以流水线式加载各种Handler,以实现预期的功能ch.pipeline().addLast(new ServerHandler());}});ChannelFuture f b.bind(port).sync();System.out.println(Server started on port port);f.channel().closeFuture().sync();} finally {workerGroup.shutdownGracefully();bossGroup.shutdownGracefully();}}public static void main(String[] args) throws Exception {int port 8080;new Server(port).start();}
}在上述代码中我们创建了两个EventLoopGroupbossGroup和workerGroup。bossGroup负责接受客户端的连接而workerGroup负责处理客户端的请求。
我们使用ServerBootstrap配置和启动服务器。在childHandler方法中我们初始化通道的处理器链并添加了一个名为ServerHandler的处理器。
通过bind方法绑定服务器端口并通过sync方法等待服务器启动完成。
客户端代码
在Client.java中我们将创建一个客户端并连接到指定的服务器。一旦连接成功我们将向服务器发送一条消息并打印出服务器返回的响应消息。
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;public class Client {private String host;private int port;public Client(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).handler(new ChannelInitializerSocketChannel() {Overridepublic void initChannel(SocketChannel ch) throws Exception {ch.pipeline().addLast(new ClientHandler());}});ChannelFuture f b.connect(host, port).sync();System.out.println(Connected to server: host : port);// 发送消息给服务器String message Hello, server!;f.channel().writeAndFlush(message);// 等待直到连接关闭f.channel().closeFuture().sync();} finally {group.shutdownGracefully();}}public static void main(String[] args) throws Exception {String host localhost;int port 8080;new Client(host, port).start();}
}在上述代码中我们创建了一个EventLoopGroup并使用Bootstrap配置和启动客户端。在handler方法中我们初始化通道的处理器链并添加了一个名为ClientHandler的处理器。
通过connect方法连接到服务器并通过sync方法等待连接完成。
在连接建立后我们向服务器发送一条消息并使用writeAndFlush方法将其发送给服务器。
最后我们通过调用closeFuture方法等待连接关闭。
服务端处理器
在ServerHandler.java中我们编写一个处理器用于处理从客户端接收到的消息并发送响应消息。
import io.netty.buffer.ByteBuf;
import io.netty.channel.ChannelHandlerContext;
import io.netty.channel.ChannelInboundHandlerAdapter;public class ServerHandler extends ChannelInboundHandlerAdapter {Overridepublic void channelRead(ChannelHandlerContext ctx, Object msg) throws Exception {// 读取客户端发送的消息ByteBuf buf (ByteBuf) msg;String message buf.toString();System.out.println(Received message from client: message);// 发送响应消息给客户端String response Hello, client!;ByteBuf responseBuf ctx.alloc().buffer(response.length());responseBuf.writeBytes(response.getBytes());ctx.writeAndFlush(responseBuf);}Overridepublic void exceptionCaught(ChannelHandlerContext ctx, Throwable cause) throws Exception {cause.printStackTrace();ctx.close();}
}在上述代码中我们重写了channelRead方法用于读取客户端发送的消息。我们将接收到的消息转换为字符串并打印出来。
然后我们准备发送响应消息给客户端。首先我们创建一个ByteBuf来存储响应消息的字节数据。然后将字符串转换为字节数组并将其写入ByteBuf中。
最后我们使用ctx.writeAndFlush方法将响应消息发送给客户端。
客户端处理器
在ClientHandler.java中我们编写一个处理器用于处理从服务器接收到的响应消息。
import io.netty.buffer.ByteBuf;
import io.netty.channel.ChannelHandlerContext;
import io.netty.channel.ChannelInboundHandlerAdapter;public class ClientHandler extends ChannelInboundHandlerAdapter {Overridepublic void channelRead(ChannelHandlerContext ctx, Object msg) throws Exception {// 读取服务器发送的响应消息ByteBuf buf (ByteBuf) msg;String response buf.toString();System.out.println(Received response from server: response);// 关闭连接ctx.close();}Overridepublic void exceptionCaught(ChannelHandlerContext ctx, Throwable cause) throws Exception {cause.printStackTrace();ctx.close();}
}在上述代码中我们重写了channelRead方法用于读取服务器发送的响应消息。我们将接收到的消息转换为字符串并打印出来。
然后我们调用ctx.close方法关闭与服务器的连接。
运行应用程序
现在我们已经完成了Netty的Socket网络编程示例。在终端中分别运行Server和Client的main方法您将看到服务器和客户端之间的通信。
这就是使用Netty实现Socket网络编程的基本过程。通过使用Netty我们可以轻松地构建高性能的、可靠的网络应用程序。
Netty实现静态页面的网络请求基础流程:
import io.netty.bootstrap.ServerBootstrap;
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.NioServerSocketChannel;
import io.netty.handler.logging.LogLevel;
import io.netty.handler.logging.LoggingHandler;public class Server {private int port;public Server(int port) {this.port port;}public void start() throws Exception {EventLoopGroup bossGroup new NioEventLoopGroup();EventLoopGroup workerGroup new NioEventLoopGroup();try {ServerBootstrap b new ServerBootstrap();b.group(bossGroup, workerGroup).channel(NioServerSocketChannel.class).handler(new LoggingHandler(LogLevel.INFO)).childHandler(new ChannelInitializerSocketChannel() {Overridepublic void initChannel(SocketChannel ch) throws Exception {// 这里可以流水线式加载各种Handler,以实现预期的功能ch.pipeline().{添加后续的Http处理器(见下文)}}});ChannelFuture f b.bind(port).sync();System.out.println(Server started on port port);f.channel().closeFuture().sync();} finally {workerGroup.shutdownGracefully();bossGroup.shutdownGracefully();}}public static void main(String[] args) throws Exception {int port 8080;new Server(port).start();}
}如在这里添加一个对于页面的解决方案,创建一个新的类封装;
import io.netty.handler.codec.http.DefaultFullHttpResponse;
import io.netty.handler.codec.http.FullHttpResponse;
import io.netty.handler.codec.http.HttpResponseStatus;
import io.netty.handler.codec.http.HttpVersion;import java.io.IOException;
import java.io.InputStream;public class PageResolver {//直接单例模式private static final PageResolver INSTANCE new PageResolver();private PageResolver(){}public static PageResolver getInstance(){return INSTANCE;}//请求路径给进来接着我们需要将页面拿到然后转换成响应数据包发回去public FullHttpResponse resolveResource(String path){if(path.startsWith(/)) { //判断一下是不是正常的路径请求path path.equals(/) ? index.html : path.substring(1); //如果是直接请求根路径那就默认返回index页面否则就该返回什么路径的文件就返回什么try(InputStream stream this.getClass().getClassLoader().getResourceAsStream(path)) {if(stream ! null) { //拿到文件输入流之后才可以返回页面byte[] bytes new byte[stream.available()];stream.read(bytes);return this.packet(HttpResponseStatus.OK, bytes); //数据先读出来然后交给下面的方法打包}} catch (IOException e){e.printStackTrace();}}//其他情况一律返回404return this.packet(HttpResponseStatus.NOT_FOUND, 404 Not Found!.getBytes());}//包装成FullHttpResponse把状态码和数据写进去private FullHttpResponse packet(HttpResponseStatus status, byte[] data){FullHttpResponse response new DefaultFullHttpResponse(HttpVersion.HTTP_1_1, status);response.content().writeBytes(data);return response;}
}然后把流水线中加入这个Http的解码器和译码器,以及一个ChannelInboundHandlerAdapter,处理解析到的数据;
ch.pipeline().addLast(new HttpRequestDecoder()) //Http请求解码器.addLast(new HttpObjectAggregator(Integer.MAX_VALUE)) //搞一个聚合器将内容聚合为一个FullHttpRequest参数是最大内容长度.addLast(new ChannelInboundHandlerAdapter(){Overridepublic void channelRead(ChannelHandlerContext ctx, Object msg) throws Exception {FullHttpRequest request (FullHttpRequest) msg;//请求进来了直接走解析PageResolver resolver PageResolver.getInstance();ctx.channel().writeAndFlush(resolver.resolveResource(request.uri()));ctx.channel().close();}}).addLast(new HttpResponseEncoder());可以在添加一个自定义组件例如:
import io.netty.channel.ChannelHandlerContext;
import io.netty.channel.ChannelInboundHandlerAdapter;
import io.netty.channel.EventLoopGroup;
import io.netty.handler.codec.http.FullHttpRequest;import java.util.Objects;public class ShutdownHandler extends ChannelInboundHandlerAdapter {public EventLoopGroup bootstrap;public EventLoopGroup workstrap;public ShutdownHandler(EventLoopGroup bootstrap,EventLoopGroup workstrap){this.bootstrap bootstrap;this.workstrap workstrap;}Overridepublic void channelRead(ChannelHandlerContext ctx, Object msg) throws Exception {FullHttpRequest request (FullHttpRequest) msg;String uri request.uri();// 关闭服务if(Objects.equals(uri, /shutdown)){ctx.channel().close();bootstrap.shutdownGracefully();workstrap.shutdownGracefully();}else{// 继续向下传递消息ctx.fireChannelRead(msg);}}
}
Server的总代码:
import io.netty.bootstrap.ServerBootstrap;
import io.netty.channel.*;
import io.netty.channel.nio.NioEventLoopGroup;
import io.netty.channel.socket.SocketChannel;
import io.netty.channel.socket.nio.NioServerSocketChannel;
import io.netty.handler.codec.http.FullHttpRequest;
import io.netty.handler.codec.http.HttpObjectAggregator;
import io.netty.handler.codec.http.HttpRequestDecoder;
import io.netty.handler.codec.http.HttpResponseEncoder;
import io.netty.handler.logging.LogLevel;
import io.netty.handler.logging.LoggingHandler;
import org.example.handler.PageResolver;
import org.example.handler.ShutdownHandler;public class Server {private final int port;public Server(int port) {this.port port;}public void start() throws Exception {EventLoopGroup bossGroup new NioEventLoopGroup();EventLoopGroup workerGroup new NioEventLoopGroup();try {ServerBootstrap b new ServerBootstrap();b.group(bossGroup, workerGroup).channel(NioServerSocketChannel.class).handler(new LoggingHandler(LogLevel.INFO)).childHandler(new ChannelInitializerSocketChannel() {Overridepublic void initChannel(SocketChannel ch) throws Exception {// 这里可以流水线式加载各种Handler,以实现预期的功能ch.pipeline().addLast(new HttpRequestDecoder()) //Http请求解码器.addLast(new HttpObjectAggregator(Integer.MAX_VALUE)) //搞一个聚合器将内容聚合为一个FullHttpRequest参数是最大内容长度.addLast(new ShutdownHandler(bossGroup, workerGroup)).addLast(new ChannelInboundHandlerAdapter(){Overridepublic void channelRead(ChannelHandlerContext ctx, Object msg) throws Exception {FullHttpRequest request (FullHttpRequest) msg;//请求进来了直接走解析PageResolver resolver PageResolver.getInstance();ctx.channel().writeAndFlush(resolver.resolveResource(request.uri()));ctx.channel().close();}}).addLast(new HttpResponseEncoder());}});ChannelFuture f b.bind(port).sync();System.out.println(Server started on port port);f.channel().closeFuture().sync();} finally {workerGroup.shutdownGracefully();bossGroup.shutdownGracefully();}}public static void main(String[] args) throws Exception {int port 8081;new Server(port).start();}
}最后启动服务器,就可以访问到resource中的静态页面资源了。
