一．Netty介绍
1.什么是netty
Netty 是由 JBOSS 提供的一个 Java 开源框架。Netty 提供异步的、基于事件驱动的网络应用程序框架，用以快速开发高性能、高可靠性的网络 IO 程序,是目前最流行的 NIO 框架，Netty 在互联网领域、大数据分布式计算领域、游戏行业、通信行业等获得了广泛的应用，知名的 Elasticsearch 、Dubbo 框架内部都采用了 Netty。
2.为什么要用netty
原生 NIO 存在问题:
1.NIO 的类库和 API 繁杂
2.需要熟悉 Java 多线程编程，因为 NIO 编程涉及到 Reactor 模式，必须对多线程和网络编程非常熟悉， 才能编写出高质量的 NIO 程序
3.开发工作量和难度都非常大。例如客户端面临断连重连、网络闪断、半包读写、失败缓存、网络拥塞和异常 流的处理等等处理起来难度会比较大。
4.JDK NIO 的 Bug：例如臭名昭著的 Epoll Bug，它会导致 Selector 空轮询，最终导致 CPU 100%。直到 JDK 1.7 版本该问题仍旧存在，没有被根本解决。
3.Netty的优点
Netty 对 JDK 自带的 NIO 的 API 进行了封装，解决了上述问题。
1.设计优雅：适用于各种传输类型的统一 API 阻塞和非阻塞 Socket；基于灵活且可扩展的事件模型，可以清晰地分离关注点；高度可定制的线程模型 - 单线程，一个或多个线程池.
2.使用方便：详细记录的 Javadoc，用户指南和示例；没有其他依赖项，JDK 5（Netty 3.x）或 6（Netty 4.x）就足够了。
3.高性能、吞吐量更高：延迟更低；减少资源消耗；最小化不必要的内存复制。
4.安全：完整的 SSL/TLS 和 StartTLS 支持。
5.社区活跃、不断更新：社区活跃，版本迭代周期短，发现的 Bug 可以被及时修复，同时更多的新功能会被加入
二．Reactor三种线程模型
1.现有的三种线程模型
不同的线程模式，对程序的性能有很大影响，目前存在的线程模型有：
①.传统阻塞 I/O 服务模型
②Reactor 模式
Reactor 模式又有 3 种典型的实现
单 Reactor 单线程；
单 Reactor 多线程；
主从 Reactor 多线程
Netty 的线程模型是主要是基于主从 Reactor 多线程模型改成了主从 Reactor 多线程模型有多个 Reactor模式
2.传统阻塞 I/O 服务模型介绍
特点：
采用阻塞IO模式获取输入的数据
每个连接都需要创建单独的线程完成数据的输入，业务处理和数据的返回
缺点：
当并发数很大，就会创建大量的线程，占用很大系统资源，在线程开销和上下文切换上降低处理性能
当连接创建后，如果当前线程暂时没有数据可读，该线程会阻塞在read 操作，造成线程资源的浪费。
黄色的框表示对象， 蓝色的框表示线程 白色的框表示方法(API)
3. Reactor 模式
针对传统阻塞 I/O 服务模型的 2 个缺点，解决方案：
I/O 复用模型：多个连接共用一个阻塞对象，应用程序只需要在一个阻塞对象上等待，无需阻塞等待所有连接。当某个连接有新的数据可以处理时，操作系统通知应用程序，线程从阻塞状态返回，开始进行业务处理。
Reactor 对应的叫法: 1. 反应器模式 2. 分发者模式(Dispatcher) 3. 通知者模式(notifier)
基于线程池复用线程资源模式：不必再为每个连接创建线程，将连接完成后的业务处理任务分配给线程进行处理，一个线程可以处理多个连接的业务。
I/O 复用结合线程池，就是 Reactor 模式基本设计思想
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)
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
Reactor 模式使用IO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
4.单 Reactor 单线程
1.工作原理：
①Select 是前面 I/O 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
②Reactor 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
⑤Handler 会完成 Read→业务处理→Send 的完整业务流程
2.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
3.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。
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
③服务器端用一个线程通过多路复用搞定所有的 IO 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时，当对应多个读时，还是会出现阻塞现象，当这种情况发生时将无法支撑高并发的场景。
4.应用场景：
客户端的数量有限，业务处理非常快速(比如 Redis在业务处理的时间复杂度 O(1) 的情况)
5.单Reactor多线程
1.工作原理：
①Reactor 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如果是建立连接请求, 则由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
④handler 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。
⑤worker 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,handler收到响应后，通过send 将结果返回给client.
2.优点：
可以充分的利用多核cpu 的处理能力
3.缺点：
多线程数据共享和访问比较复杂,Reactor处理所有的事件的监听和响应，在单线程运行时，在高并发场景容易出现性能瓶颈.
6.主从 Reactor 多线程
1.工作原理：
①Reactor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
③subReactor 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
⑤handler 通过read 读取数据，分发给后面的worker 线程处理
⑥worker 线程池分配独立的worker 线程进行业务处理，并返回结果
⑦handler 收到响应的结果后，再通过send 将结果返回给client
⑧Reactor 主线程可以对应多个Reactor 子线程, 即MainRecator 可以关联多个SubReactor
三．Netty线程模型
1.工作原理
Netty抽象出两组线程池 BossGroup 专门负责接收客户端的连接, WorkerGroup 专门负责网络的读写
BossGroup 和 WorkerGroup 类型都是 NioEventLoopGroup
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
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 , 用于监听绑定在该通道上的socket的网络通讯
NioEventLoopGroup 可以有多个线程, 即可以含有多个NioEventLoop
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端建立连接 , 生成NioScocketChannel , 并将其注册到某个worker NIOEventLoop 上的 selector 上
处理任务队列的任务 ， 即 runAllTasks
每个 Worker NIOEventLoop 循环执行的步骤
轮询read, write 事件
处理i/o事件， 即read , write 事件，在对应NioScocketChannel 处理
处理任务队列的任务 ， 即 runAllTasks
每个Worker NIOEventLoop 处理业务时，会使用pipeline(管道), pipeline 中包含了boss group上NioEventLoop注册到worker 的selector 的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
四．Netty入门
1.引入java包
(JDK 5（Netty 3.x）或 6（Netty 4.x）)
<dependency>
<groupId>io.netty</groupId>
<artifactId>netty-all</artifactId>
<version>4.1.20.Final</version>
</dependency>
入门的编写一共需要4个类
2.1.netty server 端编写
package com.zpb.netty.netty.helloWorld;
import io.netty.bootstrap.ServerBootstrap;
import io.netty.channel.ChannelFuture;
import io.netty.channel.ChannelInitializer;
import io.netty.channel.ChannelOption;
import io.netty.channel.EventLoopGroup;
import io.netty.channel.nio.NioEventLoop;
import io.netty.channel.nio.NioEventLoopGroup;
import io.netty.channel.socket.SocketChannel;
import io.netty.channel.socket.nio.NioServerSocketChannel;
import io.netty.channel.socket.nio.NioSocketChannel;
/**
* @dec : netty入门
* @Date:
* @Auther:
* @version: 1.0
* @demand:
*
* {@link #main(String[] args)}
*
*/
public class NettyServer {
public static void main(String[] args) throws Exception{
//1.创建BossGroup 和 WorkerGroup
//1.1 创建2个线程组
//bossGroup只处理连接请求
//workerGroup 处理客户端的业务逻辑
//2个都是无限循环
EventLoopGroup bossGroup = new NioEventLoopGroup();
EventLoopGroup workerGroup = new NioEventLoopGroup();
//2.创建服务端的启动对象,可以为服务端启动配置一些服务参数
ServerBootstrap bootStrap = new ServerBootstrap();
//2.1使用链式编程来配置服务参数
bootStrap.group(bossGroup,workerGroup) //设置2个线程组
.channel(NioServerSocketChannel.class) //使用NioServerSocketChannel作为服务器的通道
.option(ChannelOption.SO_BACKLOG,128) //设置线程等待的连接个数
.childOption(ChannelOption.SO_KEEPALIVE,Boolean.TRUE) //设置保持活动连接状态
.childHandler(new ChannelInitializer<SocketChannel>() {
//给PipeLine设置处理器
@Override
protected void initChannel(SocketChannel socketChannel) throws Exception {
//通过socketChannel得到pipeLine，然后向pipeLine中添加处理的handle
socketChannel.pipeline().addLast(new NettyServerHandle());
}
}); //给workerGroup 的EventLoop对应的管道设置处理器(可以自定义/也可使用netty的)
System.err.println("server is ready......");
//启动服务器，并绑定1个端口且同步生成一个ChannelFuture 对象
ChannelFuture channelFuture = bootStrap.bind(8888).sync();
//对关闭通道进行监听(netty异步模型)
//当通道进行关闭时，才会触发这个关闭动作
channelFuture.channel().closeFuture().sync();
}
}
2.2.netty server handler编写
package com.zpb.netty.netty.helloWorld;
import io.netty.buffer.ByteBuf;
import io.netty.buffer.Unpooled;
import io.netty.channel.Channel;
import io.netty.channel.ChannelHandlerContext;
import io.netty.channel.ChannelInboundHandlerAdapter;
import io.netty.channel.ChannelPipeline;
import io.netty.util.CharsetUtil;
/**
* @dec :
* @Date: 2019/11/24
* @Auther: pengbo.zhao
* @version: 1.0
* @demand:
*/
public class NettyServerHandle extends ChannelInboundHandlerAdapter {
/**
* 读取数据
*
* @param: 1.ChannelHandlerContext ctx:上下文对象, 含有 管道 pipeline , 通道 channel, 地址
* @param: 2. Object msg: 就是客户端发送的数据 默认 Object
*/
@Override
public void channelRead(ChannelHandlerContext ctx, Object msg) throws Exception {
System.err.println("服务器读取线程 " + Thread.currentThread().getName());
System.out.println("server ctx =" + ctx);
System.out.println("看看 channel 和 pipeline 的关系");
Channel channel = ctx.channel();
ChannelPipeline pipeline = ctx.pipeline(); //本质是一个双向链接, 出站入站
//将 msg 转成一个 ByteBuf,ByteBuf 是 Netty 提供的，不是 NIO 的 ByteBuffer.
ByteBuf buf = (ByteBuf) msg;
System.out.println("客户端发送消息是:" + buf.toString(CharsetUtil.UTF_8));
System.out.println("客户端地址:" + channel.remoteAddress());
}
/**
* 读取数据完成后
*
* @param:
* @return:
* @auther:
* @date:
*/
@Override
public void channelReadComplete(ChannelHandlerContext ctx) throws Exception {
//writeAndFlush 是 write + flush
//将数据写入到缓存，并刷新
//一般讲，我们对这个发送的数据进行编码
ctx.writeAndFlush(Unpooled.copiedBuffer("hello, 客户端~(>^ω^<)喵", CharsetUtil.UTF_8));
}
//处理异常, 一般是需要关闭通道
@Override
public void exceptionCaught(ChannelHandlerContext ctx, Throwable cause) throws Exception {
ctx.close();
}
}
2.3.netty client端编写
package com.zpb.netty.netty.helloWorld;
import io.netty.bootstrap.Bootstrap;
import io.netty.channel.ChannelFuture;
import io.netty.channel.ChannelInitializer;
import io.netty.channel.EventLoopGroup;
import io.netty.channel.nio.NioEventLoopGroup;
import io.netty.channel.socket.SocketChannel;
import io.netty.channel.socket.nio.NioSocketChannel;
/**
* @dec :
* @Date: 2019/11/24
* @Auther: pengbo.zhao
* @version: 1.0
* @demand:
*/
public class NettyClient {
public static void main(String[] args) throws Exception {
//1.客户端定义一个循环事件组
EventLoopGroup group = new NioEventLoopGroup();
try {
//2.创建客户端启动对象
Bootstrap bootstrap = new Bootstrap();
bootstrap.group(group) //设置线程组
.channel(NioSocketChannel.class) //设置客户端通道实现类
.handler(new ChannelInitializer<SocketChannel>() {
@Override
protected void initChannel(SocketChannel socketChannel) throws Exception {
socketChannel.pipeline().addLast(new NettyClientHandle());
}
});
System.err.println("client is ready......");
//3.启动客户端去连接服务端
ChannelFuture channelFuture = bootstrap.connect("127.0.0.1", 8888).sync();
//4.设置通道关闭监听(当监听到通道关闭时，关闭client)
channelFuture.channel().closeFuture().sync();
} finally {
group.shutdownGracefully();
}
}
}
2.4.netty client handler端编写
package com.zpb.netty.netty.helloWorld;
import io.netty.buffer.ByteBuf;
import io.netty.buffer.Unpooled;
import io.netty.channel.ChannelHandlerContext;
import io.netty.channel.ChannelInboundHandlerAdapter;
import io.netty.util.CharsetUtil;
/**
* @dec :
* @Date: 2019/11/24
* @Auther: pengbo.zhao
* @version: 1.0
* @demand:
*/
public class NettyClientHandle extends ChannelInboundHandlerAdapter{
//如果client 端服务启动完成后
@Override
public void channelActive(ChannelHandlerContext ctx) throws Exception {
System.err.println("client "+ctx);
ctx.writeAndFlush(Unpooled.copiedBuffer("hello,netty server...",CharsetUtil.UTF_8));
}
//当通道有读事件时
@Override
public void channelRead(ChannelHandlerContext ctx, Object msg) throws Exception {
ByteBuf byteBuf = (ByteBuf) msg;
System.err.println("服务器端回复消息："+byteBuf.toString(CharsetUtil.UTF_8));
System.err.println("服务器端地址是："+ctx.channel().remoteAddress());
}
//当通道有异常时
@Override
public void exceptionCaught(ChannelHandlerContext ctx, Throwable cause) throws Exception {
cause.printStackTrace();
ctx.close();
}
}
五．Netty三种任务队列的使用
当我们在处理的handle中如果出现了阻塞的情况，或者处理业务逻辑比较耗时，我们不能让程序处于阻塞，
当有客户端请求时，我们想让程序定时的去执行业务逻辑，
当需要对一些用户需要进行推送活动时，根据用户标识，找到对应的 Channel 引用，向该用户推送特定消息时
可以采用以下三种任务队列：
1.提交到execute(Runnable command)中时
ctx.channel().eventLoop().execute(new Runnable() { })
业务逻辑交给线程去处理,线程不会阻塞在这里，而是直接返回，直到有数据才返回给客户端，如果有多个线程runnable需要处理，那么只能等上一个处理完才会处理下一个，(假如第1个任务需要10S,第2个需要20s,执行完共需30S)
2.提交到 scheduledTaskQueue中
schedule(Runnable command, long delay, TimeUnit unit)
①Runnable command：执行业务逻辑处理的线程
② long delay：定时时长
③TimeUnit unit：定时类型
业务逻辑交给定时线程去处理。
3.通过传输的内容的标识
在解码客户端发送的内容中，读取到客户端的特殊标识，利用这个标识来进行推送消息处理，这个在粘包、拆包中进行说明