Netty网络编程框架学习笔记。涉及核心组件与架构设计、主从reactor模式。仅覆盖自己设计nettyserver时查询的知识。

netty架构

netty采用分层设计，从上层API到底层实现逐步抽象，核心组件分为四层

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│                     引导层 (Bootstrap)                │
│  ┌───────────────────────┐  ┌─────────────────────┐   │
│  │  ServerBootstrap      │  │  Bootstrap          │   │
│  │  (服务端启动引导类)    │  │  (客户端启动引导类)   │   │
│  └───────────────────────┘  └─────────────────────┘   │
├────────────────────────────────────────────────────┤
│                   事件处理层 (Event Handling)          │
│  ┌───────────────────────┐  ┌─────────────────────┐   │
│  │  ChannelPipeline      │  │  ChannelHandler     │   │
│  │  (处理器链)            │  │  (事件处理器)        │   │
│  └───────────────────────┘  └─────────────────────┘   │
│  ┌───────────────────────┐  ┌─────────────────────┐   │
│  │  ChannelHandlerContext│  │ChannelInboundHandler│   │
│  │  (处理器上下文)        │  │  (入站处理器)        │   │
│  └───────────────────────┘  └─────────────────────┘   │
│  ┌───────────────────────┐  ┌─────────────────────┐   │
│  │ ChannelOutboundHandler│  │  ChannelPromise     │   │
│  │  (出站处理器)          │  │  (异步操作结果)      │   │
│  └───────────────────────┘  └─────────────────────┘   │
├─────────────────────────────────────────────────────┤
│                   网络通信层 (Networking)              │
│  ┌───────────────────────┐  ┌─────────────────────┐   │
│  │  Channel              │  │  EventLoopGroup     │   │
│  │  (通信通道抽象)        │  │  (事件循环组)        │   │
│  └───────────────────────┘  └─────────────────────┘   │
│  ┌───────────────────────┐  ┌─────────────────────┐   │
│  │  EventLoop            │  │  ChannelFuture      │   │
│  │  (单线程事件循环)      │  │  (异步操作未来结果)   │   │
│  └───────────────────────┘  └─────────────────────┘   │
│  ┌───────────────────────┐  ┌─────────────────────┐   │
│  │  ByteBuf              │  │  ChannelOption      │   │
│  │  (高效字节缓冲区)      │  │  (通道配置选项)      │   │
│  └───────────────────────┘  └─────────────────────┘   │
├─────────────────────────────────────────────────────┤
│                      工具层 (Utilities)               │
│  ┌───────────────────────┐  ┌─────────────────────┐  │
│  │  ReferenceCounted     │  │ ResourceLeakDetector│  │
│  │  (引用计数接口)        │  │  (资源泄漏检测器)     │  │
│  └───────────────────────┘  └─────────────────────┘   │
│  ┌───────────────────────┐  ┌─────────────────────┐   │
│  │  NettyRuntime         │  │InternalThreadLocalMap│ │
│  │  (运行时环境)          │  │  (内部线程局部变量)  │  │
│  └───────────────────────┘  └─────────────────────┘  │
└─────────────────────────────────────────────────────┘

引导层

负责服务端/客户端的启动配置，整合底层组件

核心组件

  • ServerBootstrap：服务端启动引导类，配置并启动服务端
  • Bootstrap：客户端启动引导类，配置并启动客户端

关键方法

  • group(EventLoopGroup boss, worker)：配置主从线程组
  • channel(Class<? extends Channel> channelClass)：指定通道实现类
  • childHandler(ChannelHandler handler)：设置子通道的处理器链
  • bind(int port)：绑定端口启动服务

示例

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erverBootstrap b = new ServerBootstrap();
b.group(bossGroup, workerGroup)           // 配置线程模型
 .channel(NioServerSocketChannel.class)   // 指定NIO通道
 .childHandler(new MyServerInitializer()); // 设置处理器链

b.bind(8080).sync();    // 绑定端口

事件处理层

  • 负责处理网络事件和数据流转，基于责任链模式。
  • 责任链模式：将请求的发送者和处理者解耦，建立一条处理器链，让请求依次再链上传递，知道某个处理器处理它

核心组件

  • ChannelPipeline：处理器链容器，管理多个 ChannelHandler
  • ChannelHandler：事件处理器接口，分为：
    • ChannelInboundHandler：处理入站数据（如读取客户端消息）
    • ChannelOutboundHandler：处理出站数据（如向客户端发送消息）
  • ChannelHandlerContext：处理器上下文，用于在链中传递事件。在自定义处理器中用于传递处理的事件

示例

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public class MyServer extends ChannelInitializer<SocketChannel> {
    @Override
    protected void initChannel(SocketChannel socketChannel) {
        ChannelPipeline pipeline = socketChannel.pipeline();//处理链容器
        pipeline.addLast(new WebSocketHeartBeatHandler);//添加事件处理器
    }
}

public class WebSocketHeartbeatHandler extends SimpleChannelInboundHandler<TextWebSocketFrame> {
    @Override
    protected void channelRead0(ChannelHandlerContext ctx, TextWebSocketFrame frame) throws Exception {
        String content = frame.text();

        //业务逻辑
    }
}

网络通信层

负责底层网络通信实现

核心组件

  • EventLoopGroup：线程池组，管理多个 EventLoop
    • NioEventLoopGroup：基于 Java NIO 的实现
    • EpollEventLoopGroup：基于 Linux Epoll 的高性能实现
  • EventLoop：单线程事件循环，负责处理一个或多个 Channel 的 IO 操作
  • Channel：网络通信通道的抽象，支持：
    • NioServerSocketChannel：服务端 NIO 通道
    • NioSocketChannel：客户端 NIO 通道
  • ByteBuf：高效的字节缓冲区，替代 Java 原生的 ByteBuffer

主从Reactor模式

netty采用的主从Reactor多线程模型时高性能网络编程的核心设计，将连接管理和数据处理分离，实现高并发能力

  • 主Reactor：负责接收客户端连接
    • 比如Boss Group
    • 仅负责 接收客户端的连接请求，不处理任何 IO 读写事件
    • 每个 Boss EventLoop 对应一个 Selector，用于监听 ServerSocketChannel 的 ACCEPT 事件
    • 接收到连接后，将客户端的 SocketChannel 分配给 Worker Group 处理
  • 从Reactor：负责处理已建立连接的读写操作
    • 比如Worker Group
    • 负责处理 已建立连接的 SocketChannel 的 IO 读写事件（如读数据、写数据、编解码等）
    • 每个 Worker EventLoop 对应一个 Selector，用于监听 SocketChannel 的 READ/WRITE 等事件
  • 主从都可以使用多线程