Netty（一）——Netty入门程序

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有兴趣的可先了解下：4种I/O的对比与选型

主要内容包括：

• Netty开发环境的搭建
• 服务端程序TimeServer开发
• 客户端程序TimeClient开发
• 时间服务器的运行和调试

1.Netty开发环境的搭建

　　前提：电脑上已经安装了JDK1.7并配置了JDK的环境变量path。

　　从Netty官网下载Netty最新安装包，解压。

　　这时会发现里面包含了各个模块的.jar包和源码，由于我们直接以二进制类库的方式使用Netty，所以只需要netty-all-4.1.15.Final.jar即可。

　　新建Java工程，引入netty-all-4.1.15.Final.jar。

2.Netty服务端开发

　　在使用Netty开发TimeServer之前，先回顾一下使用NIO进行服务端开发的步骤。

1. 创建ServerSocketChannel，配置它为非阻塞模式；
2. 绑定监听，配置TCP参数，例如backlog大小；
3. 创建一个独立的I/O线程，用于轮询多路复用器Selector；
4. 创建Selector，将之前创建的ServerSocketChannel注册到Selector上，监听SelectionKey.ACCEPT;
5. 启动I/O线程，在循环体中执行Selector.select()方法，轮询就绪的Channel；
6. 当轮询到了就绪状态的Channel时，需要对其进行判断，如果是OP_ACCEPT状态，说明是新的客户端接入，则调用ServerSocketChannel.accept()方法接受新的客户端；
7. 设置新接入的客户端链路SocketChannel为非阻塞模式，配置其他的一些TCP参数；
8. 将SocketChannel注册到Selector，监听OP_READ操作位；
9. 如果轮询的Channel为OP_READ，则说明SocketChannel中有新的就绪的数据包需要读取，则构造ByteBuffer对象，读取数据包；
10. 如果轮询的Channel为OP_WRITE，说明数据还没有发送完成，需要继续发送。

　　一个简单的NIO服务端程序，如果需要我们直接使用JDK的NIO类库进行开发，竟然需要经过繁琐的十多步操作才能完成最基本的消息读取和发送，这也是我们选择Netty等NIO框架的原因了，下面我们看看使用Netty是如何轻松搞定服务端开发的。

package joanna.yan.netty;

import io.netty.bootstrap.ServerBootstrap;
import io.netty.channel.ChannelFuture;
import io.netty.channel.ChannelInitializer;
import io.netty.channel.ChannelOption;
import io.netty.channel.EventLoopGroup;
import io.netty.channel.nio.NioEventLoopGroup;
import io.netty.channel.socket.SocketChannel;
import io.netty.channel.socket.nio.NioServerSocketChannel;

public class TimeServer {
    
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        int port=9090;
        if(args!=null&&args.length>0){
            try {
                port=Integer.valueOf(args[0]);
            } catch (Exception e) {
                // 采用默认值
            }
        }
        new TimeServer().bind(port);
    }
    
    public void bind(int port) throws Exception{
        /*
         * 配置服务端的NIO线程组，它包含了一组NIO线程，专门用于网络事件的处理，实际上它们就是Reactor线程组。
         * 这里创建两个的原因：一个用于服务端接受客户端的连接，
         * 另一个用于进行SocketChannel的网络读写。
         */
        EventLoopGroup bossGroup=new NioEventLoopGroup();
        EventLoopGroup workerGroup=new NioEventLoopGroup();
        try {
            //ServerBootstrap对象，Netty用于启动NIO服务端的辅助启动类，目的是降低服务端的开发复杂度。
            ServerBootstrap b=new ServerBootstrap();
            b.group(bossGroup, workerGroup)
             .channel(NioServerSocketChannel.class)
             .option(ChannelOption.SO_BACKLOG, 1024)
             /*
              * 绑定I/O事件的处理类ChildChannelHandler，它的作用类似于Reactor模式中的handler类，
              * 主要用于处理网络I/O事件，例如：记录日志、对消息进行编解码等。
              */
             .childHandler(new ChildChannelHandler());
            /*
             * 绑定端口，同步等待成功（调用它的bind方法绑定监听端口，随后，调用它的同步阻塞方法sync等待绑定操作完成。
             * 完成之后Netty会返回一个ChannelFuture,它的功能类似于JDK的java.util.concurrent.Future，
             * 主要用于异步操作的通知回调。）
             */
            ChannelFuture f=b.bind(port).sync();
            
            //等待服务端监听端口关闭（使用f.channel().closeFuture().sync()方法进行阻塞，等待服务端链路关闭之后main函数才退出。）
            f.channel().closeFuture().sync();
        }finally{
            //优雅退出，释放线程池资源
            bossGroup.shutdownGracefully();
            workerGroup.shutdownGracefully();
        }
    }
    
    private class ChildChannelHandler extends ChannelInitializer<SocketChannel>{

        @Override
        protected void initChannel(SocketChannel arg0) throws Exception {
            arg0.pipeline().addLast(new TimeServerHandler());
        }      
    }
}

package joanna.yan.netty;

import java.sql.Date;
import io.netty.buffer.ByteBuf;
import io.netty.buffer.Unpooled;
import io.netty.channel.ChannelHandlerContext;
import io.netty.channel.ChannelInboundHandlerAdapter;

/**
 * 用于对网络事件进行读写操作
 * @author Joanna.Yan
 * @date 2017年11月8日下午4:15:13
 */
//public class TimeServerHandler extends ChannelHandlerAdapter{//已摒弃
public class TimeServerHandler extends ChannelInboundHandlerAdapter{

    @Override
    public void channelRead(ChannelHandlerContext ctx, Object msg)
            throws Exception {
        //ByteBuf类似于JDK中的java.nio.ByteBuffer对象，不过它提供了更加强大和灵活的功能。
        ByteBuf buf=(ByteBuf) msg;
        byte[] req=new byte[buf.readableBytes()];
        buf.readBytes(req);
        String body=new String(req, "UTF-8");
        System.out.println("The time server receive order : "+body);
        String currentTime="QUERY TIME ORDER".equalsIgnoreCase(body) ? new 
                Date(System.currentTimeMillis()).toString() : "BAD ORDER";
        ByteBuf resp=Unpooled.copiedBuffer(currentTime.getBytes());
        ctx.write(resp);
    }

    @Override
    public void channelReadComplete(ChannelHandlerContext ctx) throws Exception {
        /*
         * ctx.flush();将消息发送队列中的消息写入到SocketChannel中发送给对方。
         * 从性能角度考虑，为了防止频繁地唤醒Selector进行消息发送，Netty的write方法并不直接将消息写入SocketChannel中，
         * 调用write方法只是把待发送的消息放到发送缓冲数组中，再通过调用flush方法，将发送缓冲区中的消息全部写到SocketChannel中。
         */
        ctx.flush();
    }

    @Override
    public void exceptionCaught(ChannelHandlerContext ctx, Throwable cause)
            throws Exception {
        ctx.close();
    }    
}

3.Netty客户端开发

package joanna.yan.netty;

import io.netty.bootstrap.Bootstrap;
import io.netty.channel.ChannelFuture;
import io.netty.channel.ChannelInitializer;
import io.netty.channel.ChannelOption;
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 TimeClient {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        int port=9019;
        if(args!=null&&args.length>0){
            try {
                port=Integer.valueOf(args[0]);
            } catch (Exception e) {
                // 采用默认值
            }
        }
        new TimeClient().connect(port, "127.0.0.1");
    }
    
    public void connect(int port,String host) throws Exception{
        //配置客户端NIO线程组
        EventLoopGroup group=new NioEventLoopGroup();
        
        try {
            Bootstrap b=new Bootstrap();
            b.group(group)
            .channel(NioSocketChannel.class)
            .option(ChannelOption.TCP_NODELAY, true)
            .handler(new ChannelInitializer<SocketChannel>() {

                @Override
                protected void initChannel(SocketChannel ch) throws Exception {
                    ch.pipeline().addLast(new TimeClientHandler());
                }
            });
            
            //发起异步连接操作
            ChannelFuture f=b.connect(host, port).sync();
            
            //等待客户端链路关闭
            f.channel().closeFuture().sync();
        }finally{
            //优雅退出，释放NIO线程组
            group.shutdownGracefully();
        }
    }
}

package joanna.yan.netty;

import java.util.logging.Logger;
import io.netty.buffer.ByteBuf;
import io.netty.buffer.Unpooled;
import io.netty.channel.ChannelHandlerContext;
import io.netty.channel.ChannelInboundHandlerAdapter;
import io.netty.channel.SimpleChannelInboundHandler;

//public class TimeClientHandler extends ChannelHandlerAdapter{//已摒弃
public class TimeClientHandler extends ChannelInboundHandlerAdapter{
    private static final Logger logger=Logger.getLogger(TimeClientHandler.class.getName());
    private final ByteBuf firstMessage;
    
    public TimeClientHandler(){
        byte[] req="QUERY TIME ORDER".getBytes();
        firstMessage=Unpooled.buffer(req.length);
        firstMessage.writeBytes(req);
    }

    /**
     * 当客户端和服务端TCP链路建立成功之后，Netty的NIO线程会调用channelActive方法，
     * 发送查询时间的指令给服务端。
     */
    @Override
    public void channelActive(ChannelHandlerContext ctx) throws Exception {
        //将请求信息发送给服务端
        ctx.writeAndFlush(firstMessage);
    }

    /**
     * 当服务端返回应答消息时调用channelRead方法
     */
    @Override
    public void channelRead(ChannelHandlerContext ctx, Object msg)
            throws Exception {
        ByteBuf buf=(ByteBuf) msg;
        byte[] req=new byte[buf.readableBytes()];
        buf.readBytes(req);
        String body=new String(req, "UTF-8");
        System.out.println("Now is :"+body);
    }
    
    /**
     * 发生异常是，打印异常日志，释放客户端资源。
     */
    @Override
    public void exceptionCaught(ChannelHandlerContext ctx, Throwable cause)
            throws Exception {
        //释放资源
        logger.warning("Unexpected exception from downstream : "+cause.getMessage());
        ctx.close();
    }  
}

 ChannelInboundHandlerAdapter和SimpleChannelInboundHandler的使用区分：

 　　ChannelInboundHandlerAdapter是普通类，而SimpleChannelInboundHandler<T>是抽象类，继承SimpleChannelInboundHandler的类必须实现channelRead0方法；SimpleChannelInboundHandler<T>有一个重要特性，就是消息被读取后，会自动释放资源，常见的IM聊天软件的机制就类似这种。而且SimpleChannelInboundHandler类是继承了ChannelInboundHandlerAdapter类，重写了channelRead()方法，并新增抽象类。绝大部分场景都可以用ChannelInboundHandlerAdapter来处理。

4.运行与调试

　　服务端运行结果：

　　客户端运行结果：

　　运行结果正确。可以发现，通过Netty开发的NIO服务端和客户端非常简单，短短几十行代码就能完成之前NIO程序需要几百行才能完成的功能。基于Netty的应用开发不但API使用简单、开发模式固定，而且扩展性和定制性非常好，后面，会通过更多应用来介绍Netty的强大功能。

　　需要指出的是，本示例没有考虑读半包的处理，对于功能演示或者测试，上述程序没有问题，但是稍加改造进行性能或者压力测试，它就不能正确地工作了。后面我们会给出能够正确处理半包消息的应用实例。

Netty（二）——TCP粘包/拆包

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