三、Netty高性能架构设计

1、Netty概述

本文源码:

1.1、原生NIO存在的问题

• NIO 的类库和 API 繁杂，使用麻烦：需要熟练掌握 Selector、ServerSocketChannel、SocketChannel、ByteBuffer 等。
• 需要具备其他的额外技能：要熟悉 Java 多线程编程，因为 NIO 编程涉及到 Reactor 模式，你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。
• 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。
• 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。

1.2、Netty优点

Netty对JDK自带的NIO的API进行了封装，解决了上述问题。

• 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.
• 安全：完整的 SSL/TLS 和 StartTLS 支持
• 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。

2、I/O线程模型

• 目前存在的线程模型主要有：
  • 传统阻塞I/O服务模型
  • Reactor模式
• 根据Reactor的数量和处理资源池线程的数量不同，有如下3种典型的实现
  • 单Reactor单线程
  • 单Reactor多线程
  • 主从Reactor多线程
• Netty线程模型主要基于主从Reactor多线程模型做了一定的改进，其中主从Reactor多线程模型有多个Reactor。

2.1、传统阻塞I/O服务模型

图解说明：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）。之后的图相同。

2.1.1、模型分析

模型特点：

• 采用阻塞IO模式获取输入的数据
• 每个链接都需要独立的线程完成数据的输入，业务处理、数据返回。

问题分析：

• 当并发数很大，就会创建大量的线程，占用很大系统资源
• 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，造成线程资源浪费。

2.1.2、模型实现代码示例

由于模型的逻辑主要集中在服务端，所以所有模型代码示例基本上都是服务端的示例

public static void main(String[] args) throws IOException {
   
    //1、创建一个线程池
    //2、如果有客户端连接，就创建一个线程，与之通讯（单独写一个方法）
    ExecutorService executorService = Executors.newCachedThreadPool();

    //创建ServerSocket
    ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(6666);
    System.out.println("服务器启动了");

    while (true) {
   
        //监听，等待客户端连接
        final Socket socket = serverSocket.accept();
        System.out.println("连接到一个客户端");
        //创建一个线程，与之通讯
        executorService.execute(() -> {
   
            //重写Runnable方法，与客户端进行通讯
            handler(socket);
        });
    }
}

//编写一个Handler方法，和客户端通讯。主要进行数据的读取和业务处理。
public static void handler(Socket socket) {
   
    try {
   
        byte[] bytes = new byte[1024];
        //通过socket获取输入流
        InputStream inputStream = socket.getInputStream();
        //循环的读取客户端发送的数据
        while (true){
   
            int read = inputStream.read(bytes);
            if (read != -1){
   
                System.out.println(new String(bytes, 0, read));//输出客户端发送的数据
            } else {
   
                break;
            }
        }
    } catch (IOException e) {
   
        e.printStackTrace();
    } finally {
   
        System.out.println("关闭和client的连接");
        try {
   
            socket.close();
        } catch (IOException e) {
   
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

2.2、Reactor模型概述

针对传统阻塞I/O服务模型的2个缺点，解决方案如下：

• 基于 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：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，如图所示：

• 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响应的处理线程，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，分发的某个线程（进程），这点就是网络服务高并发处理的关键。

Reactor模式中的核心组成部分：

在一个单独的线程中运行，负责监听和分发事件，分发给适当的处理程序来对
事件作出反应。

• 我的理解是将Reactor理解成一个Selector，它可以对建立新的连接，也可以将产生的读写事件交换给Handler进行处理

• Handlers：处理程序执行I/O事件要完成的实际事件，类似于客户想要与之交谈的公司中的实际官员。Reactor通过调度适当的处理程序来响应I/O事件，处理程序执行非阻塞操作。

2.3、单Reactor单线程模式

类似于nio中的Selector(选择器) 根据事件驱动 处理不同的连接请求

方案说明：

• Select 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
• 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
• 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
• 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
• Handler 会完成 Read→业务处理→Send 的完整业务流程

结合实例：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，将无法支撑，前面的 NIO 案例就属于这种模型。

2.2.1、模型分析

• 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：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
• 缺点：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：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

2.2.2、模型实现代码示例

这里面我为了简便，我将Reactor和Acceptor和Handler三个对象搞成了方法。

public class SReactorSThread {
   
    private Selector selector;
    private ServerSocketChannel serverSocketChannel;
    private int PORT = 6666;

    public SReactorSThread() {
   
        try {
   
            selector = Selector.open();
            serverSocketChannel = ServerSocketChannel.open();
            serverSocketChannel.bind(new InetSocketAddress(PORT));
            serverSocketChannel.configureBlocking(false);
            serverSocketChannel.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT);
        } catch (IOException e) {
   
            e.printStackTrace();
        }
    }

    //对客户端进行监听
    public void listen() {
   
        try {
   
            while (true) {
   
                int count = selector.select();
                //表示有客户端产生事件
                if (count > 0) {
   
                    Set<SelectionKey> selectionKeys = selector.selectedKeys();//取出产生事件的Channel
                    Iterator<SelectionKey> iterator = selectionKeys.iterator();//准备对其进行遍历
                    while (iterator.hasNext()) {
   
                        SelectionKey key = iterator.next();
                        //将key交给dispatch去处理
                        dispatch(key);
                        iterator.remove();
                    }
                }
            }
        } catch (Exception e) {
   
            e.printStackTrace();
        }
    }

    //dispatch
    private void dispatch(SelectionKey key) {
   
        if (key.isAcceptable()){
   
            accept(key);
        }else {
   
            handler(key);
        }
    }

    //建立新的连接
    private void accept(SelectionKey key) {
   
        try {
   
            SocketChannel socketChannel = serverSocketChannel.accept();
            socketChannel.configureBlocking(false);
            socketChannel.register(selector, SelectionKey.OP_READ);
        } catch (IOException e) {
   
            e.printStackTrace();
        }
    }

    //对请求进行处理，接收消息---业务处理---返回消息
    private void handler(SelectionKey key) {
   
        SocketChannel channel = null;
        try {
   
            channel = (SocketChannel) key.channel();
            ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(3);
            StringBuilder msg = new StringBuilder();
            while (channel.read(buffer) > 0) {
   
                msg.append(new String(buffer.array()));
                buffer.clear();
            }
            System.out.println("接收到消息：" + msg.toString());
            //发送消息
            String ok = "OK";
            buffer.put(ok.getBytes());
            //这个flip非常重要哦，是将position置0，limit置于position的位置，以便下面代码进行写入操作能够正确写入buffer中的所有数据
            buffer.flip();  
            channel.write(buffer);
            buffer.clear();
        } catch (IOException e) {
   
            try {
   
                System.out.println(channel.getRemoteAddress() + "离线了");
                //取消该通道的注册并关闭通道，这里非常重要，没有这一步的话当客户端断开连接就会不断抛出IOException
                //是因为，select会一直产生该事件。
                key.cancel();
                channel.close();
            } catch (IOException ex) {
   
                ex.printStackTrace();
            }
        }
    }
}

/********调用**************/

public static void main(String[] args) {
   
    SReactorSThread sReactorSThread = new SReactorSThread();
    sReactorSThread.listen();
}

这里有更牛逼更完整的Reactor单线程模型的代码案例https://www.cnblogs.com/hama1993/p/10611229.html
https://www.cnblogs.com/eason-ou/p/11910484.html

2.4、单Reactor多线程模型

方案说明：

• 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
• 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
• 如果不是连接请求，则由reactor分发调用连接对应的handler 来处理
• 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
• 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
• handler收到响应后，通过send 将结果返回给client

2.4.1、模型分析

• 优点：可以充分的利用多核cpu 的处理能力
• 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， 在高并发场景容易出现性能瓶颈.

2.4.2、模型实现代码示例

参考 https://www.cnblogs.com/eason-ou/p/11910523.html
也就是每次读写操作利用线程池开个线程来进行读写操作 主线程继续监听事件
不知道为什么要

• 在写完成之后切换为读事件
• 在读事件之后切换为写事件
  //读完后，将通道注册为写
  Selector selector = selectionKey.selector();
  SelectionKey sk = sc.register(selector, SelectionKey.OP_WRITE);

上述问题 的原因在于sun.nio.ch.SelectionKeyImpl#nioInterestOps(int ops)方法

• 可以看到直接覆盖了之前设置的interestOps，也就是说我们在客户端完成连接，设置SelectionKey.OP_READ事件，其READ实已经把之前的事件全部覆盖了。

问题又来了

• 为什么不在连接事件触发 并且连接成功的时候注册
  SelectionKey sk = sc.register(selector, SelectionKey.OP_READ);
  直接注册两个事件呢? -> SelectionKey.OP_READ | SelectionKey.OP_WRITE

最终解决问题:

• 参考连接: selector 为什么无限触发就绪事件

2.5、主从Reactor多线程

方案说明：

• Reactor主线程 MainReactor 对象就只注册一个用于监听连接请求的ServerSocketChannel，通过select 监听连接事件, 收到事件后，通过Acceptor 处理连接事件
• 当 Acceptor 处理连接事件后，MainReactor 通过accept获取新的连接，并将连接注册到SubReactor
• 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
• 当有新事件发生时， subreactor 就会调用对应的handler处理
• handler 通过read 读取数据，分发给后面的worker 线程处理
• worker 线程池分配独立的worker 线程进行业务处理，并返回结果
• handler 收到响应的结果后，再通过send 将结果返回给client
• Reactor 主线程可以对应多个Reactor 子线程, 即MainRecator 可以关联多个SubReactor

2.5.1、模型分析

• 优点：父线程与子线程的数据交互简单职责明确，父线程只需要接收新连接，子线程完成后续的业务处理。
• 优点：父线程与子线程的数据交互简单，Reactor 主线程只需要把新连接传给子线程，子线程无需返回数据
• 缺点：编程复杂度较高
• 结合实例：这种模型在许多项目中广泛使用，包括 Nginx 主从 Reactor 多进程模型，Memcached 主从多线程，Netty 主从多线程模型的支持

2.5.2、模型实现代码示例

还是去看别人大佬写的吧。https://www.cnblogs.com/eason-ou/p/11912010.html

3种模式用生活案例来理解

• 1)单Reactor单线程，前台接待员和服务员是同一个人，全程为顾客服
• 2)单Reactor多线程，1个前台接待员，多个服务员，接待员只负责接待
• 3)主从Reactor多线程，多个前台接待员，多个服务生

3、Netty模型

3.1、主从Reactor进阶

Netty主要是基于主从Reactor多线程模式做了一定的改进，其中主从Reactor都有单一的一个变成了多个。下面是简单的改进图。

• 如图所示，增加了BossGroup来维护多个主Reactor，主Reactor还是只关注连接的Accept；增加了WorkGroup来维护多个从Reactor，从Reactor将接收到的请求交给Handler进行处理。
• 在主Reactor中接收到Accept事件，获取到对应的SocketChannel，Netty会将它进一步封装成NIOSocketChannel对象，这个封装后的对象还包含了该Channel对应的SelectionKey、通信地址等详细信息
• Netty会将装个封装后的Channel对象注册到WorkerGroup中的从Reactor中。
• 当WorkerGroup中的从Reactor监听到事件后，就会将之交给与此Reactor对应的Handler进行处理。

3.2、再进阶版

• Netty将Selector以及Selector相关的事件及任务封装了NioEventLoop，这样BossGroup就可以通过管理NioEventLoop去管理各个Selector。
• 同时，Netty模型中主要存在两个大的线程池组BossGroup和WorkerGroup，用于管理主Reactor线程和从Reactor线程。

3.3、Netty模型

• 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类型的本质都是NioEventLoopGroup类型。

• NioEventLoopGroup相当于一个线程管理器（类似于ExecutorServevice），它下面维护很多个NioEventLoop线程。（我认为图中的NioEventGroup的地方应该改成NioEventLoop，可能我的理解有点差错吧）

  • 在初始化这两个Group线程组时，默认会在每个Group中生成CPU*2个NioEventLoop线程
  • 当n个连接来了，Group默认会按照连接请求的顺序分别将这些连接分给各个NioEventLoop去处理。
  • 同时Group还负责管理EventLoop的生命周期。

• NioEventLoop表示一个不断循环的执行处理任务的线程

  • 它维护了一个线程和任务队列。
  • 每个NioEventLoop都包含一个Selector，用于监听绑定在它上面的socket通讯。
  • 每个NioEventLoop相当于Selector，负责处理多个Channel上的事件
  • 每增加一个请求连接，NioEventLoopGroup就将这个请求依次分发给它下面的NioEventLoop处理。

• 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NioSocketChannel，并将其注册到某个Worker NioEventLoop的selector上。
  • 处理任务队列到任务，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，在对应的NioSocketChannel中进行处理
  • 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中维护了一个ChannelHandlerContext链表，而ChannelHandlerContext则保存了Channel相关的所有上下文信息，同时关联一个ChannelHandler对象。如图所示，Channel和pipeline一一对应，ChannelHandler和ChannelHandlerContext一一对应。

  

• ChannelHandler是一个接口，负责处理或拦截I/O操作，并将其转发到Pipeline中的下一个处理Handler进行处理。

                                                   I/O Request
                                              via Channel or
                                          ChannelHandlerContext
                                                        |
    +---------------------------------------------------+---------------+
    |                           ChannelPipeline         |               |
    |                                                  \|/              |
    |    +---------------------+            +-----------+----------+    |
    |    | Inbound Handler  N  |            | Outbound Handler  1  |    |
    |    +----------+----------+            +-----------+----------+    |
    |              /|\                                  |               |
    |               |                                  \|/              |
    |    +----------+----------+            +-----------+----------+    |
    |    | Inbound Handler N-1 |            | Outbound Handler  2  |    |
    |    +----------+----------+            +-----------+----------+    |
    |              /|\                                  .               |
    |               .                                   .               |
    | ChannelHandlerContext.fireIN_EVT() ChannelHandlerContext.OUT_EVT()|
    |        [ method call]                       [method call]         |
    |               .                                   .               |
    |               .                                  \|/              |
    |    +----------+----------+            +-----------+----------+    |
    |    | Inbound Handler  2  |            | Outbound Handler M-1 |    |
    |    +----------+----------+            +-----------+----------+    |
    |              /|\                                  |               |
    |               |                                  \|/              |
    |    +----------+----------+            +-----------+----------+    |
    |    | Inbound Handler  1  |            | Outbound Handler  M  |    |
    |    +----------+----------+            +-----------+----------+    |
    |              /|\                                  |               |
    +---------------+-----------------------------------+---------------+
                    |                                  \|/
    +---------------+-----------------------------------+---------------+
    |               |                                   |               |
    |       [ Socket.read() ]                    [ Socket.write() ]     |
    |                                                                   |
    |  Netty Internal I/O Threads (Transport Implementation)            |
    +-------------------------------------------------------------------+
  
  

3.4、代码示例

服务端代码：

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）个数为实际 cpu 核数 * 2
        EventLoopGroup bossGroup = new NioEventLoopGroup();
        EventLoopGroup worderGroup = new NioEventLoopGroup();

        try {
   
            //创建服务器端的启动对象，配置参数
            ServerBootstrap bootstrap = new ServerBootstrap();

            //使用链式编程来进行设置，配置
            bootstrap.group(bossGroup, worderGroup) //设置两个线程组
                    .channel(NioServerSocketChannel.class) //使用 NioServerSocketChannel 作为服务器的通道实现
                    .option(ChannelOption.SO_BACKLOG, 128) //设置线程队列得到连接个数
                    .childOption(ChannelOption.SO_KEEPALIVE, true) //设置保持活动连接状态
                    .childHandler(new ChannelInitializer<SocketChannel>() {
    //为accept channel的pipeline预添加的handler
                        //给 pipeline 添加处理器，每当有连接accept时，就会运行到此处。
                        @Override
                        protected void initChannel(SocketChannel socketChannel) throws Exception {
   
                            socketChannel.pipeline().addLast(new NettyServerHandler());
                        }
                    }); //给我们的 workerGroup 的 EventLoop 对应的管道设置处理器

            System.out.println("........服务器 is ready...");
            //绑定一个端口并且同步，生成了一个ChannelFuture 对象
            //启动服务器（并绑定端口）
            ChannelFuture future = bootstrap.bind(6668).sync();

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

服务端Handler处理：

public class NettyServerHandler extends ChannelInboundHandlerAdapter {
   

    /** *读取客户端发送过来的消息 * @param ctx 上下文对象，含有 管道pipeline，通道channel，地址 * @param msg 就是客户端发送的数据，默认Object * @throws Exception */
    @Override
    public void channelRead(ChannelHandlerContext ctx, Object msg) throws Exception {
   
        System.out.println("服务器读取线程：" + Thread.currentThread().getName());
        System.out.println("server ctx = " + ctx);
        //看看Channel和Pipeline的关系
        Channel channel = ctx.channel();
        ChannelPipeline pipeline = ctx.pipeline(); //本质是个双向链表，出栈入栈

        //将msg转成一个ByteBuf，比NIO的ByteBuffer性能更高
        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());
    }

    //数据读取完毕
    @Override
    public void channelReadComplete(ChannelHandlerContext ctx) throws Exception {
   
        //它是 write + flush，将数据写入到缓存buffer，并将buffer中的数据flush进通道
        //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~", CharsetUtil.UTF_8));
    }

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

客户端：

public class NettyClient {
   
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
   
        //客户端需要一个事件循环组
        EventLoopGroup group = new NioEventLoopGroup();
        try {
   
            //创建客户端启动对象
            //注意：客户端使用的不是 ServerBootStrap 而是 Bootstrap
            Bootstrap bootstrap = new Bootstrap();

            //设置相关参数
            bootstrap.group(group) //设置线程组
                    .channel(NioSocketChannel.class) //设置客户端通道的实现类（使用反射）
                    .handler(new ChannelInitializer<SocketChannel>() {
   
                        @Override
                        protected void initChannel(SocketChannel socketChannel) throws Exception {
   
                            socketChannel.pipeline().addLast(new NettyClientHandler()); //加入自己的处理器
                        }
                    });
            System.out.println("客户端 OK...");

            //启动客户端去连接服务器端
            //关于 channelFuture 涉及到 netty 的异步模型
            ChannelFuture channelFuture = bootstrap.connect("127.0.0.1", 6668).sync();
            //给关闭通道进行监听
            channelFuture.channel().closeFuture().sync();
        } finally {
   
            group.shutdownGracefully();
        }
    }
}

客户端Handler处理：

public class NettyClientHandler extends ChannelInboundHandlerAdapter {
   
    /** * 当通道就绪就会触发 * @param ctx * @throws Exception */
    @Override
    public void channelActive(ChannelHandlerContext ctx) throws Exception {
   
        System.out.println("client: " + ctx);
        ctx.writeAndFlush(Unpooled.copiedBuffer("hello, server", CharsetUtil.UTF_8));
    }

    /** * 当通道有读取事件时，会触发 * @param ctx * @param msg * @throws Exception */
    @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());
    }

    @Override
    public void exceptionCaught(ChannelHandlerContext ctx, Throwable cause) throws Exception {
   
        cause.printStackTrace();
        ctx.close();
    }
}

3.5、任务队列

任务队列由NioEventLoop维护并不断执行。当我们就收到请求之后，在当前channel对应的pipeline中的各个Handler里面进行业务处理和请求过滤。当某些业务需要耗费大量时间的时候，我们可以将任务提交到由NioEventLoop维护的taskQueue或scheduleTaskQueue中，让当前的NioEventLoop线程在空闲时间去执行这些任务。下面将介绍提交任务的3种方式

用户程序自定义的普通任务：

该方式会将任务提交到taskQueue队列中。提交到该队列中的任务会按照提交顺序依次执行 。
例如: 提交两个任务到队列中 第一个任务消耗10秒 第二个任务消耗20秒

• 先执行第一个任务用时10秒 -->0-10秒第一个任务
• 第一个任务完成后才执行第二个 -->10秒-30秒第二个任务
• 总共耗时30秒

channelHandlerContext.channel().eventLoop().execute(new Runnable(){
   
    @Override
    public void run() {
   
        //...
    }
});

用户自定义的定时任务：

该方式会将任务提交到scheduleTaskQueue定时任务队列中。该队列是底层是优先队列PriorityQueue实现的，固该队列中的任务会按照时间的先后顺序定时执行。

channelHandlerContext.channel().eventLoop().schedule(new Runnable() {
   
    @Override
    public void run() {
   

    }
}, 60, TimeUnit.SECONDS);

为其他EventLoop线程对应的Channel添加任务
可以在ChannelInitializer中，将刚创建的各个Channel以及对应的标识加入到统一的集合中去，然后可以根据标识获取Channel以及其对应的NioEventLoop，然后就课程调用execute()或者schedule()方法。

3.6、异步模型

基本介绍

• 异步的概念和同步相对。当一个异步过程调用发出后，调用者不能立刻得到结果。实际处理这个调用的组件在完成后，通过状态、通知和回调来通知调用者。
• Netty 中的 I/O 操作是异步的，包括 Bind、Write、Connect 等操作会简单的返回一个 ChannelFuture。
• 调用者并不能立刻获得结果，而是通过 Future-Listener 机制，用户可以方便的主动获取或者通过通知机制获得 IO 操作结果
• Netty 的异步模型是建立在 future 和 callback 的之上的。callback 就是回调。重点说 Future，它的核心思想是：假设一个方法 fun，计算过程可能非常耗时，等待 fun返回显然不合适。那么可以在调用 fun 的时候，立马返回一个 Future，后续可以通过 Future去监控方法 fun 的处理过程(即 ： Future-Listener 机制)

Future说明

• 表示异步的执行结果, 可以通过它提供的方法来检测执行是否完成，比如检索计算等等.
• ChannelFuture 是一个接口 ： public interface ChannelFuture extends Future。我们可以添加***，当监听的事件发生时，就会通知到***

工作原理示意图

• 在使用 Netty 进行编程时，拦截操作和转换出入站数据只需要您提供 callback 或利用future 即可。这使得链式操作简单、高效, 并有利于编写可重用的、通用的代码。
• Netty 框架的目标就是让你的业务逻辑从网络基础应用编码中分离出来、解脱出来

Future-Listener机制

• 当 Future 对象刚刚创建时，处于非完成状态，调用者可以通过返回的 ChannelFuture 来获取操作执行的状态，注册监听函数来执行完成后的操作。

• 常用方法如下：

  方法名称	方法作用
  isDone()	判断当前操作是否完成
  isSuccess()	判断已完成的当前操作是否成功
  getCause()	获取已完成当前操作失败的原因
  isCancelled()	判断已完成的当前操作是否被取消
  addListener()	注册***，当前操作（Future）已完成，将会通知指定的***

举例说明
绑定端口操作时异步操作，当绑定操作处理完，将会调用相应的***处理逻辑。

serverBootstrap.bind(port).addListener(future -> {
   
       if(future.isSuccess()) {
   
           System.out.println(newDate() + ": 端口["+ port + "]绑定成功!");
       } else{
   
           System.err.println("端口["+ port + "]绑定失败!");
       }
   });

3.7、快速入门实例-HTTP HelloWorld

浏览器访问Netty服务器后，返回HelloWorld

1. 每个浏览器的pipeline和Handler是独立的不是共享的
2. 同一个浏览器关闭后 再打开 也是独立的不是共享的
3. HTTP协议用完就断掉 ,TCP协议要保持连接
4. 课上演示刷新时 也会是新的pipeline和Handler ,自己测试发现没有更换 不知原因

启动

public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
   
    NioEventLoopGroup bossGroup = new NioEventLoopGroup(1);
    NioEventLoopGroup workerGroup = new NioEventLoopGroup();

    try {
   
        ServerBootstrap bootstrap = new ServerBootstrap();
        bootstrap.group(bossGroup, workerGroup)
            .channel(NioServerSocketChannel.class)
            .childHandler(new TestServerInitializer());
        ChannelFuture channelFuture = bootstrap.bind(8080).sync();
        channelFuture.channel().closeFuture().sync();
    } finally {
   
        bossGroup.shutdownGracefully();
        workerGroup.shutdownGracefully();
    }
}

定义ChannelInitializer

用于给Channel对应的pipeline添加handler。该ChannelInitializer中的代码在SocketChannel被创建时都会执行

public class TestServerInitializer extends ChannelInitializer<SocketChannel> {
   
    @Override
    protected void initChannel(SocketChannel socketChannel) throws Exception {
   
        //向管道加入处理器

        //得到管道
        ChannelPipeline pipeline = socketChannel.pipeline();
        //加入一个 netty 提供的 httpServerCodec：codec => [coder - decoder]
        //1、HttpServerCodec 是 netty 提供的处理http的编解码器
        pipeline.addLast("MyHttpServerCodec", new HttpServerCodec());
        //2、增加自定义的Handler
        pipeline.addLast("MyTestHttpServerHandler", new TestHttpServerHandler());
    }
}

自定义Handler

public class TestHttpServerHandler extends SimpleChannelInboundHandler<HttpObject> {
   
    /** * 读取客户端数据。 * * @param channelHandlerContext * @param httpObject 客户端和服务器端互相通讯的数据被封装成 HttpObject * @throws Exception */
    @Override
    protected void channelRead0(ChannelHandlerContext channelHandlerContext, HttpObject httpObject) throws Exception {
   

        //判断 msg 是不是 HTTPRequest 请求
        if (httpObject instanceof HttpRequest) {
   
            System.out.println("msg 类型 = " + httpObject.getClass());
            System.out.println("客户端地址：" + channelHandlerContext.channel().remoteAddress());
            //获取
            HttpRequest request = (HttpRequest) httpObject;
            //获取uri，进行路径过滤
            URI uri = new URI(request.uri());
            if ("/favicon.ico".equals(uri.getPath())) {
   
                System.out.println("请求了 favicon.ico，不做响应");
            }

            //回复信息给浏览器[http协议]
            ByteBuf content = Unpooled.copiedBuffer("HelloWorld", CharsetUtil.UTF_8);
            //构造一个http的响应，即HTTPResponse
            DefaultFullHttpResponse response = new DefaultFullHttpResponse(HttpVersion.HTTP_1_1, HttpResponseStatus.OK, content);
            response.headers().set(HttpHeaderNames.CONTENT_TYPE, "text/plain");
            response.headers().set(HttpHeaderNames.CONTENT_LENGTH, content.readableBytes());

            //将构建好的 response 返回
            channelHandlerContext.writeAndFlush(response);
        }
    }
}

原文连接:https://blog.csdn.net/qq_35751014/article/details/104443715
本文在原文的基础上添加一下自己的理解和笔记