Netty入门demo

Netty 是一个异步事件驱动的网络应用程序框架，用于快速开发可维护的高性能协议服务器和客户端。
Netty 作为异步事件驱动的网络，高性能之处主要来自于其 I/O 模型和线程处理模型，前者决定如何收发数据，后者决定如何处理数据。
1、I/O 模型
NIO
Netty 的 IO 线程 NioEventLoop 由于聚合了多路复用器 Selector，可以同时并发处理成百上千个客户端连接。当线程从某客户端 Socket 通道进行读写数据时，若没有数据可用时，该线程可以进行其他任务。线程通常将非阻塞 IO 的空闲时间用于在其他通道上执行 IO 操作，所以单独的线程可以管理多个输入和输出通道。由于读写操作都是非阻塞的，这就可以充分提升 IO 线程的运行效率，避免由于频繁 I/O 阻塞导致的线程挂起。一个 I/O 线程可以并发处理 N 个客户端连接和读写操作，这从根本上解决了传统同步阻塞 I/O 一连接一线程模型，架构的性能、弹性伸缩能力和可靠性都得到了极大的提升。

基于 Buffer
传统的 I/O 是面向字节流或字符流的，以流式的方式顺序地从一个 Stream 中读取一个或多个字节, 因此也就不能随意改变读取指针的位置。在 NIO 中，抛弃了传统的 I/O 流，而是引入了 Channel 和 Buffer 的概念。在 NIO 中，只能从 Channel 中读取数据到 Buffer 中或将数据从 Buffer 中写入到 Channel。基于 Buffer 操作不像传统 IO 的顺序操作，NIO 中可以随意地读取任意位置的数据。

2、线程处理模型
通常，我们设计一个事件处理模型的程序有两种思路：
轮询方式:线程不断轮询访问相关事件发生源有没有发生事件，有发生事件就调用事件处理逻辑。
事件驱动方式:发生事件，主线程把事件放入事件队列，在另外线程不断循环消费事件列表中的事件，调用事件对应的处理逻辑处理事件。事件驱动方式也被称为消息通知方式，其实是设计模式中观察者模式的思路。

以 GUI 的逻辑处理为例，说明两种逻辑的不同：
轮询方式，线程不断轮询是否发生按钮点击事件，如果发生，调用处理逻辑。
事件驱动方式，发生点击事件把事件放入事件队列，在另外线程消费的事件列表中的事件，根据事件类型调用相关事件处理逻辑。

主要包括 4 个基本组件：

• 事件队列（event queue）：接收事件的入口，存储待处理事件。
• 分发器（event mediator）：将不同的事件分发到不同的业务逻辑单元。
• 事件通道（event channel）：分发器与处理器之间的联系渠道。
• 事件处理器（event processor）：实现业务逻辑，处理完成后会发出事件，触发下一步操作。

可以看出，相对传统轮询模式，事件驱动有如下优点：

• 可扩展性好，分布式的异步架构，事件处理器之间高度解耦，可以方便扩展事件处理逻辑。
• 高性能，基于队列暂存事件，能方便并行异步处理事件。

模块组件
Bootstrap、ServerBootstrap
Bootstrap 意思是引导，一个 Netty 应用通常由一个 Bootstrap 开始，主要作用是配置整个 Netty 程序，串联各个组件，Netty 中 Bootstrap 类是客户端程序的启动引导类，ServerBootstrap 是服务端启动引导类。

Future、ChannelFuture
正如前面介绍，在 Netty 中所有的 IO 操作都是异步的，不能立刻得知消息是否被正确处理。但是可以过一会等它执行完成或者直接注册一个监听，具体的实现就是通过 Future 和 ChannelFutures，他们可以注册一个监听，当操作执行成功或失败时监听会自动触发注册的监听事件。

Channel
Netty 网络通信的组件，能够用于执行网络 I/O 操作。Channel 为用户提供：

• 当前网络连接的通道的状态（例如是否打开？是否已连接？）
• 网络连接的配置参数 （例如接收缓冲区大小）
• 提供异步的网络 I/O 操作(如建立连接，读写，绑定端口)，异步调用意味着任何 I/O 调用都将立即返回，并且不保证在调用结束时所请求的I/O 操作已完成。
• 调用立即返回一个 ChannelFuture 实例，通过注册监听器到 ChannelFuture 上，可以 I/O
  操作成功、失败或取消时回调通知调用方。
• 支持关联 I/O 操作与对应的处理程序。

不同协议、不同的阻塞类型的连接都有不同的 Channel 类型与之对应。下面是一些常用的 Channel 类型：
NioSocketChannel，异步的客户端 TCP Socket 连接。
NioServerSocketChannel，异步的服务器端 TCP Socket 连接。
NioDatagramChannel，异步的 UDP 连接。
NioSctpChannel，异步的客户端 Sctp 连接。
NioSctpServerChannel，异步的 Sctp 服务器端连接，这些通道涵盖了 UDP 和 TCP 网络 IO 以及文件 IO。

Selector
Netty 基于 Selector 对象实现 I/O 多路复用，通过 Selector 一个线程可以监听多个连接的 Channel 事件。
当向一个 Selector 中注册 Channel 后，Selector 内部的机制就可以自动不断地查询(Select) 这些注册的 Channel 是否有已就绪的 I/O 事件（例如可读，可写，网络连接完成等），这样程序就可以很简单地使用一个线程高效地管理多个 Channel 。

NioEventLoop
NioEventLoop 中维护了一个线程和任务队列，支持异步提交执行任务，线程启动时会调用 NioEventLoop 的 run 方法，执行 I/O 任务和非 I/O 任务：
I/O 任务，即 selectionKey 中 ready 的事件，如 accept、connect、read、write 等，由 processSelectedKeys 方法触发。
非 IO 任务，添加到 taskQueue 中的任务，如 register0、bind0 等任务，由 runAllTasks 方法触发。
两种任务的执行时间比由变量 ioRatio 控制，默认为 50，则表示允许非 IO 任务执行的时间与 IO 任务的执行时间相等。

NioEventLoopGroup
NioEventLoopGroup，主要管理 eventLoop 的生命周期，可以理解为一个线程池，内部维护了一组线程，每个线程(NioEventLoop)负责处理多个 Channel 上的事件，而一个 Channel 只对应于一个线程。

ChannelHandler
ChannelHandler 是一个接口，处理 I/O 事件或拦截 I/O 操作，并将其转发到其 ChannelPipeline(业务处理链)中的下一个处理程序。ChannelHandler 本身并没有提供很多方法，因为这个接口有许多的方法需要实现，方便使用期间，可以继承它的子类：
ChannelInboundHandler 用于处理入站 I/O 事件。
ChannelOutboundHandler 用于处理出站 I/O 操作。
或者使用以下适配器类：
ChannelInboundHandlerAdapter 用于处理入站 I/O 事件。
ChannelOutboundHandlerAdapter 用于处理出站 I/O 操作。
ChannelDuplexHandler 用于处理入站和出站事件。
ChannelHandlerContext
保存 Channel 相关的所有上下文信息，同时关联一个 ChannelHandler 对象。

Netty的Server：

public class NettyServer {

    public void run() throws Exception{
        // ServerBootstrap负责建立服务端,可以直接使用Channel去建立服务端但是一般使用ServerBootstrap
        ServerBootstrap serverBootstrap = new ServerBootstrap();
        // Event：事件，Loop：循环，Group：群组
        // Netty内部都是通过线程在处理各种数据，EventLoopGroup就是用来管理调度他们的，注册Channel，管理他们的生命周期。
        // NioEventLoopGroup是一个处理I/O操作的多线程事件循环
        // boos接收传入连接，因为boos仅接收客户端连接，不做复杂的逻辑处理，为了尽可能减少资源的占用，取值越小越好
        EventLoopGroup boos = new NioEventLoopGroup();
        // 处理boss接收的连接的流量和将接收的连接注册进入这个worker
        EventLoopGroup worker = new NioEventLoopGroup();

        serverBootstrap.group(boos, worker)
            // 指定使用NioServerSocketChannel产生一个Channel用来接收连接
            .channel(NioServerSocketChannel.class)
            // ChannelInitializer用于配置一个新的Channel
            // 用于向你的Channel当中添加ChannelInboundHandler的实现
            .childHandler(new ChannelInitializer<NioSocketChannel>() {
                protected void initChannel(NioSocketChannel ch) {
                    // ChannelPipeline用于存放管理ChannelHandel
                    //  ChannelHandler用于处理请求响应的业务逻辑相关代码
                    ch.pipeline().addLast(new StringDecoder());
                    ch.pipeline().addLast(new SimpleChannelInboundHandler<String>() {
                        @Override
                        protected void channelRead0(ChannelHandlerContext ctx, String msg) {
                        System.out.println(msg);
                        }
                    });
                }
            })
            // 以下是socket的标准参数
            // BACKLOG用于构造服务端套接字ServerSocket对象，标识当服务器请求处理线程全满时，用于临时存放已完成三次握
            // 手的请求的队列的最大长度。如果未设置或所设置的值小于1，Java将使用默认值50。
            // Option是为了NioServerSocketChannel设置的，用来接收传入连接的
            .option(ChannelOption.SO_BACKLOG, 128)
            // 是否启用心跳保活机制。在双方TCP套接字建立连接后（即都进入ESTABLISHED状态）并且在两个小时左右上层没有任何数据传输的情况下，这套机制才会被**。
            // childOption是用来给父级ServerChannel之下的Channels设置参数的
            .childOption(ChannelOption.SO_KEEPALIVE, true)
            // 绑定端口号
            .bind(8000);

    }

    public static void main(String[] args) {
        try {
            new NettyServer().run();
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

}

Netty的Client：

public class NettyClient {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        //客户端配置和启动的类
        Bootstrap bootstrap = new Bootstrap();
        //接受新连接线程，主要负责创建新连接
        EventLoopGroup group = new NioEventLoopGroup();
        //指定使用NioServerSocketChannel产生一个Channel用来接收连接
        bootstrap.group(group).channel(NioSocketChannel.class)
            .handler(new ChannelInitializer<Channel>() {
                @Override
                protected void initChannel(Channel ch) {
                    ch.pipeline().addLast(new StringEncoder());
                }
            });
        //连接服务端
        Channel channel = bootstrap.connect("127.0.0.1", 8000).channel();

        while (true) {
            //写数据
            channel.writeAndFlush(new Date() + ": hello world!");
            Thread.sleep(2000);
        }
    }
}