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【Netty】從0到1（六）：入門-Hello World

概述

Netty is an asynchronous event-driven network application framework for rapid development of maintainable high performance protocol servers & clients.

Netty 是一個異步的、基于事件驅動的網絡應用架構，用于快速開發可維護、高性能的網絡伺服器和用戶端。

需要注意的是，Netty 中的異步操作是通過多路複用來實作的。在 Java NIO 中，可以使用一個線程同時處理多個通道的讀寫操作，這就是所謂的多路複用。Netty 正是基于 Java NIO 實作的，是以它也采用了多路複用技術來實作異步操作。

雖然 Netty 的異步操作并沒有實作真正意義上的異步 I/O，但是它的性能表現非常出色，能夠很好地滿足大部分應用的需求。同時，Netty 的程式設計模型比純 NIO 更加簡潔易用，可以幫助開發者快速建構高性能、可靠的網絡應用程式。

接下來，通過使用 Netty 建構服務端與用戶端，實作第一個 Netty demo。

服務端

1、首先，通過建立一個 ServerBootstrap 執行個體來啟動伺服器，它會組裝和配置 Netty 元件，并且啟動伺服器：

new ServerBootstrap()

2、使用 NioEventLoopGroup 類型的事件循環組作為 BossEventLoop 和 WorkerEventLoop，BossEventLoop 管理連接配接請求，WorkerEventLoop 管理連接配接的 I/O 資料處理：

group(new NioEventLoopGroup())

不熟悉的讀者可以看到部落客的上一篇博文 NIO-多線程優化，博文裡詳細介紹了 Boss 與 Worker 的用法；

3、選擇了 NioServerSocketChannel 來實作伺服器端監聽 Socket 的 Channel，表示該伺服器将使用 NIO 方式進行網絡通信：

channel(NioServerSocketChannel.class)

4、childHandler() 方法設定了一個初始化器，它将在每個新連接配接被接受時調用。該方法中的匿名内部類 ChannelInitializer 将為每個新連接配接添加一個新的管道 pipeline，并将 initChannel() 方法回調給這個新的管道：

childHandler(  
    // channel 初始化，負責添加别的 handler  
    new ChannelInitializer<NioSocketChannel>() {  
        @Override  
        protected void initChannel(NioSocketChannel nsc) throws Exception {  
            ...
        }  
    }  
)

5、向 initChannel() 方法中添加兩個 handler，分别是 StringDecoder 和 ChannelInboundHandlerAdapter，其中 StringDecoder 是 Netty 提供的一個具體的消息解碼器，将位元組流轉換成字元串；ChannelInboundHandlerAdapter 則是自定義的消息處理器，當有消息到達時，将其列印出來：

@Override  
protected void initChannel(NioSocketChannel nsc) throws Exception {  
    nsc.pipeline().addLast(new StringDecoder());  
    nsc.pipeline().addLast(new ChannelInboundHandlerAdapter() {  
        @Override  
        public void channelRead(ChannelHandlerContext ctx, Object msg) throws Exception {  
            System.out.println(msg);  
        }  
    });  
}

6、調用 bind() 方法，監聽特定的端口号 7999，以開始接受來自用戶端的連接配接請求：

bind(7999);

7、完整代碼：

public class HelloServer {
    public static void main(String[] args) {
        // 1. 啟動器，負責組裝 netty 元件并啟動伺服器
        new ServerBootstrap()
                // 2. BossEventLoop, WorkerEventLoop(selector, thread)
                .group(new NioEventLoopGroup())
                // 3. 選擇伺服器的 ServerSocketChannel 實作
                .channel(NioServerSocketChannel.class)
                // 4. 配置 worker(child) 能執行的操作 handler
                .childHandler(
                        // 5. channel 初始化，負責添加别的 handler
                        new ChannelInitializer<NioSocketChannel>() {
                            @Override
                            protected void initChannel(NioSocketChannel nsc) throws Exception {
                                // 6. 添加具體的 handler
                                nsc.pipeline().addLast(new StringDecoder());
                                nsc.pipeline().addLast(new ChannelInboundHandlerAdapter() {
                                    @Override
                                    public void channelRead(ChannelHandlerContext ctx, Object msg) throws Exception {
                                        System.out.println(msg);
                                    }
                                });
                            }
                        }
                )
                // 7. 綁定監聽端口
                .bind(7999);
    }
}

用戶端

1、建立 Bootstrap 執行個體，它是 Netty 庫中用于建立用戶端的啟動類：

new ServerBootstrap()

2、添加一個 NioEventLoopGroup 執行個體作為 EventLoop，用于處理 I/O 操作：

group(new NioEventLoopGroup())

3、設定 channel 類型為 NioSocketChannel，表示使用 NIO 進行網絡通信：

channel(NioServerSocketChannel.class)

4、添加一個 ChannelInitializer 執行個體，在連接配接建立後對 channel 進行初始化。這裡添加了一個 StringEncoder，用于将字元串編碼成位元組流以進行傳輸：

handler(new ChannelInitializer<NioSocketChannel>() {
    @Override
    protected void initChannel(NioSocketChannel nsc) throws Exception {
        nsc.pipeline().addLast(new StringEncoder());
    }
})

5、調用 connect 方法，與伺服器建立連接配接，并傳回一個 ChannelFuture 執行個體，通過調用 sync 方法等待連接配接成功：

.connect(new InetSocketAddress(7999))  
.sync()

6、擷取連接配接成功後的 channel 執行個體，通過 writeAndFlush 方法向伺服器發送字元串消息：

.channel()  
.writeAndFlush("Hello World! --sidiot.");

7、完整代碼：

public class HelloClient {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        // 1. 啟動用戶端
        new Bootstrap()
                // 2. 添加 EventLoop
                .group(new NioEventLoopGroup())
                // 3. 選擇 channel 實作
                .channel(NioSocketChannel.class)
                // 4. 添加 handler
                .handler(new ChannelInitializer<NioSocketChannel>() {
                    @Override
                    protected void initChannel(NioSocketChannel nsc) throws Exception {
                        nsc.pipeline().addLast(new StringEncoder());
                    }
                })
                // 5. 連接配接到伺服器
                .connect(new InetSocketAddress(7999))
                .sync()
                .channel()
                // 6. 向伺服器發送資料
                .writeAndFlush("Hello World! --sidiot.");
    }
}

運作結果：

Hello World! --sidiot.

流程分析

【Netty】從0到1（六）：入門-Hello World

伺服器先行啟動，步驟1到步驟5按代碼順序進行執行，但是 initChannel 需要在建立連接配接後才會被執行，是以步驟6是綁定監聽端口 bind(7999)；

再啟動用戶端，步驟7到步驟11按代碼順序進行執行，步驟12在連接配接建立後對 channel 進行初始化，步驟13中 sync() 方法等待連接配接成功。

然後進行步驟14，用戶端向服務端發送資料，在這個過程中，資料會先經過步驟15進行加密，再發送至服務端，由步驟16中相應的 eventLoop 進行處理，步驟17将接收到的資料進行解密，最後是步驟18，執行 read 方法，列印資料。

在這些步驟中，用到了 channel，handler 和 eventLoop 等元件，接下來稍作解釋：

  • channel：資料的傳輸通道；
  • handler：資料的處理工序： handler 分為 Inbound 和 Outbound 兩類：Inbound 表示入站，Outbound 表示出站； pipeline 代表了 Netty 中的一個處理鍊，負責釋出事件（讀、讀取完成等）傳播給每個 handler， handler 對自己感興趣的事件進行處理（重寫了相應事件處理方法），每個 handler 都會按順序依次處理傳入和傳出的資料流，直到最後一個完成其工作并将響應發送回用戶端。
  • eventLoop：處理資料的勞工： eventLoop 可以管理多個 channel 的 I/O 操作，并且一旦 eventLoop 負責了某個 channel，就會将其與這個 channel進行綁定，以後該 channel 中的 I/O 操作都由該 eventLoop 負責； eventLoop 既可以執行 I/O 操作，也可以進行任務處理，每個 eventLoop 有自己的任務隊列，隊列裡可以堆放多個 channel 的待處理任務，任務分為普通任務、定時任務； eventLoop 按照 pipeline 順序，依次按照 handler 的規劃（代碼）處理資料，可以為每個 handler 指定不同的 eventLoop；

後記

以上就是 從0到1（六）：入門-Hello World 的所有内容了，希望本篇博文對大家有所幫助！

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從0到1 hello
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