Netty那点事(一)概述

原创
2013/09/21 23:22
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Netty和Mina是Java世界非常知名的通讯框架。它们都出自同一个作者,Mina诞生略早,属于Apache基金会,而Netty开始在Jboss名下,后来出来自立门户netty.io。关于Mina已有@FrankHui的Mina系列文章,我正好最近也要做一些网络方面的开发,就研究一下Netty的源码,顺便分享出来了。

Netty目前有两个分支:4.x和3.x。4.0分支重写了很多东西,并对项目进行了分包,规模比较庞大,入手会困难一些,而3.x版本则已经被广泛使用。本系列文章针对netty 3.7.0 final。3.x和4.0的区别可以参考这篇文章:http://www.oschina.net/translate/netty-4-0-new-and-noteworthy?print

起:Netty是什么

大概用Netty的,无论新手还是老手,都知道它是一个“网络通讯框架”。所谓框架,基本上都是一个作用:基于底层API,提供更便捷的编程模型。那么"通讯框架"到底做了什么事情呢?回答这个问题并不太容易,我们不妨反过来看看,不使用netty,直接基于NIO编写网络程序,你需要做什么(以Server端TCP连接为例,这里我们使用Reactor模型):

  1. 监听端口,建立Socket连接
  2. 建立线程,处理内容
    1. 读取Socket内容,并对协议进行解析
    2. 进行逻辑处理
    3. 回写响应内容
    4. 如果是多次交互的应用(SMTP、FTP),则需要保持连接多进行几次交互
  3. 关闭连接

建立线程是一个比较耗时的操作,同时维护线程本身也有一些开销,所以我们会需要多线程机制,幸好JDK已经有很方便的多线程框架了,这里我们不需要花很多心思。

此外,因为TCP连接的特性,我们还要使用连接池来进行管理:

  1. 建立TCP连接是比较耗时的操作,对于频繁的通讯,保持连接效果更好
  2. 对于并发请求,可能需要建立多个连接
  3. 维护多个连接后,每次通讯,需要选择某一可用连接
  4. 连接超时和关闭机制

想想就觉得很复杂了!实际上,基于NIO直接实现这部分东西,即使是老手也容易出现错误,而使用Netty之后,你只需要关注逻辑处理部分就可以了。

承:体验Netty

这里我们引用Netty的example包里的一个例子,一个简单的EchoServer,它接受客户端输入,并将输入原样返回。其主要代码如下:

<!-- lang: java -->
public void run() {
    // Configure the server.
    ServerBootstrap bootstrap = new ServerBootstrap(
            new NioServerSocketChannelFactory(
                    Executors.newCachedThreadPool(),
                    Executors.newCachedThreadPool()));

    // Set up the pipeline factory.
    bootstrap.setPipelineFactory(new ChannelPipelineFactory() {
        public ChannelPipeline getPipeline() throws Exception {
            return Channels.pipeline(new EchoServerHandler());
        }
    });

    // Bind and start to accept incoming connections.
    bootstrap.bind(new InetSocketAddress(port));
}

这里EchoServerHandler是其业务逻辑的实现者,大致代码如下:

<!-- lang: java -->
public class EchoServerHandler extends SimpleChannelUpstreamHandler {

    @Override
    public void messageReceived(
            ChannelHandlerContext ctx, MessageEvent e) {
        // Send back the received message to the remote peer.
        e.getChannel().write(e.getMessage());
    }
}

还是挺简单的,不是吗?

转:Netty背后的事件驱动机制

完成了以上一段代码,我们算是与Netty进行了第一次亲密接触。如果想深入学习呢?

首先推荐Netty的官方User Guide:http://netty.io/3.7/guide/。其次,阅读源码是了解一个开源工具非常好的手段,但是Java世界的框架大多追求大而全,功能完备,如果逐个阅读,难免迷失方向,Netty也并不例外。相反,抓住几个重点对象,理解其领域概念及设计思想,从而理清其脉络,相当于打通了任督二脉,以后的阅读就不再困难了。

理解Netty的关键点在哪呢?我觉得,除了NIO的相关知识,另一个就是事件驱动的设计思想。什么叫事件驱动?我们回头看看EchoServerHandler的代码,其中的参数:public void messageReceived(ChannelHandlerContext ctx, MessageEvent e),MessageEvent就是一个事件。这个事件携带了一些信息,例如这里e.getMessage()就是消息的内容,而EchoServerHandler则描述了处理这种事件的方式。一旦某个事件触发,相应的Handler则会被调用,并进行处理。这种事件机制在UI编程里广泛应用,而Netty则将其应用到了网络编程领域。

在Netty里,所有事件都来自ChannelEvent接口,这些事件涵盖监听端口、建立连接、读写数据等网络通讯的各个阶段。而事件的处理者就是ChannelHandler,这样,不但是业务逻辑,连网络通讯流程中底层的处理,都可以通过实现ChannelHandler来完成了。事实上,Netty内部的连接处理、协议编解码、超时等机制,都是通过handler完成的。当博主弄明白其中的奥妙时,不得不佩服这种设计!

下图描述了Netty进行事件处理的流程。Channel是连接的通道,是ChannelEvent的产生者,而ChannelPipeline可以理解为ChannelHandler的集合。

event driven in Netty

合:开启Netty源码之门

理解了Netty的事件驱动机制,我们现在可以来研究Netty的各个模块了。Netty的包结构如下:

<!-- lang: ruby -->
org
└── jboss
    └── netty
		├── bootstrap 配置并启动服务的类
		├── buffer 缓冲相关类,对NIO Buffer做了一些封装
		├── channel 核心部分,处理连接
		├── container 连接其他容器的代码
		├── example 使用示例
		├── handler 基于handler的扩展部分,实现协议编解码等附加功能
		├── logging 日志
		└── util 工具类

在这里面,channelhandler两部分比较复杂。我们不妨与Netty官方的结构图对照一下,来了解其功能。

components in Netty

具体的解释可以看这里:http://netty.io/3.7/guide/#architecture。图中可以看到,除了之前说到的事件驱动机制之外,Netty的核心功能还包括两部分:

  • Zero-Copy-Capable Rich Byte Buffer

    零拷贝的Buffer。为什么叫零拷贝?因为在数据传输时,最终处理的数据会需要对单个传输层的报文,进行组合或者拆分。NIO原生的ByteBuffer要做到这件事,需要对ByteBuffer内容进行拷贝,产生新的ByteBuffer,而Netty通过提供Composite(组合)和Slice(切分)两种Buffer来实现零拷贝。这部分代码在org.jboss.netty.buffer包中。

  • Universal Communication API

    统一的通讯API。因为Java的Old I/O和New I/O,使用了互不兼容的API,而Netty则提供了统一的API(org.jboss.netty.channel.Channel)来封装这两种I/O模型。这部分代码在org.jboss.netty.channel包中。

此外,Protocol Support功能通过handler机制实现。

接下来的文章,我们会根据模块,详细的对Netty源码进行分析。

最后附上Netty那点事系列文章/代码的Github地址:https://github.com/code4craft/netty-learning

参考资料:

Netty那点事系列文章索引

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Zero-Copy-Capable Rich Byte Buffer 这块 楼主 解释的 浅尝辄止了,没理解吧 哈哈
2015/09/04 14:05
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楼主想请教个问题,netty4,后台是ssh,客户端连接服务端,在channelActive发送请求,在channelRead获取响应,netty4可不可以在同一个方法里实现 发送请求+获取服务器响应 是在同一会话下。要实时返回数据个用户浏览器
2015/08/06 19:46
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+++++好文章~
2015/04/07 23:28
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花了一个礼拜瞄了下MINA和Netty的源码,楼主的文章都看懂了,恩。。。
2015/03/29 22:18
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现在才发现我来迟了!
2014/11/12 10:41
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Zero-Copy-Capable Rich Byte Buffer 这个跟linux里的tcp/ip实现有点类似
2014/04/24 16:05
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真心写的不错,对比源码分析的很透彻,学习了,谢谢楼主
2013/11/07 08:15
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黄亿华博主
感谢大家的支持!Netty也是边学习边总结的,有不足之处欢迎指正!最近事情比较多,但是会抽空进行更新的。
2013/09/22 23:57
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恩,不错,期待续集~
2013/09/22 23:43
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楼主,期待Netty4.x的
2013/09/22 19:27
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