Netty源码解析-概述篇

蜡笔小新v 2021-07-20 04:12:38
Netty源码解析 Netty源码


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。

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));
}

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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());
}
}

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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,channelhandler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

具体的解释可以看这里: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:

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本文为[蜡笔小新v]所创,转载请带上原文链接,感谢
https://blog.51cto.com/u_9928699/2893645

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