netty 物联网数据上报

Netty的使用场景：
1）互联网行业：在分布式系统中，各个节点之间需要远程服务调用，高性能的 RPC 框架必不可少，Netty 作为异步高性能的通信框架，往往作为基础通信组件被这些 RPC 框架使用。典型的应用有：阿里分布式服务框架 Dubbo 的 RPC 框架使用 Dubbo 协议进行节点间通信，Dubbo 协议默认使用 Netty 作为基础通信组件，用于实现。各进程节点之间的内部通信。Rocketmq底层也是用的Netty作为基础通信组件。
2）游戏行业：无论是手游服务端还是大型的网络游戏，Java 语言得到了越来越广泛的应用。Netty 作为高性能的基础通信组件，它本身提供了 TCP/UDP 和 HTTP 协议栈。
3）大数据领域：经典的 Hadoop 的高性能通信和序列化组件 Avro 的 RPC 框架，默认采用 Netty 进行跨界点通信，它的 Netty Service 基于 Netty 框架二次封装实现。
netty相关开源项目：https://netty.io/wiki/related-projects.html

Netty通讯示例

Netty的maven依赖

<dependency>
    <groupId>io.netty</groupId>
    <artifactId>netty-all</artifactId>
    <version>4.1.35.Final</version>
</dependency>

服务端代码：

public class NettyServer {

    public static void main(String[] args) throws Exception {

        // 创建两个线程组bossGroup和workerGroup, 含有的子线程NioEventLoop的个数默认为cpu核数的两倍
        // 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
        EventLoopGroup bossGroup = new NioEventLoopGroup(3);
        EventLoopGroup workerGroup = new NioEventLoopGroup(8);
        try {
            // 创建服务器端的启动对象
            ServerBootstrap bootstrap = new ServerBootstrap();
            // 使用链式编程来配置参数
            bootstrap.group(bossGroup, workerGroup) //设置两个线程组
                    // 使用NioServerSocketChannel作为服务器的通道实现
                    .channel(NioServerSocketChannel.class)
                    // 初始化服务器连接队列大小，服务端处理客户端连接请求是顺序处理的,所以同一时间只能处理一个客户端连接。
                    // 多个客户端同时来的时候,服务端将不能处理的客户端连接请求放在队列中等待处理
                    .option(ChannelOption.SO_BACKLOG, 1024)
                    .childHandler(new ChannelInitializer<SocketChannel>() {//创建通道初始化对象，设置初始化参数，在 SocketChannel 建立起来之前执行

                        @Override
                        protected void initChannel(SocketChannel ch) throws Exception {
                            //对workerGroup的SocketChannel设置处理器
                            ch.pipeline().addLast(new NettyServerHandler());
                        }
                    });
            System.out.println("netty server start。。");
            // 绑定一个端口并且同步, 生成了一个ChannelFuture异步对象，通过isDone()等方法可以判断异步事件的执行情况
            // 启动服务器(并绑定端口)，bind是异步操作，sync方法是等待异步操作执行完毕
            ChannelFuture cf = bootstrap.bind(9000).sync();
            // 给cf注册监听器，监听我们关心的事件
            /*cf.addListener(new ChannelFutureListener() {
                @Override
                public void operationComplete(ChannelFuture future) throws Exception {
                    if (cf.isSuccess()) {
                        System.out.println("监听端口9000成功");
                    } else {
                        System.out.println("监听端口9000失败");
                    }
                }
            });*/
            // 等待服务端监听端口关闭，closeFuture是异步操作
            // 通过sync方法同步等待通道关闭处理完毕，这里会阻塞等待通道关闭完成，内部调用的是Object的wait()方法
            cf.channel().closeFuture().sync();
        } finally {
            bossGroup.shutdownGracefully();
            workerGroup.shutdownGracefully();
        }
    }
}



/**
 * 自定义Handler需要继承netty规定好的某个HandlerAdapter(规范)
 */
public class NettyServerHandler extends ChannelInboundHandlerAdapter {

    /**
     * 当客户端连接服务器完成就会触发该方法
     *
     * @param ctx
     * @throws Exception
     */
    @Override
    public void channelActive(ChannelHandlerContext ctx) {
        System.out.println("客户端连接通道建立完成");
    }

    /**
     * 读取客户端发送的数据
     *
     * @param ctx 上下文对象, 含有通道channel，管道pipeline
     * @param msg 就是客户端发送的数据
     * @throws Exception
     */
    @Override
    public void channelRead(ChannelHandlerContext ctx, Object msg) {
        //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，类似NIO 的 ByteBuffer
        ByteBuf buf = (ByteBuf) msg;
        System.out.println("收到客户端的消息:" + buf.toString(CharsetUtil.UTF_8));
    }

    /**
     * 数据读取完毕处理方法
     *
     * @param ctx
     * @throws Exception
     */
    @Override
    public void channelReadComplete(ChannelHandlerContext ctx) {
        ByteBuf buf = Unpooled.copiedBuffer("HelloClient".getBytes(CharsetUtil.UTF_8));
        ctx.writeAndFlush(buf);
    }

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

客户端代码：

public class NettyClient {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        //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) // 使用NioSocketChannel作为客户端的通道实现
                    .handler(new ChannelInitializer<SocketChannel>() {
                        @Override
                        protected void initChannel(SocketChannel ch) throws Exception {
                            //加入处理器
                            ch.pipeline().addLast(new NettyClientHandler());
                        }
                    });

            System.out.println("netty client start。。");
            //启动客户端去连接服务器端
            ChannelFuture cf = bootstrap.connect("127.0.0.1", 9000).sync();
            //对通道关闭进行监听
            cf.channel().closeFuture().sync();
        } finally {
            group.shutdownGracefully();
        }
    }
}

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;

public class NettyClientHandler extends ChannelInboundHandlerAdapter {

    /**
     * 当客户端连接服务器完成就会触发该方法
     *
     * @param ctx
     * @throws Exception
     */
    @Override
    public void channelActive(ChannelHandlerContext ctx) {
        ByteBuf buf = Unpooled.copiedBuffer("HelloServer".getBytes(CharsetUtil.UTF_8));
        ctx.writeAndFlush(buf);
    }

    //当通道有读取事件时会触发，即服务端发送数据给客户端
    @Override
    public void channelRead(ChannelHandlerContext ctx, Object msg) {
        ByteBuf buf = (ByteBuf) msg;
        System.out.println("收到服务端的消息:" + buf.toString(CharsetUtil.UTF_8));
    }

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

Netty框架让业务逻辑从网络基础应用编码中分离出来，专注业务的开发，避免写一堆类似NIO的网络处理操作。

Netty线程模型

模型解释

1-Netty抽象出两组线程池BossGroup和WorkerGroup，BossGroup专门负责接收客户端的连接，WorkerGroup专门负责客户端的读写。

2-BossGroup和WorkerGroup类型都是NioEventLoopGroup。

3-NioEventLoopGroup相当于一个事件循环线程组，这个组中含有多个事件循环线程，每一个事件循环线程都是NioEventLoop。

4-每一个NioEventLoop都有一个selector，用于监听注册在其上的socketChannel的网络通讯。

5-每个BossGroup中的NioEventLoop内部线程的循环执行的步骤有3步：

(1)处理accept事件，与client建立连接，生成NioSocketChannel

(2)将NioSocketChannel注册到某个workerGroup中的NioEventLoop上的selectror

(3)处理任务队列的任务，即runAllTasks

6-每个WorkerGroup中的NioEventLoop线程循环执行的步骤

(1)轮询注册到自己selector上的所有的NioSocketChannel上的read和write事件

(2)处理I/O事件，即read，write事件，在相应的NioSocketChannel处理业务

(3)runAllTasks处理任务队列TaskQueue的任务 ，一些耗时的业务处理一般可以放入TaskQueue中慢慢处理，这样不影响数据在 pipeline 中的流动处理

7-每个WorkerGroup中NioEventLoop处理NioSocketChannel中的业务时，会使用pipeline(管道)，管道中维护了很多handler处理器用来处理channel中的数据

Netty模块组件

1.BootStrap And ServerBootStrap

BootStrap意思是引导，一个Netty应用通常由一个BootStrap开始，主要作用是配置整个Netty程序，串联各个组件，Netty中BootStrap是客户端程序的启动引导类，ServerBootStrap是服务端程序的启动引导类

2.Future And ChannelFuture

Netty中的所有的IO操作都是异步的，不能立刻知道消息是否被正确处理

可以等它执行完成或者直接注册一个监听，具体的实现就是通过 Future 和 ChannelFuture，他们可以注册一个监听，当操作执行成功或失败时监听会自动触发注册的监听事件

3.Channel

Netty网络通信的组件，能够用于执行网络I/O操作

(1)当前网络连接的通道的状态（例如是否打开？是否已连接?）

(2)网络连接的配置参数 （例如接收缓冲区大小）

(3)提供异步的网络 I/O 操作(如建立连接，读写，绑定端口)，异步调用意味着任何 I/O 调用都将立即返回，并且不保证在调用结束时所请求的 I/O 操作已完成。

(4)调用立即返回一个 ChannelFuture 实例，通过注册监听器到 ChannelFuture 上，可以 I/O 操作成功、失败或取消时回调通知调用方。

(5)支持关联 I/O 操作与对应的处理程序。不同协议、不同的阻塞类型的连接都有不同的 Channel 类型与之对应。

4.NioSocketChannel，异步的客户端 TCP Socket 连接，NioServerSocketChannel，异步的服务器端 TCP Socket 连接。

5.Selector

Netty基于selector对象实现I/O多路复用，通过Selector一个线程可以实现监听多个连接的Channel，极致的压榨一个线程。

当向一个Selector中注册了Channel后，Selector内部的机制就可以自动不断的查询(select)这些注册的channel是否有就绪的I/O事件(可读，可写网络连接完成等事件)，实现了一个线程高效的管理多个channel

6.NioEventLoop

NioEventLoop中维护了一个线程和任务队列，支持异步提交执行任务，线程启动时会调用NioEventLoop的run方法，执行I/O任务和非I/O任务

I/O任务即selectionKey中ready的事件，例如accept，connect，read，write等，由processSelectedKeys方法触发。

7.NioEventLoopGroup

NioeventLoopGroup主要管理NioeventLoop的生命周期，可以理解为一个线程池，内部维护了一组线程，每个线程(NioeventLoop)负责处理多个channel事件，而一个channel事件只对应一个NioEventLoop

8.ChannelHandler

ChannelHandler是一个接口，处理或者拦截I/O事件，并将其转发到ChannelPipeline中的下一个handler

ChannelInboundHandler 用于处理入站 I/O 事件。

ChannelOutboundHandler 用于处理出站 I/O 操作。

或者使用以下适配器类：ChannelInboundHandlerAdapter 用于处理入站 I/O 事件，ChannelOutboundHandlerAdapter 用于处理出站 I/O 操作。

9.ChannelHandlerContext

保存channel相关的上下文信息，同时关联一个ChannelHandler对象

9.ChannelPipeline

保存ChannelHandler的list，用于处理或者拦截channel的入站和出站操作

ChannelPipeline 实现了一种高级形式的拦截过滤器模式，使用户可以完全控制事件的处理方式，以及 Channel 中各个的 ChannelHandler 如何相互交互。

在 Netty 中每个 Channel 都有且仅有一个 ChannelPipeline 与之对应，它们的组成关系如下：

一个Channel中包含了一个ChannelPipeline，而ChannelPipeline中又维护了一个由ChannelHandlerContext组成的双向链表，并且每个ChannelHandlerContext中又关联着一个ChannelHandler

read事件(入站事件)和write事件(出站事件)在一个双向链表中，入站事件会从链表 head 往后传递到最后一个入站的 handler，出站事件会从链表 tail 往前传递到最前一个出站的 handler，两种类型的 handler 互不干扰。

ByteBuf详解

从结构上来说，ByteBuf 由一串字节数组构成。数组中每个字节用来存放信息。

ByteBuf 提供了两个索引，一个用于读取数据，一个用于写入数据。这两个索引通过在字节数组中移动，来定位需要读或者写信息的位置。

当从 ByteBuf 读取时，它的 readerIndex（读索引）将会根据读取的字节数递增。

同样，当写 ByteBuf 时，它的 writerIndex 也会根据写入的字节数进行递增。

需要注意的是极限的情况是 readerIndex 刚好读到了 writerIndex 写入的地方。

如果 readerIndex 超过了 writerIndex 的时候，Netty 会抛出 IndexOutOf-BoundsException 异常。

import io.netty.buffer.ByteBuf;
import io.netty.buffer.Unpooled;
import io.netty.util.CharsetUtil;

public class NettyByteBuf {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建byteBuf对象，该对象内部包含一个字节数组byte[10]
        // 通过readerindex和writerIndex和capacity，将buffer分成三个区域
        // 已经读取的区域：[0,readerindex)
        // 可读取的区域：[readerindex,writerIndex)
        // 可写的区域: [writerIndex,capacity)
        ByteBuf byteBuf = Unpooled.buffer(10);
        System.out.println("byteBuf=" + byteBuf);

        for (int i = 0; i < 8; i++) {
            byteBuf.writeByte(i);
        }
        System.out.println("byteBuf=" + byteBuf);

        for (int i = 0; i < 5; i++) {
            System.out.println(byteBuf.getByte(i));
        }
        System.out.println("byteBuf=" + byteBuf);

        for (int i = 0; i < 5; i++) {
            System.out.println(byteBuf.readByte());
        }
        System.out.println("byteBuf=" + byteBuf);


        //用Unpooled工具类创建ByteBuf
        ByteBuf byteBuf2 = Unpooled.copiedBuffer("hello,zhuge!", CharsetUtil.UTF_8);
        //使用相关的方法
        if (byteBuf2.hasArray()) {
            byte[] content = byteBuf2.array();
            //将 content 转成字符串
            System.out.println(new String(content, CharsetUtil.UTF_8));
            System.out.println("byteBuf2=" + byteBuf2);

            System.out.println(byteBuf2.getByte(0)); // 获取数组0这个位置的字符h的ascii码，h=104

            int len = byteBuf2.readableBytes(); //可读的字节数  12
            System.out.println("len=" + len);

            //使用for取出各个字节
            for (int i = 0; i < len; i++) {
                System.out.println((char) byteBuf2.getByte(i));
            }

            //范围读取
            System.out.println(byteBuf2.getCharSequence(0, 6, CharsetUtil.UTF_8));
            System.out.println(byteBuf2.getCharSequence(6, 6, CharsetUtil.UTF_8));
        }
    }
}