Netty—Reactor线程模型详解

文章目录

  • 前言
  • 线程模型基本介绍
    • 线程模型分类
    • Reactor线程模型介绍
    • Netty线程模型：
  • 传统阻塞IO的缺点
  • Reactor线程模型
    • 单Reactor单线程模式
    • 单Reactor多线程模式
    • 主从Reactor多线程
    • Reactor 模式小结
  • Netty 线程模型
    • 案例说明：
    • Netty核心组件简介
      • ChannelPipeline与Channel的关系
  • 参考文献

前言

前面我们说了Netty中的NIO：Netty—NIO万字详解 ；其中涉及到一个重要的底层模型—Reactor线程模型，而Netty线程模型就是基于Reactor线程模型的改进，它也是Netty中个人认为是最重要的一个知识点，在我看来只有掌握了Netty线程模型才算是真正意义上的理解了Netty！！

所以本文将详细说明Reactor线程模型，以及Netty线程模型，帮助大家更好的理解Netty

线程模型基本介绍

线程模型是指在操作系统中，线程是如何被创建、调度和管理的

线程模型分类

  1. 单线程模型：如Redis，它采用单线程来处理命令，所有命令都回进入到一个队列中，然后逐个执行。
  2. 多线程模型：也被称为并发多线程模型。

如果细分的话有以下几种：

  1. 单线程模型： 在单线程模型中，程序只有一个执行线程，所有的任务按照顺序执行。这种模型的优点是简单，易于理解和调试。然而，缺点是无法充分利用多核处理器的优势，因为在任何时刻只有一个任务在执行。
  2. 多线程模型： 多线程模型允许程序同时执行多个线程，每个线程独立执行不同的任务。这可以提高程序的并发性和性能，特别是在多核处理器上。但多线程编程也引入了一些复杂性，例如需要处理线程同步、死锁等问题。
  3. 分布式模型： 在分布式模型中，任务被分布到多个计算节点上执行。这可以通过网络进行通信，每个节点独立运行。分布式模型通常用于大规模系统，以提高可伸缩性和容错性。
  4. Reactor模型： Reactor模型是一种事件驱动的模型，其中一个主线程负责监听和分发事件，而多个工作者线程负责处理事件。这样可以有效地处理大量并发连接，例如在网络编程中。
  5. Proactor模型： Proactor模型也是一种事件驱动的模型，但与Reactor不同，Proactor模型中事件处理由操作系统负责，而应用程序只需提供回调函数。这样可以实现异步非阻塞的I/O操作。
  6. Actor模型： Actor模型是一种并发计算模型，其中每个"Actor"都是独立的实体，通过消息传递进行通信。每个Actor都有自己的状态和行为，可以并发地执行。

Reactor线程模型介绍

Reactor线程模型是一种事件驱动的编程模式，主要用于处理高并发网络I/O操作。它的核心思想是使用一个或多个反应器（Reactor）来监听和分发网络事件，然后将这些事件分配给相应的处理器（Handler）或者线程池进行处理。

主要组成部分和工作流程：

  1. Reactor：这是模型的核心组件，负责监听所有的网络连接和相应事件。它通过使用I/O多路复用技术（如Linux的epoll、Java的NIO Selector等）在一个单独的线程或者一组线程中监控多个socket的活动，这样可以避免传统阻塞I/O模型中为每个连接创建新线程带来的资源开销。
  2. Dispatcher：在某些实现中，dispatcher是一个逻辑角色，负责根据事件的类型将事件转发给合适的处理器。例如，新的连接请求可能被转发给Acceptor处理，而读写事件则被转发给对应的Handler。
  3. Acceptor：在接收到新的连接请求时，Acceptor负责接受这个连接，并将其配置为非阻塞模式，然后将其添加到Reactor的监听列表中。
  4. Handler（也称为Worker）：当Reactor检测到某个socket上有读写事件时，它会将事件转发给对应的Handler进行处理。Handler负责实际的业务逻辑，如读取数据、解析协议、执行操作并返回响应。

而根据Reactor和线程池的数量，Reactor线程模型可以有以下几种变体：

  • 单Reactor单线程模型：所有事件的监听、分发和处理都在一个线程中完成。
  • 单Reactor多线程模型：一个Reactor线程负责监听和分发事件，而事件的处理则由一个线程池完成。
  • 多Reactor多线程模型：多个Reactor线程并行监听和分发事件，每个Reactor都有自己的线程池来处理事件。

这种模型的优势在于其高并发性和低资源消耗。通过复用线程和高效地调度事件，Reactor线程模型能够在处理大量并发连接时保持良好的性能和可扩展性。然而，其复杂性也较高，需要精心设计以确保线程安全和高效的事件处理。在许多现代高性能网络框架和库中，如Java的Netty和Python的Twisted，都采用了Reactor线程模型或者其变体。

举例说明：

假设我们有一个餐厅，这个餐厅有很多的桌子，每个桌子上有一个人在等待食物。当食物准备好后，服务员会通知对应桌子的人来取食物。在这个过程中，餐厅就相当于Reactor，而桌子上的客人就是Handlers。当食物准备好后，餐厅会通知对应的桌子来取食物，也就是将事件分发给对应的处理程序来处理。

Netty线程模型：

虽然说Netty线程模型是由主从Reactor线程模型改进的，但Netty线程模型模型并不是一成不变的，它实际取决于启动参数配置。通过设置不同的启动参数来支持 Reactor 不同的线程模型。

  • Netty单线程模型—> Reactor单线程模型—> 传统阻塞IO+多路复用器
  • Netty多线程模型—> Reactor多线程模型—> Reactor单线程模型+线程池
  • 主从Netty多线程模型—> 主从Reactor多线程模型—>Reactor多线程模型+线程池

后面会详细说明！！

传统阻塞IO的缺点

传统阻塞IO很容易理解，这里不做过多的解释，直接说缺点，然后后面看Reactor线程模式是怎么解决这些缺点的，先看图：

20200421213026276

缺点主要包括以下3点：

  1. 性能低下：在等待I/O操作完成期间，线程会被阻塞，无法执行其他任务。这会导致CPU资源的浪费，尤其是在需要处理大量I/O操作的情况下。
  2. 无法处理大量并发连接：由于每个I/O操作都需要等待，因此无法高效地处理大量并发连接。这限制了系统的吞吐量和并发性。
  3. 无法充分利用多核资源：由于线程在等待I/O操作完成时会被阻塞，因此无法充分利用多核资源。这限制了系统的性能和并发性。

Reactor线程模型

针对传统阻塞IO服务模型的缺点，Reactor线程模型的解决办法是：

1、基于I/O复用模型：

Reactor线程模型采用I/O复用技术，允许多个连接共享同一个阻塞对象。这意味着应用程序只需要在一个阻塞对象上等待，无需为每个连接都创建一个独立的线程。当某个连接有新的数据可以处理时，操作系统会通知应用程序，线程从阻塞状态返回，开始进行业务处理。

crm客户资料表关系 (1)

对上图说明：

这里很像我们前面讲过的NIO，在案例七中，就是采用基于I/0复用模型，Selector就相当于一个IO复用器；但这种模式是有问题的？它还是无法充分利用多核CPU的性能，也会有性能瓶颈，因为虽然IO复用了，但还是一个线程去处理所有事物

2、基于线程池复用线程资源：

Reactor线程模型通过线程池来复用线程资源。这意味着不必再为每个连接创建新的线程，而是将连接完成后的业务处理任务分配给线程池中的线程进行处理。一个线程可以处理多个连接的业务，提高了系统的并发性和效率。

crm客户资料表关系 (2)

对上图说明：

  1. Reactor模式，通过一个或多个输入同时传递给服务处理器的模式（基于事件驱动）
  2. 服务器端程序处理传入的多个请求，并将它们同步分派到相应的处理线程，因此Reactor模式也叫Dispatcher模式
  3. Reactor模式使用10复用监听事件，收到事件后，分发给某个线程（进程），这点就是网络服务器高并发处理关键

用前文说得NIO举例就是在传统的NIO处理读写事件时加入了线程池，如下：

import java.io.IOException;
import java.net.InetSocketAddress;
import java.nio.channels.SelectionKey;
import java.nio.channels.Selector;
import java.nio.channels.ServerSocketChannel;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;

public class ReactorMultiThread {

    public static void main(String[] args) throws IOException {
        // 创建一个ServerSocketChannel
        ServerSocketChannel serverSocketChannel = ServerSocketChannel.open();
        // 设置为非阻塞模式
        serverSocketChannel.configureBlocking(false);
        // 绑定到端口8080
        serverSocketChannel.bind(new InetSocketAddress(8080));
        // 创建一个Selector
        Selector selector = Selector.open();
        // 将ServerSocketChannel注册到Selector上，监听连接事件
        serverSocketChannel.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT);

        // 创建一个线程池
        ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(10);

        while (true) {
            // 轮询Selector，等待事件发生
            int readyChannels = selector.select();
            if (readyChannels == 0) {
                continue;
            }

            // 处理发生的事件
            for (SelectionKey key : selector.selectedKeys()) {
                // 处理连接事件
                if (key.isAcceptable()) {
                    // 接受连接
                    ServerSocketChannel acceptChannel = (ServerSocketChannel) key.channel();
                    SocketChannel socketChannel = acceptChannel.accept();
                    // 将SocketChannel注册到Selector上，监听读写事件
                    socketChannel.configureBlocking(false);
                    socketChannel.register(selector, SelectionKey.OP_READ | SelectionKey.OP_WRITE);
                }
                // 处理读写事件
                if (key.isReadable() || key.isWritable()) {
                    // 提交给线程池处理
                    executorService.submit(() -> {
                        // 处理读写事件
                        SocketChannel socketChannel = (SocketChannel) key.channel();
                        // 读取数据
                        byte[] buffer = new byte[1024];
                        int readBytes = socketChannel.read(buffer);
                        if (readBytes > 0) {
                            // 处理读取到的数据
                        }
                        // 写数据
                        socketChannel.write(buffer);
                    });
                }
            }
            // 清空已处理的事件
            selector.selectedKeys().clear();
        }
    }
}

Reactor线程模型就是通过 单个线程 使用Java NIO包中的Selector的select()方法，进行监听。当获取到事件（如accept、read等）后，就会分配（dispatch)事件进行相应的事件处理（handle）。

如果要给 Reactor线程模型 下一个更明确的定义，应该是：

Reactor线程模式 = Reactor（I/O多路复用）+ 线程池

单Reactor单线程模式

Reactor单线程

  1. Select是前面1/0复用模型介绍的标准网络编程API，可以实现应用程序通过一个阻塞对象监听多路连接请求
  2. Reactor 对象通过 Select 监控客户端请求事件，收到事件后通过 Dispatch 进行分发
  3. 如果是建立连接请求事件，则由Acceptor通过Accept处理连接请求，然后创建一个Handler对象处理连接完成后的后续业务处理
  4. 如果不是建立连接事件，则 Reactor 会分发调用连接对应的 Handler 来响应
  5. Handler 会完成 Read→业务处理→Send 的完整业务流程

  1. 结合实例：服务器端用一个线程通过多路复用搞定所有的10操作（包括连接，读、写等），编码简单，清晰明了，但是如果客户端连接数量较多，将无法支撑，上篇文章中的的NIO案例就属于这种模型。

  2. 无论是事件监听、事件分发、还是事件处理，都始终只有 一个线程 执行所有的事情

优点：

模型简单，没有多线程、进程通信、竞争的问题，全部都在一个线程中完成

缺点：

  1. 性能问题，只有一个线程，无法完全发挥多核 CPU 的性能。Handler在处理某个连接上的业务时，整个进程无法处理其他连接事件，很容易导致性能瓶颈
  2. 可靠性问题，线程意外终止，或者进入死循环，会导致整个系统通信模块不可用，不能接收和处理外部消息，造成节点故障

使用场景：

  1. 低负载的应用程序：当应用程序的负载较低，同时并发连接数也相对较少时，使用 Reactor 单线程模式可以满足需求，并且可以简化代码的编写和维护。
  2. 短时间处理的任务：如果应用程序的任务处理时间较短，不会导致单线程阻塞过长时间，那么使用 Reactor 单线程模式可以获得良好的性能。
  3. 资源有限的环境：在一些资源有限的环境中，如嵌入式设备或特定的服务器环境，使用 Reactor 单线程模式可以减少线程创建和上下文切换的开销，提高系统的效率。

比如Redis在业务处理的时间复杂度O(1)的情况

单Reactor多线程模式

为了提高性能，我们可以把复杂的事件处理handler交给线程池，那就可以演进为 「单Reactor多线程模型」

Reactor多线程模式 = Reactor单线程模式 + 线程池

Reactor多线程模型

  1. Reactor对象通过select监控客户端请求事件，收到事件后，通过dispatch进行分发
  2. 如果建立连接请求，则右Acceptor通过accept处理连接请求，然后创建一个Handler对象处理完成连接后的各种事件
  3. 如果不是连接请求，则由reactor分发调用连接对应的handler来处理
  4. handler只负责响应事件，不做具体的业务处理，通过read读取数据后，会分发给后面的worker线程池的某个线程处理业务
  5. worker线程池会分配独立线程完成真正的业务，并将结果返回给handler
  6. handler收到响应后，通过send将结果返回给client

  • 优点：可以充分的利用多核cpu的处理能力

  • 缺点：在极个别特殊场景中，一个Reactor线程负责监听和处理所有的客户端连接可能会存在性能问题。例如并发百万客户端连接（双十一、春运抢票）

适用于以下场景：

  1. 高并发的应用程序：当应用程序需要处理大量并发连接时，使用单Reactor多线程模式可以提高并发处理能力，每个连接都可以在独立的线程中进行处理，避免了线程之间的竞争。
  2. 长时间处理的任务：如果应用程序需要处理耗时较长的任务，使用单Reactor多线程模式可以避免阻塞主线程，提高系统的响应性能。主线程负责接收和分发事件，而具体的任务处理则由其他线程完成。
  3. 资源充足的环境：在资源充足的环境下，可以使用单Reactor多线程模式来充分利用多核处理器的性能优势，提高系统的吞吐量。 需要注意的是，单Reactor多线程模式需要合理配置线程池的大小，避免线程数过多导致资源浪费或线程数过少导致性能瓶颈。此外，多线程模式下需要注意线程安全性和资源共享的问题。

主从Reactor多线程

主从Reactor线程模型 (2)

  1. Reactor主线程MainReactor对象通过select监听连接事件，收到事件后，通过Acceptor处理连接事件
  2. 当Acceptor处理连接事件后，MainReactor将连接分配给SubReactor
  3. subreactor将连接加入到连接队列进行监听，并创建handler进行各种事件处理
  4. 当有新事件发生时，subreactor就会调用对应的handler处理
  5. handler通过read读取数据，分发给后面的worker线程处理
  6. worker线程池分配独立的worker线程进行业务处理，并返回结果
  7. handler收到响应的结果后，再通过send将结果返回给client
  8. Reactor主线程可以对应多个Reactor子线程，即MainRecator可以关联多个SubReactor

Reactor 模式小结

用生活中的例子说明：

  1. 单Reactor单线程模型，前台和服务员都是一个人，全称为客户服务
  2. 单Reactor多线程模型，一个前台接待员和多个服务员，前台只负责接待
  3. 主从Recator多线程模型，多个前台，多个服务员

Reactor线程模型的优点：

  1. 高效事件处理：通过I/O多路复用技术，Reactor能够同时监控多个连接，减少了系统的阻塞情况，提高了系统的并发性能。
  2. 非阻塞IO：Reactor模型基于异步非阻塞IO，使得线程在等待网络IO操作完成时，可以去处理其他任务，提高了资源利用率。
  3. 职责分离：Reactor模型将事件的分发和处理分离，父线程（或主Reactor）负责监听和分发事件，子线程（或工作线程、从Reactor）负责具体的业务处理，这种分工使得系统结构清晰，易于维护和扩展。
  4. 可伸缩性：根据系统的负载情况，可以通过增加或减少工作线程来调整系统的处理能力，具有良好的水平扩展性。
  5. 避免数据竞争：通过线程间的通信机制，如队列或者直接的数据传递，可以有效地避免多线程环境中的数据竞争问题。
  6. 降低上下文切换开销：由于父线程主要负责事件分发，子线程主要负责业务处理，这种分工可以减少不必要的上下文切换，提高系统效率。
  7. 支持高并发：尤其在高并发场景下，Reactor线程模型能够更好地处理大量的客户端请求，保持系统的响应能力和稳定性。
  8. 灵活的线程模型选择：Reactor模型有多种变体，如单线程、多线程和主从多线程模型，可以根据具体的应用需求和性能目标选择最适合的线程模型。
  9. 易于实现和使用：许多成熟的网络框架，如Netty，已经实现了Reactor线程模型，开发者可以直接使用这些框架，而无需从头开始实现复杂的网络编程逻辑。

其实这三种模型的演变就一句话:

没有什么是加一层解决不了的，如果有，那就再加一层！！！

Netty 线程模型

Netty的线程模型是基于主从Reactor多线程模型做了一定改进的，能理解Reactor线程模型，Netty线程模型基本也就理解了，只是要懂各个组件之间的功能和组合，先看图：

Netty工作流程图

不是说Netty线程模型只能是主从Reactor线程模型，而是可以根据传入的参数，来改变它的线程模式的！！！

  1. Nety抽象出两组线程池BossGroup (Boos NioEventLoopGroup)专门负责接收客户端的连接，WorkerGroup专门负责网络的读写

  2. BossGroup和WorkerGroup类型都是NioEventLoopGroup

  3. NioEventLoopGroup相当于一个事件循环组，这个组中含有多个事件循环，每一个事件循环是NioEventLoop

  4. NioEventLoop表示一个不断循环的执行处理任务的线程，每个NioEventLoop都有一个selector，用于监听绑定在其上的socket的网络通讯

  5. NioEventLoopGroup可以有多个线程，即可以含有多个NioEventLoop

  6. 每个Boss NioEventLoop循环执行的步骤有3步

    • 轮询accept事件

    • 处理accept事件，与client建立连接，生成NioScocketChannel，并将其注册到某个worker NIOEventLoop上的selector

    • 处理任务队列的任务，即unAllTasks T）

  7. 每个Worker NIOEventLoop循环执行的3个步骤

    • 轮询read，write事件
    • 处理IO事件，即read，write事件，在对应NioScocketChannel处理
    • 处理任务队列的任务，即runAllTasks

  8. 每个Worker NIOEventLoop处理业务时，会使用pipeline（管道），pipeline中包含了channel，即通过pipeline可以获取到对应通道，管道中维护了很多的处理器

案例说明：

服务端：

/**
 * com.atguigu.netty
 *
 * @author co_wb_junjie_qiu
 * @version Id: NettyServer, v 0.1 2023/12/19 9:23 co_wb_junjie_qiu Exp $
 */
public class NettyServer {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {

        //创建 BossGroup 和 WorkerGroup
        //1.创建两个线程组 bossGroup 和 workerGroup
        //2.bossGroup 只是处理连接请求，真正的和客户端业务处理，会交给 workerGroup 完成
        //3.两个都是无限循环
        //4.bossGroup 和 workerGroup 含有的子线程（NioEventLoop）的个数
        //默认实际 cpu 核数*2
        NioEventLoopGroup boosGroup = new NioEventLoopGroup();
        NioEventLoopGroup workerGroup = new NioEventLoopGroup();

        try {
            // 服务端的辅助程序
            // 创建服务器端的启动对象，配置参数
            ServerBootstrap bootstrap = new ServerBootstrap();
            bootstrap.group(boosGroup, workerGroup) // 设置两个线程组
                    // 设置服务器用于接受新的连接的通道为NioServerSocketChannel类。这是一个非阻塞的NIO服务器套接字通道。
                    .channel(NioServerSocketChannel.class)
                    // 设置服务器的TCP参数，SO_BACKLOG表示在拒绝新的连接之前，服务器可以排队等待的连接数。
                    .option(ChannelOption.SO_BACKLOG, 128)
                    // 为接受的新连接设置TCP参数，开启keep-alive机制，以避免长时间的不活动导致的连接中断(保持长连接)。
                    .childOption(ChannelOption.SO_KEEPALIVE, true)
                    // 设置处理新连接的初始化程序。当有新连接到达时，这个初始化程序会被用来配置新连接的管道。
                    .childHandler(new ChannelInitializer<SocketChannel>() {
                        // 创建一个通道初始化对象
                        @Override
                        protected void initChannel(SocketChannel socketChannel) throws Exception {
                            // 给Pipeline 设置处理器（自定义）
                            socketChannel.pipeline().addLast(new NettyServerHandler());
                        }
                    });// 给workerGroup 的 EventLoop 对应的管道设置处理器

            // 启动服务器,并绑定端口
            ChannelFuture sync = bootstrap.bind(6668).sync();

            // 对关闭通道进行监听
            sync.channel().closeFuture().sync();
        } finally {
            boosGroup.shutdownGracefully();
            workerGroup.shutdownGracefully();
        }
    }
}

服务端处理器：

/**
 * com.atguigu.netty
 *
 * 说明
 * 1.我们自定义一个Handler需要继续netty规定好的某个HandlerAdapter（规范）
 * 2.这时我们自定义一个Handler，才能称为一个handler
 *
 * @author co_wb_junjie_qiu
 * @version Id: NettyServerHandler, v 0.1 2023/12/25 15:10 co_wb_junjie_qiu Exp $
 */
public class NettyServerHandler extends ChannelInboundHandlerAdapter {

    /**
     * 读取通道数据
     * @param ctx 上下文对象，含有 管道pipeline，通道 channel 、地址
     * @param msg 客户端发送过来的数据，默认Object
     */
    @Override
    public void channelRead(ChannelHandlerContext ctx, Object msg) throws Exception {
        System.out.println("服务器读取线程 "+ Thread.currentThread().getName());
        ChannelPipeline pipeline = ctx.pipeline();
        System.out.println("pipeline 本身是一个双向列表" + pipeline);

        ByteBuf buf = (ByteBuf)msg;
        System.out.println("客户端发送的消息是："+buf.toString(CharsetUtil.UTF_8));
        System.out.println("客户端地址："+ctx.channel().remoteAddress());
    }

    /**
     * 数据读取完成之后
     * 一般来说，我们会对这个发送的数据进行编码
     */
    @Override
    public void channelReadComplete(ChannelHandlerContext ctx) throws Exception {
        // writeAndFlush 是 写入和刷新
        // 将数据写入缓存并刷新
        // 一般讲，我们队这个发送的数据进行编码
        ctx.writeAndFlush(Unpooled.copiedBuffer("hello 客户端",CharsetUtil.UTF_8));
    }

    /**
     * 处理异常，一般需要关闭通道
     */
    @Override
    public void exceptionCaught(ChannelHandlerContext ctx, Throwable cause) throws Exception {
        ctx.close();
    }
}

客户端：

/**
 * com.atguigu.netty
 *
 * @author co_wb_junjie_qiu
 * @version Id: NettyClient, v 0.1 2023/12/25 15:20 co_wb_junjie_qiu Exp $
 */
public class NettyClient {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        NioEventLoopGroup group = new NioEventLoopGroup();
        try {
            Bootstrap bootstrap = new Bootstrap();
            bootstrap.group(group)
                    .channel(NioSocketChannel.class)
                    .handler(new ChannelInitializer<SocketChannel>() {
                        @Override
                        protected void initChannel(SocketChannel ch) throws Exception {
                            ch.pipeline().addLast(new NettyClientHandler());
                        }
                    });
            ChannelFuture channelFuture = bootstrap.connect("127.0.0.1", 6668).sync();
            channelFuture.channel().closeFuture().sync();
        } finally {
            group.shutdownGracefully();
        }
    }
}

客户端处理器：

/**
 * com.atguigu.netty
 *
 * @author co_wb_junjie_qiu
 * @version Id: NettyClientHandler, v 0.1 2023/12/25 15:30 co_wb_junjie_qiu Exp $
 */
public class NettyClientHandler extends ChannelInboundHandlerAdapter {

    /**
     * 当通道就绪就会触发该方法
     */
    @Override
    public void channelActive(ChannelHandlerContext ctx) throws Exception {
        System.out.println("client channelActive");
        ctx.writeAndFlush(Unpooled.copiedBuffer("hello server", CharsetUtil.UTF_8));
    }

    /**
     * 当通道有读取事件时会触发
     */
    @Override
    public void channelRead(ChannelHandlerContext ctx, Object msg) throws Exception {
        ByteBuf buf = (ByteBuf) msg;
        System.out.println("服务器回复的消息："+buf.toString(CharsetUtil.UTF_8));
        System.out.println("服务器的地址："+ctx.channel().remoteAddress());
    }

    /**
     * 处理异常，一般需要关闭通道
     */
    @Override
    public void exceptionCaught(ChannelHandlerContext ctx, Throwable cause) throws Exception {
        cause.printStackTrace();
        ctx.close();
    }
}

Netty核心组件简介

  1. Channel：
    • Channel 是 Netty 中的核心概念，代表了应用程序和网络之间的连接。
    • 它封装了网络套接字，并提供了读写数据、绑定端口、连接远程地址、关闭连接等基本的 I/O 操作。
    • Channel 提供了非阻塞的 I/O 操作，使得 Netty 能够在单个线程中处理多个连接。
  2. EventLoop：
    • EventLoop 是 Netty 中负责处理 Channel 事件的组件。
    • 每个 EventLoop 负责监听和处理其关联的 Channel 上的事件，包括读写操作、连接建立、连接关闭等。
    • 一个 EventLoop 在其生命周期内通常会与一个或多个 Channel 关联，确保 Channel 的所有操作都在同一个线程上下文中执行，从而避免了线程安全问题。
  3. ChannelHandler：
    • ChannelHandler 是 Netty 中处理 Channel 事件的接口或者类。
    • 应用程序通过实现 ChannelHandler 接口或者扩展 ChannelInboundHandler 或 ChannelOutboundHandler 类来定制自己的业务逻辑。
    • ChannelHandler 可以参与到 Channel 的生命周期中的多个阶段，如连接建立、数据读取、数据写入、连接关闭等。
  4. ChannelPipeline：
    • ChannelPipeline 是一个处理链，包含了多个 ChannelHandler。
    • 当 Channel 上发生事件时，这些事件会在 ChannelPipeline 中按照一定的顺序传递给各个 ChannelHandler 进行处理。
    • ChannelPipeline 允许开发者灵活地配置和组织 ChannelHandler，以实现复杂的业务逻辑和协议解析。
  5. EventLoopGroup：
    • EventLoopGroup 是一组 EventLoop 的集合。
    • Netty 通常会为服务器和客户端分别创建一个 EventLoopGroup。
    • EventLoopGroup 负责分配 EventLoop 给新的 Channel，以及管理它们的生命周期。
  6. ChannelFuture：
    • ChannelFuture 表示一个异步操作的结果。
    • 当在 Channel 上执行诸如连接、写入数据等异步操作时，会返回一个 ChannelFuture。
    • 通过注册 ChannelFutureListener，应用程序可以监听操作的完成、失败或者取消等事件。
  7. Bootstrap、ServerBootstrap（引导器）:
    • Bootstrap是启动Netty应用程序的入口，用于配置Channel和其他相关的参数。
    • 通过Bootstrap可以配置客户端和服务器，包括线程模型、Channel类型、ChannelHandler等。
  8. ByteBuf（字节缓冲区）:
    • ByteBuf是Netty中用于处理字节数据的缓冲区，提供了灵活的API用于读取、写入和操作字节数据。
    • ByteBuf具有池化和零拷贝等优化特性，使得数据的处理更加高效。
  9. Codec（编解码器）:
    • Netty提供了丰富的编解码器，用于处理字节数据的编码和解码，包括StringDecoder、StringEncoder、ObjectDecoder、ObjectEncoder等。
    • 编解码器可以简化开发者的工作，实现对各种协议的支持

其中最核心的是前4个 ，可以说其他组件都是为了辅助它们的。

  1. Channel：通道是 Netty 中的基本组件，它表示一个网络连接。
  2. EventLoop：事件循环是 Netty 中负责处理 I/O 事件的组件。
  3. ChannelHandler：通道处理器是 Netty 中负责处理 I/O 事件的组件。
  4. ChannelPipeline：通道管道是 Netty 中负责将 I/O 事件从 Channel 传递到 ChannelHandler 的组件。

ChannelPipeline与Channel的关系

其中比较难理解是ChannelPipeline通道与Channel管道，这两个概念，下面将详细说明：

  • 每个 Channel 都有一个与之关联的 ChannelPipeline。
  • ChannelPipeline 是 Channel 的一部分，它负责处理所有与该 Channel 相关的事件和数据。
  • 当 Channel 接收到数据或者发生其他事件时，这些事件会被自动地传递到其关联的 ChannelPipeline 中进行处理。
  • 开发者可以通过操作 ChannelPipeline 来添加、删除或者替换 ChannelHandler，从而改变事件处理的逻辑。

生活中的例子说明：

  • 假设你正在经营一家快递公司，Channel 可以类比为公司的运输车辆，它负责实际的包裹运输。

  • ChannelPipeline 则可以看作是包裹从发出到接收过程中的一系列处理环节。例如，当一个包裹（相当于网络数据）进入你的公司时，它首先会经过收件区（相当于 ChannelPipeline 中的第一个 ChannelHandler），在那里进行登记和初步检查。然后，包裹被送到分拣区（第二个 ChannelHandler），根据目的地进行分类。接着，包裹被装载到相应的运输车辆（Channel）上，运往目标城市。到达目标城市后，包裹再次经过一系列的处理环节（更多的 ChannelHandler），如卸货、本地配送等，最终送达客户手中。

  • 在这个例子中，每辆运输车辆（Channel）都有自己的运输流程（ChannelPipeline），包括了各个环节的处理步骤（ChannelHandler）。通过调整运输流程中的处理环节，你可以优化整体的运输效率和服务质量。同样，在 Netty 中，通过配置和操作 ChannelPipeline，你可以定制网络通信的处理逻辑，提高系统的性能和灵活性。

参考文献

尚硅谷Netty教程

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