【学习】010 Netty异步通信框架

时间：2019-06-06 19:17:09 阅读：114 评论：0 收藏：0 [点我收藏+]

标签：exce 之间 nbsp 学习 wrap string 相同依赖 select

Netty快速入门

什么是Netty

Netty 是一个基于 JAVA NIO 类库的异步通信框架，它的架构特点是：异步非阻塞、基于事件驱动、高性能、高可靠性和高可定制性。

Netty应用场景

1.分布式开源框架中dubbo、Zookeeper，RocketMQ底层rpc通讯使用就是netty。

2.游戏开发中，底层使用netty通讯。

为什么选择netty

在本小节，我们总结下为什么不建议开发者直接使用JDK的NIO类库进行开发的原因：

1) NIO的类库和API繁杂，使用麻烦，你需要熟练掌握Selector、ServerSocketChannel、SocketChannel、ByteBuffer等；

2) 需要具备其它的额外技能做铺垫，例如熟悉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路编程非常熟悉，才能编写出高质量的NIO程序；

3) 可靠性能力补齐，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、网络拥塞和异常码流的处理等等，NIO编程的特点是功能开发相对容易，但是可靠性能力补齐工作量和难度都非常大；

4) 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%。官方声称在JDK1.6版本的update18修复了该问题，但是直到JDK1.7版本该问题仍旧存在，只不过该bug发生概率降低了一些而已，它并没有被根本解决。

maven依赖：

　　　　　<dependency>
            <groupId>io.netty</groupId>
            <artifactId>netty</artifactId>
            <version>3.3.0.Final</version>
        </dependency>

Netty服务器端

package com.hongmoshui.sum;

import java.net.InetSocketAddress;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;

import org.jboss.netty.bootstrap.ServerBootstrap;
import org.jboss.netty.channel.ChannelHandlerContext;
import org.jboss.netty.channel.ChannelPipeline;
import org.jboss.netty.channel.ChannelPipelineFactory;
import org.jboss.netty.channel.ChannelStateEvent;
import org.jboss.netty.channel.Channels;
import org.jboss.netty.channel.ExceptionEvent;
import org.jboss.netty.channel.MessageEvent;
import org.jboss.netty.channel.SimpleChannelHandler;
import org.jboss.netty.channel.socket.nio.NioServerSocketChannelFactory;
import org.jboss.netty.handler.codec.string.StringDecoder;
import org.jboss.netty.handler.codec.string.StringEncoder;

class ServerHandler extends SimpleChannelHandler
{

    /**
     * 通道关闭的时候触发
     */
    @Override
    public void channelClosed(ChannelHandlerContext ctx, ChannelStateEvent e) throws Exception
    {
        System.out.println("channelClosed");
    }

    /**
     * 必须是连接已经建立,关闭通道的时候才会触发.
     */
    @Override
    public void channelDisconnected(ChannelHandlerContext ctx, ChannelStateEvent e) throws Exception
    {
        super.channelDisconnected(ctx, e);
        System.out.println("channelDisconnected");
    }

    /**
     * 捕获异常
     */
    @Override
    public void exceptionCaught(ChannelHandlerContext ctx, ExceptionEvent e) throws Exception
    {
        super.exceptionCaught(ctx, e);
        System.out.println("exceptionCaught");

    }

    /**
     * 接受消息
     */
    public void messageReceived(ChannelHandlerContext ctx, MessageEvent e) throws Exception
    {
        super.messageReceived(ctx, e);
//        System.out.println("messageReceived");
        System.out.println("服务器端收到客户端消息:" + e.getMessage());
        // 回复内容
        ctx.getChannel().write("好的");
    }

}

// netty 服务器端
public class NettyServer
{

    public static void main(String[] args)
    {
        // 创建服务类对象
        ServerBootstrap serverBootstrap = new ServerBootstrap();
        // 创建两个线程池 分别为监听监听端口 ，nio监听
        ExecutorService boos = Executors.newCachedThreadPool();
        ExecutorService worker = Executors.newCachedThreadPool();
        // 设置工程 并把两个线程池加入中
        serverBootstrap.setFactory(new NioServerSocketChannelFactory(boos, worker));
        // 设置管道工厂
        serverBootstrap.setPipelineFactory(new ChannelPipelineFactory()
        {

            public ChannelPipeline getPipeline() throws Exception
            {
                ChannelPipeline pipeline = Channels.pipeline();
                // 将数据转换为string类型.
                pipeline.addLast("decoder", new StringDecoder());
                pipeline.addLast("encoder", new StringEncoder());
                pipeline.addLast("serverHandler", new ServerHandler());
                return pipeline;
            }
        });
        // 绑定端口号
        serverBootstrap.bind(new InetSocketAddress(9090));
        System.out.println("netty server启动....");
    }

}

Netty客户端

package com.hongmoshui.sum;

import java.net.InetSocketAddress;
import java.util.Scanner;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;

import org.jboss.netty.bootstrap.ClientBootstrap;
import org.jboss.netty.channel.Channel;
import org.jboss.netty.channel.ChannelFuture;
import org.jboss.netty.channel.ChannelHandlerContext;
import org.jboss.netty.channel.ChannelPipeline;
import org.jboss.netty.channel.ChannelPipelineFactory;
import org.jboss.netty.channel.ChannelStateEvent;
import org.jboss.netty.channel.Channels;
import org.jboss.netty.channel.ExceptionEvent;
import org.jboss.netty.channel.MessageEvent;
import org.jboss.netty.channel.SimpleChannelHandler;
import org.jboss.netty.channel.socket.nio.NioClientSocketChannelFactory;
import org.jboss.netty.handler.codec.string.StringDecoder;
import org.jboss.netty.handler.codec.string.StringEncoder;

class ClientHandler extends SimpleChannelHandler
{

    /**
     * 通道关闭的时候触发
     */
    @Override
    public void channelClosed(ChannelHandlerContext ctx, ChannelStateEvent e) throws Exception
    {
        System.out.println("channelClosed");
        super.channelClosed(ctx, e);
    }

    /**
     * 必须是连接已经建立,关闭通道的时候才会触发.
     */
    @Override
    public void channelDisconnected(ChannelHandlerContext ctx, ChannelStateEvent e) throws Exception
    {
        super.channelDisconnected(ctx, e);
        System.out.println("channelDisconnected");
    }

    /**
     * 捕获异常
     */
    @Override
    public void exceptionCaught(ChannelHandlerContext ctx, ExceptionEvent e) throws Exception
    {
        super.exceptionCaught(ctx, e);
        System.out.println("exceptionCaught");

    }

    /**
     * 接受消息
     */
    public void messageReceived(ChannelHandlerContext ctx, MessageEvent e) throws Exception
    {
        super.messageReceived(ctx, e);
//        System.out.println("messageReceived");
        System.out.println("服务器端向客户端回复内容:" + e.getMessage());
        // 回复内容
//        ctx.getChannel().write("好的");
    }

}

public class NettyClient
{

    public static void main(String[] args)
    {
        System.out.println("netty client启动...");
        // 创建客户端类
        ClientBootstrap clientBootstrap = new ClientBootstrap();
        // 线程池
        ExecutorService boos = Executors.newCachedThreadPool();
        ExecutorService worker = Executors.newCachedThreadPool();
        clientBootstrap.setFactory(new NioClientSocketChannelFactory(boos, worker));
        clientBootstrap.setPipelineFactory(new ChannelPipelineFactory()
        {

            public ChannelPipeline getPipeline() throws Exception
            {
                ChannelPipeline pipeline = Channels.pipeline();
                // 将数据转换为string类型.
                pipeline.addLast("decoder", new StringDecoder());
                pipeline.addLast("encoder", new StringEncoder());
                pipeline.addLast("clientHandler", new ClientHandler());
                return pipeline;

            }
        });
        // 连接服务端
        ChannelFuture connect = clientBootstrap.connect(new InetSocketAddress("127.0.0.1", 9090));
        Channel channel = connect.getChannel();
        System.out.println("client start");
        Scanner scanner = new Scanner(System.in);
        while (true)
        {
            System.out.println("请输输入内容...");
            channel.write(scanner.next());
        }
    }

}

Netty5.0用法

Maven坐标

　　<dependencies>
        <!-- https://mvnrepository.com/artifact/io.netty/netty-all -->
        <dependency>
            <groupId>io.netty</groupId>
            <artifactId>netty-all</artifactId>
            <version>5.0.0.Alpha2</version>
        </dependency>

        <!-- https://mvnrepository.com/artifact/org.jboss.marshalling/jboss-marshalling -->
        <dependency>
            <groupId>org.jboss.marshalling</groupId>
            <artifactId>jboss-marshalling</artifactId>
            <version>1.3.19.GA</version>
        </dependency>
        <!-- https://mvnrepository.com/artifact/org.jboss.marshalling/jboss-marshalling-serial -->
        <dependency>
            <groupId>org.jboss.marshalling</groupId>
            <artifactId>jboss-marshalling-serial</artifactId>
            <version>1.3.18.GA</version>
            <scope>test</scope>
        </dependency>

    </dependencies>

创建服务器端

package com.hongmoshui;

import io.netty.bootstrap.ServerBootstrap;
import io.netty.buffer.Unpooled;
import io.netty.channel.ChannelFuture;
import io.netty.channel.ChannelHandlerAdapter;
import io.netty.channel.ChannelHandlerContext;
import io.netty.channel.ChannelInitializer;
import io.netty.channel.ChannelOption;
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;

class ServerHandler extends ChannelHandlerAdapter
{
    /**
     * 当通道被调用,执行该方法
     */
    @Override
    public void channelRead(ChannelHandlerContext ctx, Object msg) throws Exception
    {
        // 接收数据
        String value = (String) msg;
        System.out.println("Server msg:" + value);
        // 回复给客户端 “您好!”
        String res = "好的...";
        ctx.writeAndFlush(Unpooled.copiedBuffer(res.getBytes()));
    }

}

public class NettyServer
{

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException
    {
        System.out.println("服务器端已经启动....");
        // 1.创建2个线程,一个负责接收客户端连接， 一个负责进行
        // 传输数据
        NioEventLoopGroup pGroup = new NioEventLoopGroup();
        NioEventLoopGroup cGroup = new NioEventLoopGroup();
        // 2. 创建服务器辅助类
        ServerBootstrap b = new ServerBootstrap();
        b.group(pGroup, cGroup).channel(NioServerSocketChannel.class).option(ChannelOption.SO_BACKLOG, 1024)
                // 3.设置缓冲区与发送区大小
                .option(ChannelOption.SO_SNDBUF, 32 * 1024).option(ChannelOption.SO_RCVBUF, 32 * 1024)
                .childHandler(new ChannelInitializer<SocketChannel>()
                {
                    @Override
                    protected void initChannel(SocketChannel sc) throws Exception
                    {
                        sc.pipeline().addLast(new StringDecoder());
                        sc.pipeline().addLast(new ServerHandler());
                    }
                });
        ChannelFuture cf = b.bind(8080).sync();
        cf.channel().closeFuture().sync();
        pGroup.shutdownGracefully();
        cGroup.shutdownGracefully();

    }

}

创建客户端

package com.hongmoshui;

import io.netty.bootstrap.Bootstrap;
import io.netty.buffer.Unpooled;
import io.netty.channel.ChannelFuture;
import io.netty.channel.ChannelHandlerAdapter;
import io.netty.channel.ChannelHandlerContext;
import io.netty.channel.ChannelInitializer;
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;

class ClientHandler extends ChannelHandlerAdapter
{

    /**
     * 当通道被调用,执行该方法
     */
    @Override
    public void channelRead(ChannelHandlerContext ctx, Object msg) throws Exception
    {
        // 接收数据
        String value = (String) msg;
        System.out.println("client msg:" + value);
    }

}

public class NettyClient
{

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException
    {
        System.out.println("客户端已经启动....");
        // 创建负责接收客户端连接
        NioEventLoopGroup pGroup = new NioEventLoopGroup();
        Bootstrap b = new Bootstrap();
        b.group(pGroup).channel(NioSocketChannel.class).handler(new ChannelInitializer<SocketChannel>()
        {
            @Override
            protected void initChannel(SocketChannel sc) throws Exception
            {
                sc.pipeline().addLast(new StringDecoder());
                sc.pipeline().addLast(new ClientHandler());
            }
        });
        ChannelFuture cf = b.connect("127.0.0.1", 8080).sync();
        cf.channel().writeAndFlush(Unpooled.wrappedBuffer("hongmoshui".getBytes()));
        cf.channel().writeAndFlush(Unpooled.wrappedBuffer("hongmoshui".getBytes()));
        // 等待客户端端口号关闭
        cf.channel().closeFuture().sync();
        pGroup.shutdownGracefully();

    }

}

TCP粘包、拆包问题解决方案

什么是粘包/拆包

一个完整的业务可能会被TCP拆分成多个包进行发送，也有可能把多个小的包封装成一个大的数据包发送，这个就是TCP的拆包和封包问题。

下面可以看一张图，是客户端向服务端发送包：

技术图片

1. 第一种情况，Data1和Data2都分开发送到了Server端，没有产生粘包和拆包的情况。

2. 第二种情况，Data1和Data2数据粘在了一起，打成了一个大的包发送到Server端，这个情况就是粘包。

3. 第三种情况，Data2被分离成Data2_1和Data2_2，并且Data2_1在Data1之前到达了服务端，这种情况就产生了拆包。

由于网络的复杂性，可能数据会被分离成N多个复杂的拆包/粘包的情况，所以在做TCP服务器的时候就需要首先解决拆包/

解决办法

消息定长，报文大小固定长度，不够空格补全，发送和接收方遵循相同的约定，这样即使粘包了通过接收方编程实现获取定长报文也能区分。

sc.pipeline().addLast(new FixedLengthFrameDecoder(10));

包尾添加特殊分隔符，例如每条报文结束都添加回车换行符（例如FTP协议）或者指定特殊字符作为报文分隔符，接收方通过特殊分隔符切分报文区分。

ByteBuf buf = Unpooled.copiedBuffer("_mayi".getBytes());
sc.pipeline().addLast(new DelimiterBasedFrameDecoder(1024, buf));

将消息分为消息头和消息体，消息头中包含表示信息的总长度（或者消息体长度）的字段

序列化协议与自定义序列化协议

序列化定义

序列化（serialization）就是将对象序列化为二进制形式（字节数组），一般也将序列化称为编码（Encode），主要用于网络传输、数据持久化等；

反序列化（deserialization）则是将从网络、磁盘等读取的字节数组还原成原始对象，以便后续业务的进行，一般也将反序列化称为解码（Decode），主要用于网络传输对象的解码，以便完成远程调用。

序列化协议“鼻祖”

我知道的第一种序列化协议就是Java默认提供的序列化机制，需要序列化的Java对象只需要实现 Serializable / Externalizable 接口并生成序列化ID，这个类就能够通过 ObjectInput 和 ObjectOutput 序列化和反序列化，若对Java默认的序列化协议不了解，或是遗忘了，请参考：序列化详解

但是Java默认提供的序列化有很多问题，主要有以下几个缺点：

无法跨语言：我认为这对于Java序列化的发展是致命的“失误”，因为Java序列化后的字节数组，其它语言无法进行反序列化。；

序列化后的码流太大:：相对于目前主流的序列化协议，Java序列化后的码流太大；

序列化的性能差：由于Java序列化采用同步阻塞IO，相对于目前主流的序列化协议，它的效率非常差。

影响序列化性能的关键因素

序列化后的码流大小（网络带宽的占用）；

序列化的性能（CPU资源占用）；

是否支持跨语言（异构系统的对接和开发语言切换）。

几种流行的序列化协议比较

XML

（1）定义：

XML（Extensible Markup Language）是一种常用的序列化和反序列化协议，它历史悠久，从1998年的1.0版本被广泛使用至今。

（2）优点

人机可读性好

可指定元素或特性的名称

（3）缺点

序列化数据只包含数据本身以及类的结构，不包括类型标识和程序集信息。

类必须有一个将由 XmlSerializer 序列化的默认构造函数。

只能序列化公共属性和字段

不能序列化方法

文件庞大，文件格式复杂，传输占带宽

（4）使用场景

当做配置文件存储数据

实时数据转换

JSON

（1）定义：

JSON(JavaScript Object Notation, JS 对象标记) 是一种轻量级的数据交换格式。它基于 ECMAScript (w3c制定的js规范)的一个子集， JSON采用与编程语言无关的文本格式，但是也使用了类C语言（包括C， C++， C#， Java， JavaScript， Perl， Python等）的习惯，简洁和清晰的层次结构使得 JSON 成为理想的数据交换语言。

（2）优点

前后兼容性高

数据格式比较简单，易于读写

序列化后数据较小，可扩展性好，兼容性好

与XML相比，其协议比较简单，解析速度比较快

（3）缺点

数据的描述性比XML差

不适合性能要求为ms级别的情况

额外空间开销比较大

（4）适用场景（可替代ＸＭＬ）

跨防火墙访问

可调式性要求高的情况

基于Web browser的Ajax请求

传输数据量相对小，实时性要求相对低（例如秒级别）的服务

Fastjson

（1）定义

Fastjson是一个Java语言编写的高性能功能完善的JSON库。它采用一种“假定有序快速匹配”的算法，把JSON Parse的性能提升到极致。

（2）优点

接口简单易用

目前java语言中最快的json库

（3）缺点

过于注重快，而偏离了“标准”及功能性

代码质量不高，文档不全

（4）适用场景

协议交互

Web输出

Android客户端

Thrift

（1）定义：

Thrift并不仅仅是序列化协议，而是一个RPC框架。它可以让你选择客户端与服务端之间传输通信协议的类别，即文本(text)和二进制(binary)传输协议, 为节约带宽，提供传输效率，一般情况下使用二进制类型的传输协议。

（2）优点

序列化后的体积小, 速度快

支持多种语言和丰富的数据类型

对于数据字段的增删具有较强的兼容性

支持二进制压缩编码

（3）缺点

使用者较少

跨防火墙访问时，不安全

不具有可读性，调试代码时相对困难

不能与其他传输层协议共同使用（例如HTTP）

无法支持向持久层直接读写数据，即不适合做数据持久化序列化协议

（4）适用场景

分布式系统的RPC解决方案

Avro

（1）定义：

Avro属于Apache Hadoop的一个子项目。 Avro提供两种序列化格式：JSON格式或者Binary格式。Binary格式在空间开销和解析性能方面可以和Protobuf媲美，Avro的产生解决了JSON的冗长和没有IDL的问题

（2）优点

支持丰富的数据类型

简单的动态语言结合功能

具有自我描述属性

提高了数据解析速度

快速可压缩的二进制数据形式

可以实现远程过程调用RPC

支持跨编程语言实现

（3）缺点

对于习惯于静态类型语言的用户不直观

（4）适用场景

在Hadoop中做Hive、Pig和MapReduce的持久化数据格式

Protobuf

（1）定义

protocol buffers 由谷歌开源而来，在谷歌内部久经考验。它将数据结构以.proto文件进行描述，通过代码生成工具可以生成对应数据结构的POJO对象和Protobuf相关的方法和属性。

（2）优点

序列化后码流小，性能高

结构化数据存储格式（XML JSON等）

通过标识字段的顺序，可以实现协议的前向兼容

结构化的文档更容易管理和维护

（3）缺点

需要依赖于工具生成代码

支持的语言相对较少，官方只支持Java 、C++ 、Python

（4）适用场景

对性能要求高的RPC调用

具有良好的跨防火墙的访问属性

适合应用层对象的持久化

其它

protostuff 基于protobuf协议，但不需要配置proto文件，直接导包即

Jboss marshaling 可以直接序列化java类，无须实java.io.Serializable接口

Message pack 一个高效的二进制序列化格式

Hessian 采用二进制协议的轻量级remoting onhttp工具

kryo 基于protobuf协议，只支持java语言,需要注册（Registration），然后序列化（Output），反序列化（Input）

性能对比图解

时间

技术图片

空间

分析上图知：

XML序列化（Xstream）无论在性能和简洁性上比较差。

Thrift与Protobuf相比在时空开销方面都有一定的劣势。

Protobuf和Avro在两方面表现都非常优越。

选型建议

不同的场景适用的序列化协议：

对于公司间的系统调用，如果性能要求在100ms以上的服务，基于XML的SOAP协议是一个值得考虑的方案。

基于Web browser的Ajax，以及Mobile app与服务端之间的通讯，JSON协议是首选。对于性能要求不太高，或者以动态类型语言为主，或者传输数据载荷很小的的运用场景，JSON也是非常不错的选择。

对于调试环境比较恶劣的场景，采用JSON或XML能够极大的提高调试效率，降低系统开发成本。

当对性能和简洁性有极高要求的场景，Protobuf，Thrift，Avro之间具有一定的竞争关系。

对于T级别的数据的持久化应用场景，Protobuf和Avro是首要选择。如果持久化后的数据存储在Hadoop子项目里，Avro会是更好的选择。

由于Avro的设计理念偏向于动态类型语言，对于动态语言为主的应用场景，Avro是更好的选择。

对于持久层非Hadoop项目，以静态类型语言为主的应用场景，Protobuf会更符合静态类型语言工程师的开发习惯。

如果需要提供一个完整的RPC解决方案，Thrift是一个好的选择。

如果序列化之后需要支持不同的传输层协议，或者需要跨防火墙访问的高性能场景，Protobuf可以优先考虑。

Marshalling编码器

package com.hongmoshui.sum;

import org.jboss.marshalling.MarshallerFactory;
import org.jboss.marshalling.Marshalling;
import org.jboss.marshalling.MarshallingConfiguration;

import io.netty.handler.codec.marshalling.DefaultMarshallerProvider;
import io.netty.handler.codec.marshalling.DefaultUnmarshallerProvider;
import io.netty.handler.codec.marshalling.MarshallerProvider;
import io.netty.handler.codec.marshalling.MarshallingDecoder;
import io.netty.handler.codec.marshalling.MarshallingEncoder;
import io.netty.handler.codec.marshalling.UnmarshallerProvider;

public final class MarshallingCodeCFactory
{

    /**
     * 创建Jboss
     * Marshalling解码器MarshallingDecoder
     */
    public static MarshallingDecoder buildMarshallingDecoder()
    {
        final MarshallerFactory marshallerFactory = Marshalling.getProvidedMarshallerFactory("serial");
        final MarshallingConfiguration configuration = new MarshallingConfiguration();
        configuration.setVersion(5);
        UnmarshallerProvider provider = new DefaultUnmarshallerProvider(marshallerFactory, configuration);
        MarshallingDecoder decoder = new MarshallingDecoder(provider, 1024);
        return decoder;
    }

    /**
     * 创建Jboss
     * Marshalling编码器MarshallingEncoder
     */
    public static MarshallingEncoder buildMarshallingEncoder()
    {
        final MarshallerFactory marshallerFactory = Marshalling.getProvidedMarshallerFactory("serial");
        final MarshallingConfiguration configuration = new MarshallingConfiguration();
        configuration.setVersion(5);
        MarshallerProvider provider = new DefaultMarshallerProvider(marshallerFactory, configuration);
        MarshallingEncoder encoder = new MarshallingEncoder(provider);
        return encoder;
    }

}

【学习】010 Netty异步通信框架

标签：exce 之间 nbsp 学习 wrap string 相同依赖 select

原文地址：https://www.cnblogs.com/hongmoshui/p/10986287.html

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