Netty源码解析-概述篇

ゝ一纸荒年。 2022-03-07 07:10 311阅读 0赞

本文是由code4craft发表在博客上的，原文基于Netty3.7的版本，源码部分对buffer、Pipeline、Reactor模式等进行了部分讲解，个人又继续新增了后续的几个核心组件的源码解读，新增了具体的案例。  
Netty的源码非常好，质量极高，是Java中质量最高的开源项目之一，(比Spring系列源码高几层楼...)  
我十分建议大家花上一周时间自习读一读。

> 原文 ：GitHub原文: [https://github.com/wangzhiwub...][https_github.com_wangzhiwub...]  
> 更多文章关注：多线程/集合/分布式/Netty/NIO/RPC

*  [Java高级特性增强-集合][Java_-]
 *  [Java高级特性增强-多线程][Java_- 1]
 *  [Java高级特性增强-Synchronized][Java_-Synchronized]
 *  [Java高级特性增强-volatile][Java_-volatile]
 *  [Java高级特性增强-并发集合框架][Java_- 2]
 *  [Java高级特性增强-分布式][Java_- 3]
 *  [Java高级特性增强-Zookeeper][Java_-Zookeeper]
 *  [Java高级特性增强-JVM][Java_-JVM]
 *  [Java高级特性增强-NIO][Java_-JVM]
 *  [RPC][]
 *  [zookeeper][Java_-Zookeeper]
 *  [JVM][]
 *  [NIO][JVM]
 *  [其他更多][Link 1]

## 概述 ##

### Netty是什么 ###

大概用Netty的，无论新手还是老手，都知道它是一个“网络通讯框架”。所谓框架，基本上都是一个作用：基于底层API，提供更便捷的编程模型。那么"通讯框架"到底做了什么事情呢？回答这个问题并不太容易，我们不妨反过来看看，不使用netty，直接基于NIO编写网络程序，你需要做什么(以Server端TCP连接为例，这里我们使用Reactor模型)：

1.  监听端口，建立Socket连接
2.  建立线程，处理内容
    
    1.  读取Socket内容，并对协议进行解析
    2.  进行逻辑处理
    3.  回写响应内容
    4.  如果是多次交互的应用(SMTP、FTP)，则需要保持连接多进行几次交互
3.  关闭连接

建立线程是一个比较耗时的操作，同时维护线程本身也有一些开销，所以我们会需要多线程机制，幸好JDK已经有很方便的多线程框架了，这里我们不需要花很多心思。

此外，因为TCP连接的特性，我们还要使用连接池来进行管理：

1.  建立TCP连接是比较耗时的操作，对于频繁的通讯，保持连接效果更好
2.  对于并发请求，可能需要建立多个连接
3.  维护多个连接后，每次通讯，需要选择某一可用连接
4.  连接超时和关闭机制

想想就觉得很复杂了！实际上，基于NIO直接实现这部分东西，即使是老手也容易出现错误，而使用Netty之后，你只需要关注逻辑处理部分就可以了。

### 体验Netty ###

这里我们引用Netty的example包里的一个例子，一个简单的EchoServer，它接受客户端输入，并将输入原样返回。其主要代码如下：

public void run() {
            // Configure the server.
            ServerBootstrap bootstrap = new ServerBootstrap(
                    new NioServerSocketChannelFactory(
                            Executors.newCachedThreadPool(),
                            Executors.newCachedThreadPool()));
    
            // Set up the pipeline factory.
            bootstrap.setPipelineFactory(new ChannelPipelineFactory() {
                public ChannelPipeline getPipeline() throws Exception {
                    return Channels.pipeline(new EchoServerHandler());
                }
            });
    
            // Bind and start to accept incoming connections.
            bootstrap.bind(new InetSocketAddress(port));
        }

这里`EchoServerHandler`是其业务逻辑的实现者，大致代码如下：

public class EchoServerHandler extends SimpleChannelUpstreamHandler {
    
            @Override
            public void messageReceived(
                    ChannelHandlerContext ctx, MessageEvent e) {
                // Send back the received message to the remote peer.
                e.getChannel().write(e.getMessage());
            }
        }

还是挺简单的，不是吗？

### Netty背后的事件驱动机制 ###

完成了以上一段代码，我们算是与Netty进行了第一次亲密接触。如果想深入学习呢？

阅读源码是了解一个开源工具非常好的手段，但是Java世界的框架大多追求大而全，功能完备，如果逐个阅读，难免迷失方向，Netty也并不例外。相反，抓住几个重点对象，理解其领域概念及设计思想，从而理清其脉络，相当于打通了任督二脉，以后的阅读就不再困难了。

理解Netty的关键点在哪呢？我觉得，除了NIO的相关知识，另一个就是事件驱动的设计思想。什么叫事件驱动？我们回头看看`EchoServerHandler`的代码，其中的参数：`public void messageReceived(ChannelHandlerContext ctx, MessageEvent e)`，MessageEvent就是一个事件。这个事件携带了一些信息，例如这里`e.getMessage()`就是消息的内容，而`EchoServerHandler`则描述了处理这种事件的方式。一旦某个事件触发，相应的Handler则会被调用，并进行处理。这种事件机制在UI编程里广泛应用，而Netty则将其应用到了网络编程领域。

在Netty里，所有事件都来自`ChannelEvent`接口，这些事件涵盖监听端口、建立连接、读写数据等网络通讯的各个阶段。而事件的处理者就是`ChannelHandler`，这样，不但是业务逻辑，连网络通讯流程中底层的处理，都可以通过实现`ChannelHandler`来完成了。事实上，Netty内部的连接处理、协议编解码、超时等机制，都是通过handler完成的。当博主弄明白其中的奥妙时，不得不佩服这种设计！

下图描述了Netty进行事件处理的流程。`Channel`是连接的通道，是ChannelEvent的产生者，而`ChannelPipeline`可以理解为ChannelHandler的集合。

![event driven in Netty][]

### 开启Netty源码之门 ###

理解了Netty的事件驱动机制，我们现在可以来研究Netty的各个模块了。Netty的包结构如下：

org
    └── jboss
        └── netty
            ├── bootstrap 配置并启动服务的类
            ├── buffer 缓冲相关类，对NIO Buffer做了一些封装
            ├── channel 核心部分，处理连接
            ├── container 连接其他容器的代码
            ├── example 使用示例
            ├── handler 基于handler的扩展部分，实现协议编解码等附加功能
            ├── logging 日志
            └── util 工具类

在这里面，`channel`和`handler`两部分比较复杂。我们不妨与Netty官方的结构图对照一下，来了解其功能。

![components in Netty][event driven in Netty]

具体的解释可以看这里：[http://netty.io/3.7/guide/\#architecture][http_netty.io_3.7_guide_architecture]。图中可以看到，除了之前说到的事件驱动机制之外，Netty的核心功能还包括两部分：

*  Zero-Copy-Capable Rich Byte Buffer
    
    零拷贝的Buffer。为什么叫零拷贝？因为在数据传输时，最终处理的数据会需要对单个传输层的报文，进行组合或者拆分。NIO原生的ByteBuffer无法做到这件事，而Netty通过提供Composite(组合)和Slice(切分)两种Buffer来实现零拷贝。这部分代码在`org.jboss.netty.buffer`包中。  
    这里需要额外注意，不要和操作系统级别的Zero-Copy混淆了, 操作系统中的零拷贝主要是用户空间和内核空间之间的数据拷贝, NIO中通过DirectBuffer做了实现.
 *  Universal Communication API
    
    统一的通讯API。这个是针对Java的Old I/O和New I/O，使用了不同的API而言。Netty则提供了统一的API(`org.jboss.netty.channel.Channel`)来封装这两种I/O模型。这部分代码在`org.jboss.netty.channel`包中。

此外，Protocol Support功能通过handler机制实现。

接下来的文章，我们会根据模块，详细的对Netty源码进行分析。

### 参考资料： ###

*  Netty 3.7 User Guide [http://netty.io/3.7/guide/][http_netty.io_3.7_guide]
 *  What is Netty? [http://ayedo.github.io/netty/2013/06/19/what-is-netty.html][http_ayedo.github.io_netty_2013_06_19_what-is-netty.html]

![event driven in Netty][]

请戳GitHub原文: [https://github.com/wangzhiwub...][https_github.com_wangzhiwub...]

关注公众号,内推,面试,资源下载,关注更多大数据技术~
        大数据成神之路~预计更新500+篇文章，已经更新60+篇~

[https_github.com_wangzhiwub...]: https://github.com/wangzhiwubigdata/God-Of-BigData
[Java_-]: https://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzU3MzgwNTU2Mg==&mid=2247483857&idx=5&sn=e868a9520755ef31b32984745ee861df&chksm=fd3d4744ca4ace525167717fadc03649d0a8e6a9e5e752ce73c5d2e6f0bc5fdc1a4a0d738ca3&scene=21#wechat_redirect
[Java_- 1]: https://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzU3MzgwNTU2Mg==&mid=2247483857&idx=1&sn=d7865fd8dd8d00b14503f630f70e458a&chksm=fd3d4744ca4ace52eaeca60005814d432216e9dd1734ef571a8b7932c197f94220bd606f6bea&scene=21#wechat_redirect
[Java_-Synchronized]: https://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzU3MzgwNTU2Mg==&mid=2247483857&idx=2&sn=bf95f938d0345443085aa147af9f475d&chksm=fd3d4744ca4ace52dffa981e920eb69dd2816379e80d3985e1973081207d1a41a6beff3a0f9b&scene=21#wechat_redirect
[Java_-volatile]: https://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzU3MzgwNTU2Mg==&mid=2247483857&idx=3&sn=2a5e8eb5e1fb8db05be9e20e668b1dde&chksm=fd3d4744ca4ace526a4a086dc83fdb6a4ddc397fe8c0f93cf0431647d34083e7107ff09ad9c6&scene=21#wechat_redirect
[Java_- 2]: https://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzU3MzgwNTU2Mg==&mid=2247483890&idx=2&sn=c5ac550d69f425c21405ba273ffcb1ba&chksm=fd3d4767ca4ace7140a776946b1e963bb9d95df950468254e9f4ccf478bfbfb6ff0ea09b4e7c&scene=21#wechat_redirect
[Java_- 3]: https://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzU3MzgwNTU2Mg==&mid=2247483953&idx=1&sn=db774c6d8ae0ef5ddd648f82335981de&chksm=fd3d44a4ca4acdb2073bfc59299f09381dc0df304af0bacd30f4a1126577008b7d461d1d2bd6&scene=21#wechat_redirect
[Java_-Zookeeper]: https://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzU3MzgwNTU2Mg==&mid=2247483968&idx=1&sn=a946e5b235675a6f50c4ee2dd84f140d&chksm=fd3d44d5ca4acdc3d178ddda7e8b347a5ea31bdebad56472f303fd56aec221a5de09765c6957&scene=21#wechat_redirect
[Java_-JVM]: https://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzU3MzgwNTU2Mg==&mid=2247483949&idx=1&sn=283525c9853d3968c4da0b298d33eeb9&chksm=fd3d44b8ca4acdae83296b20f19d04380cb5b5cecdc83db32ec4bb927a819ad64c518bf4b94b&scene=21#wechat_redirect
[RPC]: https://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzU3MzgwNTU2Mg==&mid=2247483975&idx=1&sn=442513bdfdc6865103431a8f491e5724&chksm=fd3d44d2ca4acdc410372b67e627f7108cef485f2df626f6900f92520836c8e3f8644166c82a&token=1653576551&lang=zh_CN#rd
[JVM]: https://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzU3MzgwNTU2Mg==&mid=2247483949&idx=1&sn=283525c9853d3968c4da0b298d33eeb9&chksm=fd3d44b8ca4acdae83296b20f19d04380cb5b5cecdc83db32ec4bb927a819ad64c518bf4b94b&token=1653576551&lang=zh_CN#rd
[Link 1]: https://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzU3MzgwNTU2Mg==&mid=2247483890&idx=1&sn=fc602c2d764210c3c5d4d78fc8a951a5&chksm=fd3d4767ca4ace71b9850bb72fb0dc3b8d830b48bda78ac25473b64ffcaf694d757e8817a35b&token=1653576551&lang=zh_CN#rd
[event driven in Netty]: https://cdn.segmentfault.com/v-5c8b4d77/global/img/squares.svg
[http_netty.io_3.7_guide_architecture]: http://netty.io/3.7/guide/#architecture
[http_netty.io_3.7_guide]: http://netty.io/3.7/guide/
[http_ayedo.github.io_netty_2013_06_19_what-is-netty.html]: http://ayedo.github.io/netty/2013/06/19/what-is-netty.html