面試官:說說Netty的核心組件?

磊哥課程 2024-05-31 07:14:19

Netty 核心組件是指 Netty 在執行過程中所涉及到的重要概念,這些核心組件共同組成了 Netty 框架,使 Netty 框架能夠正常的運行。

Netty 核心組件包含以下內容:

啓動器 Bootstrap/ServerBootstrap事件循環器 EventLoopGroup/EventLoop通道 Channel通道處理器 ChannelHandler通道管道 ChannelPipeline

這些組件的交互流程如下:

上圖是 Netty 邏輯處理架構,這個邏輯處理架構爲典型網絡分層架構設計,共分爲網絡通信層、事件調度層、服務編排層,每一層各司其職,共同成爲了 Netty 的核心組件。

1.Bootstrap/ServerBootstrap【啓動器】

Bootstrap 是“引導”的意思,它主要負責整個 Netty 程序的啓動、初始化、服務器連接等過程,它相當于一條主線,串聯了 Netty 的其他核心組件。

PS:Netty 中的引導器共分爲兩種類型:一個爲用于客戶端引導的 Bootstrap,另一個爲用于服務端引導的 ServerBootStrap。

2.Channel【通道】

Channel 是網絡數據的傳輸通道,它代表了到實體(如硬件設備、文件、網絡套接字或能夠執行 I/O 操作的程序組件)的開放連接,如讀操作和寫操作。

Channel 提供了基本的 API 用于網絡 I/O 操作,如 register、bind、connect、read、write、flush 等。Netty 自己實現的 Channel 是以 JDK NIO Channel 爲基礎的,相比較于 JDK NIO,Netty 的 Channel 提供了更高層次的抽象,同時屏蔽了底層 Socket 的複雜性,賦予了 Channel 更加強大的功能,你在使用 Netty 時基本不需要再與 Java Socket 類直接打交道。

常見的 Channel 類型有以下幾個:

NioServerSocketChannel 異步 TCP 服務端。NioSocketChannel 異步 TCP 客戶端。OioServerSocketChannel 同步 TCP 服務端。OioSocketChannel 同步 TCP 客戶端。NioDatagramChannel 異步 UDP 連接。OioDatagramChannel 同步 UDP 連接。

當然 Channel 也會有多種狀態,如連接建立、連接注冊、數據讀寫、連接銷毀等狀態。

3.EventLoopGroup/EventLoop【事件循環器】

EventLoopGroup 是一個處理 I/O 操作和任務的線程組。在 Netty 中,EventLoopGroup 負責接受客戶端的連接,以及處理網絡事件,如讀/寫事件。它包含多個 EventLoop,每個 EventLoop 包含一個 Selector 和一個重要的組件,用于處理注冊到其上的 Channel 的所有 I/O 事件

3.1 EventLoopGroup、EventLoop和Channel

它們三者的關系如下:

一個 EventLoopGroup 往往包含一個或者多個 EventLoop。EventLoop 用于處理 Channel 生命周期內的所有 I/O 事件,如 accept、connect、read、write 等 I/O 事件。EventLoop 同一時間會與一個線程綁定,每個 EventLoop 負責處理多個 Channel。每新建一個 Channel,EventLoopGroup 會選擇一個 EventLoop 與其綁定。該 Channel 在生命周期內都可以對 EventLoop 進行多次綁定和解綁。3.2 線程模型

Netty 通過創建不同的 EventLoopGroup 參數配置,就可以支持 Reactor 的三種線程模型:

單線程模型:EventLoopGroup 只包含一個 EventLoop,Boss 和 Worker 使用同一個EventLoopGroup;多線程模型:EventLoopGroup 包含多個 EventLoop,Boss 和 Worker 使用同一個EventLoopGroup;主從多線程模型:EventLoopGroup 包含多個 EventLoop,Boss 是主 Reactor,Worker 是從 Reactor,它們分別使用不同的 EventLoopGroup,主 Reactor 負責新的網絡連接 Channel 創建,然後把 Channel 注冊到從 Reactor。4.ChannelHandler【通道處理器】

ChannelHandler 是 Netty 處理 I/O 事件或攔截 I/O 操作的組件。當發生某種 I/O 事件時(如數據接收、連接打開、連接關閉等),ChannelHandler 會被調用並處理這個事件。

例如,數據的編解碼工作以及其他轉換工作實際都是通過 ChannelHandler 處理的。站在開發者的角度,最需要關注的就是 ChannelHandler,我們很少會直接操作 Channel,都是通過 ChannelHandler 間接完成。

5.ChannelPipeline【通道管道】

ChannelPipeline 是 ChannelHandler 的容器,提供了一種方式,以鏈式的方式組織和處理跨多個 ChannelHandler 之間的交互邏輯。當數據在管道中流動時,它會按照 ChannelHandler 的順序被處理。

6.Netty 簡單示例

下面是一個使用 Netty 構建的最簡單服務器端和客戶端示例,這個例子中,服務器接收到客戶端的消息後,會直接將消息原樣回傳給客戶端。

6.1 服務器端import io.netty.bootstrap.ServerBootstrap;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.NioServerSocketChannel;import io.netty.handler.codec.string.StringDecoder;import io.netty.handler.codec.string.StringEncoder;public NettyServer { public static void main(String[] args) throws Exception { // 創建BossGroup和WorkerGroup,它們都是EventLoopGroup的實現 // BossGroup負責接收進來的連接 EventLoopGroup bossGroup = new NioEventLoopGroup(1); // WorkerGroup負責處理已經被接收的連接 EventLoopGroup workerGroup = new NioEventLoopGroup(); try { // 創建服務器端的啓動對象,配置參數 ServerBootstrap bootstrap = new ServerBootstrap(); // 設置兩個線程組 bootstrap.group(bossGroup, workerGroup) // 設置服務器通道實現類型 .channel(NioServerSocketChannel.class) // 設置通道初始化器,主要用來配置管道中的處理器 .childHandler(new ChannelInitializer<SocketChannel>() { @Override protected void initChannel(SocketChannel ch) throws Exception { // 向管道加入處理器 // 解碼器:ByteBuf -> String ch.pipeline().addLast(new StringDecoder()); // 編碼器:String -> ByteBuf ch.pipeline().addLast(new StringEncoder()); // 自定義的處理器 ch.pipeline().addLast(new ServerHandler()); } }); System.out.println("服務器 is ready..."); // 綁定一個端口並且同步,生成了一個ChannelFuture對象 ChannelFuture cf = bootstrap.bind(6668).sync(); // 對關閉通道進行監聽 cf.channel().closeFuture().sync(); } finally { // 優雅關閉線程組 bossGroup.shutdownGracefully(); workerGroup.shutdownGracefully(); } }}6.2 客戶端代碼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;import io.netty.handler.codec.string.StringDecoder;import io.netty.handler.codec.string.StringEncoder;public NettyClient { public static void main(String[] args) throws Exception { // 創建EventLoopGroup,相當于線程池 EventLoopGroup group = new NioEventLoopGroup(); try { // 創建客戶端啓動對象 Bootstrap bootstrap = new Bootstrap(); // 設置相關參數 bootstrap.group(group) // 設置線程組 .channel(NioSocketChannel.class) // 設置客戶端通道實現類型 .handler(new ChannelInitializer<SocketChannel>() { // 設置處理器 @Override protected void initChannel(SocketChannel ch) throws Exception { // 向管道加入處理器 ch.pipeline().addLast(new StringDecoder()); ch.pipeline().addLast(new StringEncoder()); // 自定義的處理器 ch.pipeline().addLast(new ClientHandler()); } }); System.out.println("客戶端 is ready..."); // 發起異步連接操作 ChannelFuture future = bootstrap.connect("127.0.0.1", 6668).sync(); // 發送消息 future.channel().writeAndFlush("Hello Server!"); // 對關閉通道進行監聽 future.channel().closeFuture().sync(); } finally { group.shutdownGracefully(); // 優雅關閉線程組 } }}參考&鳴謝

《Netty核心原理剖析與RPC實踐》

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