都2020年了，你还不懂Netty吗？看完这篇文章，再不懂我就哭了
Netty源码分析
1、Netty是由JBOSS提供的一个java开源框架。Netty提供异步的、事件驱动的网络应用程序框架和工具，用以快速开发高性能、高可靠性的网络服务器和客户端程序。也就是说，Netty 是一个基于NIO的客户、服务器端编程框架，使用Netty 可以确保你快速和简单的开发出一个网络应用，例如实现了某种协议的客户，服务端应用。Netty相当简化和流线化了网络应用的编程开发过程，例如，TCP和UDP的socket服务开发。
2、目前netty有3个版本netty3、netty4、netty5。3个版本的内容有所不同。neety3是核心的代码介绍。相对于netty4、和netty5的复杂性来说。netty3的源码是值得学习的。我这里解析了netty3的一些源码，仅供大家理解，也是为了方便大家理解做了很多简化。不代表作者的开发思路。
3、我们先来看一张图（这张图是我在学习源码的时候扣的，哈哈）
一、传统NIO流
1）一个线程里面，存在一个selector，当然这个selector也承担起看大门和服务客人的工作。
2）这里不管多少客户端进来，都是这个selector来处理。这样就就加大了这个服务员的工作量
3）为了加入线程池，让多个selector同时工作，当时目的性都是一样的。
4）虽然看大门的和服务客人的都是服务员，但是还是存在差别的。为了更好的处理多个线程的问题。所以这里netty就诞生了。
二、netty框架
理解：
1）netty3的框架也是基于nio流做出来的。所以这里会详细介绍netty3框架的思路
2）将看门的服务员和服务客人的服务员分开。形成两块（也就是2个线程池，也就是后面的boss和worker）
3）当一个客人来的时候，首先boss,进行接待。然后boss分配工作给worker,这个，在两个线程池的工作下，有条不乱。
4）原理：就是将看大门的selector和服务客人的selector分开。然后通过boss线程池，下发任务给对应的worker
4、netty3源码分析
1）加入对应的jar包。我这里为了了解源码用的是netty3的包。
<dependency>
<groupId>io.netty</groupId>
<artifactId>netty</artifactId>
<version>3.10.6.Final</version>
</dependency>2）目录结构
说明：
a、NettyBoss、NettyWork是针对于selector做区分。虽然他们很多共性，我这里为了好理解，并没有做抽象类（忽略开发思路）。
b、ThreadHandle是用来初始化线程池和对应的接口。
c、Start为启动类
3）NettyBoss（看大门的服务员，第一种线程selector）
package com.troy.application.netty;
import java.io.IOException;
import java.nio.channels.*;
import java.util.Iterator;
import java.util.Queue;
import java.util.Set;
import java.util.concurrent.ConcurrentLinkedQueue;
import java.util.concurrent.Executor;
import java.util.concurrent.atomic.AtomicBoolean;
public class NettyBoss {
//线程池
public final Executor executor;
//boss选择器
protected Selector selector;
//原子变量，主要是用来保护线程安全。当本线程执行的时候，排除其他线程的执行
protected final AtomicBoolean wakenUp = new AtomicBoolean();
//队列，线程安全队列。
public final Queue<Runnable> taskQueue = new ConcurrentLinkedQueue<>();
//线程处理，这里主要是拿到work的线程池
protected ThreadHandle threadHandle;
//初始化
public NettyBoss(Executor executor,ThreadHandle threadHandle) {
//赋值
this.executor = executor;
this.threadHandle = threadHandle;
try {
//每一个线程选择器
this.selector = Selector.open();
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
//从线程中获取一个线程执行以下内容
executor.execute(() -> {
while (true) {
try {
//这里的目前就是排除其他线程同事执行，false因为这里处于阻塞状态，不用开启
wakenUp.set(false);
//选择器阻塞
selector.select();
//运行队列中的任务
while (true) {
final Runnable task = taskQueue.poll();
if (task == null) {
break;
}
//如果任务存在开始运行
task.run();
}
//对进来的进行处理
this.process(selector);
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
}
});
}
public void process(Selector selector) throws IOException {
Set<SelectionKey> selectedKeys = selector.selectedKeys();
if (selectedKeys.isEmpty()) {
return;
}
for (Iterator<SelectionKey> i = selectedKeys.iterator(); i.hasNext();) {
SelectionKey key = i.next();
i.remove();
ServerSocketChannel server = (ServerSocketChannel) key.channel();
// 新客户端
SocketChannel channel = server.accept();
// 设置为非阻塞
channel.configureBlocking(false);
// 获取一个worker
NettyWork nextworker = threadHandle.workeres[Math.abs(threadHandle.workerIndex.getAndIncrement() % threadHandle.workeres.length)];
// 注册新客户端接入任务
Runnable runnable = () -> {
try {
//将客户端注册到selector中
channel.register(nextworker.selector, SelectionKey.OP_READ);
} catch (ClosedChannelException e) {
e.printStackTrace();
}
};
//添加到work的队列中
nextworker.taskQueue.add(runnable);
if (nextworker.selector != null) {
//这里的目前就是开启执行过程
if (nextworker.wakenUp.compareAndSet(false, true)) {
//放开本次阻塞，进行下一步执行
nextworker.selector.wakeup();
}
} else {
//任务完成移除线程
taskQueue.remove(runnable);
}
System.out.println("新客户端链接");
}
}
}解释：
a、初始化的时候，赋值线程池，和线程处理类（线程处理类目的是获取worker的工作线程）
b、executor为线程池的执行过程。
c、selector.select()为形成阻塞，wakenUp为了线程安全考核。在接入客户端的时候用selector.wakeup()来放开本次阻塞（很重要）。
d、然后在worker安全队列中执行对应工作。（taskQueue的目前在boss和worker中的作用都是为了考虑线程安全，这里采用线程安全队列的目的是为了不直接操作其他线程）
e、wakenUp.compareAndSet(false, true)，这里是考虑并发问题。在本线程运行的时候，其他线程处于等待状态。这里也是为了线程安全考虑。
4）NettyWork（服务客人的服务员，第二种selector）
package com.troy.application.netty;
import java.io.IOException;
import java.nio.ByteBuffer;
import java.nio.channels.SelectionKey;
import java.nio.channels.Selector;
import java.nio.channels.SocketChannel;
import java.util.Iterator;
import java.util.Queue;
import java.util.Set;
import java.util.concurrent.ConcurrentLinkedQueue;
import java.util.concurrent.Executor;
import java.util.concurrent.atomic.AtomicBoolean;
public class NettyWork {
//线程池
public final Executor executor;
//boss选择器
protected Selector selector;
//原子变量，主要是用来保护线程安全。当本线程执行的时候，排除其他线程的执行
protected final AtomicBoolean wakenUp = new AtomicBoolean();
//队列，线程安全队列。
public final Queue<Runnable> taskQueue = new ConcurrentLinkedQueue<>();
//初始化
public NettyWork(Executor executor) {
this.executor = executor;
try {
//每一个work也需要一个选择器用来管理通道
this.selector = Selector.open();
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
//从线程池中获取一个线程开始执行
executor.execute(() -> {
while (true) {
try {
//阻塞状态排除问题
wakenUp.set(false);
//阻塞
selector.select();
//处理work任务
while (true) {
final Runnable task = taskQueue.poll();
if (task == null) {
break;
}
//存在work任务开始执行
task.run();
}
//处理任务
this.process(selector);
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
}
});
}
public void process(Selector selector) throws IOException {
Set<SelectionKey> selectedKeys = selector.selectedKeys();
if (selectedKeys.isEmpty()) {
return;
}
Iterator<SelectionKey> ite = this.selector.selectedKeys().iterator();
while (ite.hasNext()) {
SelectionKey key = (SelectionKey) ite.next();
// 移除，防止重复处理
ite.remove();
// 得到事件发生的Socket通道
SocketChannel channel = (SocketChannel) key.channel();
// 数据总长度
int ret = 0;
boolean failure = true;
ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024);
//读取数据
try {
ret = channel.read(buffer);
failure = false;
} catch (Exception e) {
// ignore
}
//判断是否连接已断开
if (ret <= 0 || failure) {
key.cancel();
System.out.println("客户端断开连接");
}else{
System.out.println("收到数据:" + new String(buffer.array()));
//回写数据
ByteBuffer outBuffer = ByteBuffer.wrap("收到\n".getBytes());
channel.write(outBuffer);// 将消息回送给客户端
}
}
}
}解释：
a、worker的执行方式基本上面和boss的方式是一样的，只不够是处理方式不一样
b、这里需要注意的是，都是考虑线程队列执行。
3）ThreadHandle（线程处理，这里主要是启动需要的东西）
package com.troy.application.netty;
import java.net.InetSocketAddress;
import java.nio.channels.ClosedChannelException;
import java.nio.channels.SelectionKey;
import java.nio.channels.ServerSocketChannel;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger;
public class ThreadHandle {
public final AtomicInteger bossIndex = new AtomicInteger();
public static NettyBoss[] bosses;
public final AtomicInteger workerIndex = new AtomicInteger();
public static NettyWork[] workeres;
public ThreadHandle(ExecutorService boss,ExecutorService work) {
this.bosses = new NettyBoss[1];
//初始化boss线程池
for (int i = 0; i < bosses.length; i++) {
bosses[i] = new NettyBoss(boss,this);
}
this.workeres = new NettyWork[Runtime.getRuntime().availableProcessors() * 2];
//初始化work线程池
for (int i = 0; i < workeres.length; i++) {
workeres[i] = new NettyWork(work);
}
}
public void bind(InetSocketAddress inetSocketAddress) {
try {
// 获得一个ServerSocket通道
ServerSocketChannel serverChannel = ServerSocketChannel.open();
// 设置通道为非阻塞
serverChannel.configureBlocking(false);
// 将该通道对应的ServerSocket绑定到port端口
serverChannel.socket().bind(inetSocketAddress);
//获取一个boss线程
NettyBoss nextBoss = bosses[Math.abs(bossIndex.getAndIncrement() % workeres.length)];
//向boss注册一个ServerSocket通道
Runnable runnable = () -> {
try {
//注册serverChannel到selector
serverChannel.register(nextBoss.selector, SelectionKey.OP_ACCEPT);
} catch (ClosedChannelException e) {
e.printStackTrace();
}
};
//加入任务队列
nextBoss.taskQueue.add(runnable);
if (nextBoss.selector != null) {
//排除其他任务处理
if (nextBoss.wakenUp.compareAndSet(false, true)) {
//放开阻塞
nextBoss.selector.wakeup();
}
} else {
//移除任务
nextBoss.taskQueue.remove(runnable);
}
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
}
}解释：
a、这里采用数组的形式，主要目的是考虑多个看门的，和多个服务客人的线程。为了好控制，好选择，哪一个来执行。
b、端口的注册，在NettyBoss里面进行初始化的的原理都是一样的。
4）start
package com.troy.application.netty;
import java.net.InetSocketAddress;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
public class Start {
public static void main(String[] args) {
//声明线程池
ExecutorService boss = Executors.newCachedThreadPool();
ExecutorService work = Executors.newCachedThreadPool();
//初始化线程池
ThreadHandle threadHandle = new ThreadHandle(boss,work);
//声明端口
threadHandle.bind(new InetSocketAddress(9000));
System.out.println("start");
}
}说明一下流程
a、初始化boss和work。让boss线程池加入设定第一种boss的selector，并且处于阻塞状态。work的初始化也基本上是一样的，只不过换成了第二种selector线程池，处于阻塞状态。
b、当线程处理类初始化监听端口的时候。就是选择boss中其中一个selector。声明一个线程先监听，加入boss的线程安全队列中。然后放开boss阻塞，向下执行。线程执行会监听对应端口并阻塞。
c、当一个客户端接入的时候，boss中的selector会监听到对应端口。然后选择work线程中的一个selector给work分派任务。
d、最后work中的selector来处理事务。
4、源码下载：
https://pan.baidu.com/s/1pKIxuMf
5、本代码只是用于理解netty的实现过程，不代表开发思路。其中我为了简化代码，做了很多调整。目的就是压缩代码，方便理解。
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