Netty 快速入门

下面枚举所有的 Netty 应用程序的基本构建模块，包括客户端和服务器。

BOOTSTRAP

Netty 应用程序通过设置 bootstrap（引导）类的开始，该类提供了一个 用于应用程序网络层配置的容器。

CHANNEL

底层网络传输 API 必须提供给应用 I/O操作的接口，如读，写，连接，绑定等等。对于我们来说，这是结构几乎总是会成为一个“socket”。 Netty 中的接口 Channel 定义了与 socket 丰富交互的操作集：bind, close, config, connect, isActive, isOpen, isWritable, read, write 等等。 Netty 提供大量的 Channel 实现来专门使用。这些包括 AbstractChannel，AbstractNioByteChannel，AbstractNioChannel，EmbeddedChannel， LocalServerChannel，NioSocketChannel 等等。

CHANNELHANDLER

ChannelHandler 支持很多协议，并且提供用于数据处理的容器。我们已经知道 ChannelHandler 由特定事件触发。 ChannelHandler 可专用于几乎所有的动作，包括将一个对象转为字节（或相反），执行过程中抛出的异常处理。

常用的一个接口是 ChannelInboundHandler，这个类型接收到入站事件（包括接收到的数据）可以处理应用程序逻辑。当你需要提供响应时，你也可以从 ChannelInboundHandler 冲刷数据。一句话，业务逻辑经常存活于一个或者多个 ChannelInboundHandler。

CHANNELPIPELINE

ChannelPipeline 提供了一个容器给 ChannelHandler 链并提供了一个API 用于管理沿着链入站和出站事件的流动。每个 Channel 都有自己的ChannelPipeline，当 Channel 创建时自动创建的。 ChannelHandler 是如何安装在 ChannelPipeline？ 主要是实现了ChannelHandler 的抽象 ChannelInitializer。ChannelInitializer子类 通过 ServerBootstrap 进行注册。当它的方法 initChannel() 被调用时，这个对象将安装自定义的 ChannelHandler 集到 pipeline。当这个操作完成时，ChannelInitializer 子类则 从 ChannelPipeline 自动删除自身。

EVENTLOOP

EventLoop 用于处理 Channel 的 I/O 操作。一个单一的 EventLoop通常会处理多个 Channel 事件。一个 EventLoopGroup 可以含有多于一个的 EventLoop 和 提供了一种迭代用于检索清单中的下一个。

CHANNELFUTURE

Netty 所有的 I/O 操作都是异步。因为一个操作可能无法立即返回，我们需要有一种方法在以后确定它的结果。出于这个目的，Netty 提供了接口 ChannelFuture,它的 addListener 方法注册了一个 ChannelFutureListener ，当操作完成时，可以被通知（不管成功与否）。

想想一个 ChannelFuture 对象作为一个未来执行操作结果的占位符。何时执行取决于几个因素，因此不可能预测与精确。但我们可以肯定的是，它会被执行。此外，所有的操作返回 ChannelFuture 对象和属于同一个 Channel 将在以正确的顺序被执行，在他们被调用后。

Channel, Event 和 I/O

Netty 是一个非阻塞、事件驱动的网络框架。Netty 实际上是使用 Threads（多线程）处理 I/O 事件，对于熟悉多线程编程的读者可能会需要关注同步代码。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。图 Figure 3.1 展示了，你不需要在 Channel 之间共享 ChannelHandler 实例的原因：

Figure 3.1

该图显示，一个 EventLoopGroup 具有一个或多个 EventLoop。想象 EventLoop 作为一个 Thread 给 Channel 执行工作。 （事实上，一个 EventLoop 是势必为它的生命周期一个线程。）

当创建一个 Channel，Netty 通过 一个单独的 EventLoop 实例来注册该 Channel（并同样是一个单独的 Thread）的通道的使用寿命。这就是为什么你的应用程序不需要同步 Netty 的 I/O操作;所有 Channel 的 I/O 始终用相同的线程来执行。

我们将在第15章进一步讨论 EventLoop 和 EventLoopGroup。

什么是 Bootstrapping 为什么要用

Bootstrapping（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 Bootstrapping。

如前面所述，Bootstrapping 有两种类型，一种是用于客户端的Bootstrap，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”。

面向连接 vs. 无连接

请记住，这个讨论适用于 TCP 协议，它是“面向连接”的。这样协议保证该连接的端点之间的消息的有序输送。无连接协议发送的消息，无法保证顺序和成功性

两种 Bootstrapping 之间有一些相似之处，也有一些不同。Bootstrap 和 ServerBootstrap 之间的差异如下：

Table 3.1 Comparison of Bootstrap classes

分类	Bootstrap	ServerBootstrap
网络功能	连接到远程主机和端口	绑定本地端口
EventLoopGroup 数量	1	2

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。

一个 ServerBootstrap 可以认为有2个 Channel 集合，第一个集合包含一个单例 ServerChannel，代表持有一个绑定了本地端口的 socket；第二集合包含所有创建的 Channel，处理服务器所接收到的客户端进来的连接。下图形象的描述了这种情况：

Figure 3.2 Server with two EventLoopGroups

与 ServerChannel 相关 EventLoopGroup 分配一个 EventLoop 是 负责创建 Channels 用于传入的连接请求。一旦连接接受，第二个EventLoopGroup 分配一个 EventLoop 给它的 Channel。

ChannelHandler 和 ChannelPipeline

ChannelPipeline 是 ChannelHandler 链的容器。

在许多方面的 ChannelHandler 是在您的应用程序的核心，尽管有时它 可能并不明显。ChannelHandler 支持广泛的用途，使它难以界定。因此，最好是把它当作一个通用的容器，处理进来的事件（包括数据）并且通过ChannelPipeline。下图展示了 ChannelInboundHandler 和 ChannelOutboundHandler 继承自父接口 ChannelHandler。

Figure 3.3 ChannelHandler class hierarchy

Netty 中有两个方向的数据流，图3.4 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。

Figure 3.4 ChannelPipeline with inbound and outbound ChannelHandlers

图 3.4 同样展示了进站和出站的处理器都可以被安装在相同的 pipeline 。本例子中，如果消息或任何其他入站事件被读到，将从 pipeline 头部开始，传递到第一个 ChannelInboundHandler。该处理器可能会或可能不会实际修改数据，取决于其特定的功能，在这之后 该数据将被传递到链中的下一个 ChannelInboundHandler。最后，将数据 到达 pipeline 的尾部，此时所有处理结束。

数据的出站运动（即，数据被“写入”）在概念上是相同的。在这种情况下的数据从尾部流过 ChannelOutboundHandlers 的链，直到它到达头部。超过这点，出站数据将到达的网络传输，在这里显示为一个 socket。通常，这将触发一个写入操作。

更多 Inbound 、 Outbound Handler

一个事件可以通过使用 ChanneHandlerContext 被转发到下一个处理器中的当前链传递到每个方法。因为这是你通常想要的而不是 Netty 提供的抽象基类 ChannelInboundHandlerAdapter 和ChannelOutboundHandlerAdapter。 每个这些提供了一个方法的实现和简单地通过调用 ChannelHandlerContext 的方法来传递事件到下一个处理器。然后，您可以根据实际需求重写方法。

所以，如果出站和入站操作是不同的，当 ChannelPipeline 中有混合处理器时将发生什么？虽然入站和出站处理器都扩展了 ChannelHandler，Netty 的 ChannelInboundHandler 的实现 和 ChannelOutboundHandler 之间的是有区别的，从而保证数据传递只从一个处理器到下一个处理器保证正确的类型。

当 ChannelHandler 被添加到的 ChannelPipeline 它得到一个 ChannelHandlerContext，它代表一个 ChannelHandler 和 ChannelPipeline 之间的“绑定”。它通常是安全保存对此对象的引用，除了当协议中的使用的是不面向连接（例如，UDP）。而该对象可以被用来获得 底层 Channel,它主要是用来写出站数据。

还有，实际上，在 Netty 发送消息有两种方式。您可以直接写消息给 Channel 或写入 ChannelHandlerContext 对象。主要的区别是， 前一种方法会导致消息从 ChannelPipeline的尾部开始，而 后者导致消息从 ChannelPipeline 下一个处理器开始。

ChannelHandler 和 ChannelPipeline

ChannelPipeline 是 ChannelHandler 链的容器。

在许多方面的 ChannelHandler 是在您的应用程序的核心，尽管有时它 可能并不明显。ChannelHandler 支持广泛的用途，使它难以界定。因此，最好是把它当作一个通用的容器，处理进来的事件（包括数据）并且通过ChannelPipeline。下图展示了 ChannelInboundHandler 和 ChannelOutboundHandler 继承自父接口 ChannelHandler。

Figure 3.3 ChannelHandler class hierarchy

Netty 中有两个方向的数据流，图3.4 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。

Figure 3.4 ChannelPipeline with inbound and outbound ChannelHandlers

图 3.4 同样展示了进站和出站的处理器都可以被安装在相同的 pipeline 。本例子中，如果消息或任何其他入站事件被读到，将从 pipeline 头部开始，传递到第一个 ChannelInboundHandler。该处理器可能会或可能不会实际修改数据，取决于其特定的功能，在这之后 该数据将被传递到链中的下一个 ChannelInboundHandler。最后，将数据 到达 pipeline 的尾部，此时所有处理结束。

数据的出站运动（即，数据被“写入”）在概念上是相同的。在这种情况下的数据从尾部流过 ChannelOutboundHandlers 的链，直到它到达头部。超过这点，出站数据将到达的网络传输，在这里显示为一个 socket。通常，这将触发一个写入操作。

更多 Inbound 、 Outbound Handler

一个事件可以通过使用 ChanneHandlerContext 被转发到下一个处理器中的当前链传递到每个方法。因为这是你通常想要的而不是 Netty 提供的抽象基类 ChannelInboundHandlerAdapter 和ChannelOutboundHandlerAdapter。 每个这些提供了一个方法的实现和简单地通过调用 ChannelHandlerContext 的方法来传递事件到下一个处理器。然后，您可以根据实际需求重写方法。

所以，如果出站和入站操作是不同的，当 ChannelPipeline 中有混合处理器时将发生什么？虽然入站和出站处理器都扩展了 ChannelHandler，Netty 的 ChannelInboundHandler 的实现 和 ChannelOutboundHandler 之间的是有区别的，从而保证数据传递只从一个处理器到下一个处理器保证正确的类型。

当 ChannelHandler 被添加到的 ChannelPipeline 它得到一个 ChannelHandlerContext，它代表一个 ChannelHandler 和 ChannelPipeline 之间的“绑定”。它通常是安全保存对此对象的引用，除了当协议中的使用的是不面向连接（例如，UDP）。而该对象可以被用来获得 底层 Channel,它主要是用来写出站数据。

还有，实际上，在 Netty 发送消息有两种方式。您可以直接写消息给 Channel 或写入 ChannelHandlerContext 对象。主要的区别是， 前一种方法会导致消息从 ChannelPipeline的尾部开始，而 后者导致消息从 ChannelPipeline 下一个处理器开始。

近距离观察 ChannelHandler

正如我们之前所说，有很多不同类型的 ChannelHandler 。每个 ChannelHandler 做什么取决于其超类。 Netty 提供了一些默认的处理程序实现形式的“adapter（适配器）”类。这些旨在简化开发处理逻辑。我们已经看到，在 pipeline 中每个的 ChannelHandler 负责转发事件到链中的下一个处理器。这些适配器类（及其子类）会自动帮你实现，所以你只需要实现该特定的方法和事件。

为什么用适配器？

有几个适配器类，可以减少编写自定义 ChannelHandlers ，因为他们提供对应接口的所有方法的默认实现。（也有类似的适配器，用于创建编码器和解码器，这我们将在稍后讨论。）这些都是创建自定义处理器时，会经常调用的适配器：ChannelHandlerAdapter、ChannelInboundHandlerAdapter、ChannelOutboundHandlerAdapter、ChannelDuplexHandlerAdapter

下面解释下三个 ChannelHandler 的子类型：编码器、解码器以及 ChannelInboundHandlerAdapter 的子类SimpleChannelInboundHandler

编码器、解码器

当您发送或接收消息时，Netty 数据转换就发生了。入站消息将从字节转为一个Java对象;也就是说，“解码”。如果该消息是出站相反会发生：“编码”，从一个Java对象转为字节。其原因是简单的：网络数据是一系列字节，因此需要从那类型进行转换。

不同类型的抽象类用于提供编码器和解码器的，这取决于手头的任务。例如，应用程序可能并不需要马上将消息转为字节。相反，该​​消息将被转换 一些其他格式。一个编码器将仍然可以使用，但它也将衍生自不同的超类，

在一般情况下，基类将有一个名字类似 ByteToMessageDecoder 或 MessageToByteEncoder。在一种特殊类型的情况下，你可能会发现类似 ProtobufEncoder 和 ProtobufDecoder，用于支持谷歌的 protocol buffer。

严格地说，其他处理器可以做编码器和解码器能做的事。但正如适配器类简化创建通道处理器，所有的编码器/解码器适配器类 都实现自 ChannelInboundHandler 或 ChannelOutboundHandler。

对于入站数据，channelRead 方法/事件被覆盖。这种方法在每个消息从入站 Channel 读入时调用。该方法将调用特定解码器的“解码”方法，并将解码后的消息转发到管道中下个的 ChannelInboundHandler。

出站消息是类似的。编码器将消息转为字节，转发到下个的 ChannelOutboundHandler。

SimpleChannelHandler

也许最常见的处理器是接收到解码后的消息并应用一些业务逻辑到这些数据。要创建这样一个 ChannelHandler，你只需要扩展基类SimpleChannelInboundHandler 其中 T 是想要进行处理的类型。这样的处理器，你将覆盖基类的一个或多个方法，将获得被作为输入参数传递所有方法的 ChannelHandlerContext 的引用。

在这种类型的处理器方法中的最重要是 channelRead0(ChannelHandlerContext，T)。在这个调用中，T 是将要处理的消息。 你怎么做，完全取决于你，但无论如何你不能阻塞 I/O线程，因为这可能是不利于高性能。

阻塞操作

I/O 线程一定不能完全阻塞，因此禁止任何直接阻塞操作在你的 ChannelHandler， 有一种方法来实现这一要求。你可以指定一个 EventExecutorGroup 当添加 ChannelHandler 到ChannelPipeline。此 EventExecutorGroup 将用于获得EventExecutor，将执行所有的 ChannelHandler 的方法。这EventExecutor 将从 I/O 线程使用不同的线程，从而释放EventLoop。

总结

在本章中，我们提出了 Netty 的关键部件和概念的概述，以及他们是如何结合在一起的。许多下面的章节都致力于深入研究各个组件和概念，应该可以帮助你了解全貌。

下一章将探讨 Netty 并提供不同的传输，以及如何选择最适合您应用程序的传输。