Netty TCP Server

Introcution

Netty 简介

Netty 是一个基于 Java 的网络应用框架，用于快速开发高性能、高可靠性的网络服务器和客户端。Netty 简化了网络编程，提供了异步事件驱动的网络应用程序框架，使开发人员可以专注于业务逻辑的实现，而不用处理复杂的底层网络通信细节。

Netty 的基本概念

1. Channel:

   • 表示一个开放的连接，可以执行读/写操作。
   • 是与远程节点进行通信的通道。

2. EventLoop:

   • 处理 I/O 操作的循环。
   • 每个 Channel 在其生命周期内只注册到一个 EventLoop。

3. ChannelFuture:

   • 用于异步通知 I/O 操作的结果。
   • 例如，写操作的完成通知。

4. ChannelHandler:

   • 处理 I/O 事件或拦截 I/O 操作的逻辑组件。
   • 包括入站处理器（ChannelInboundHandler）和出站处理器（ChannelOutboundHandler）。

5. Pipeline:

   • 持有一个 ChannelHandler 链，处理 Channel 的所有 I/O 事件和请求。

6. Bootstrap:

   • 用于客户端或服务器启动的辅助类。
   • ServerBootstrap用于服务器端，Bootstrap用于客户端。

Netty 是一个高性能的网络库，用于创建一个服务器，该服务器在指定端口上监听传入的网络连接.

Netty 组件如何协同工作处理一个请求

当一个请求到达 Netty 服务器时，以下 Netty 组件将协同工作来处理请求：

1. Channel: 每个客户端连接都会分配一个 Channel。Channel 负责处理与客户端的所有 I/O 操作，例如读取请求数据和写回响应。

2. EventLoop: Channel 被注册到一个 EventLoop 中。EventLoop 是一个处理 I/O 操作的事件循环，它不断从 Channel 中读取数据并将事件传递给相应的处理器（ChannelHandler）。一个 EventLoop 可以管理多个 Channel，但每个 Channel 只会被分配到一个 EventLoop。

3. ChannelPipeline: 每个 Channel 都有一个与之关联的 Pipeline。Pipeline 是一个 ChannelHandler 的链表，负责处理 Channel 的所有 I/O 事件和操作。在 Pipeline 中，数据会依次通过每个 ChannelHandler 进行处理。

4. ChannelHandler: ChannelHandler 是处理 I/O 事件的具体逻辑。Netty 提供了入站处理器和出站处理器，分别处理从客户端到服务器的入站事件（如读取数据）和从服务器到客户端的出站事件（如写入数据）。例如，MyInbloudHandler 就是一个入站处理器，用于处理从客户端发送来的消息。

5. ChannelFuture: 由于 Netty 是异步的，I/O 操作（如连接、读写等）不会立即返回结果，而是返回一个 ChannelFuture 对象。ChannelFuture 可以通过回调机制来通知操作的结果，比如操作成功或失败。

6. Bootstrap: ServerBootstrap 用于配置和启动服务器。它负责初始化 EventLoopGroup（EventLoop 的集合），配置 Channel 的选项，并绑定端口以开始监听客户端连接。

当客户端发送一个请求时，服务器的 Channel 会接收到该请求数据，EventLoop 会从 Channel 中读取数据并将其传递到 ChannelPipeline 中。数据在 Pipeline 中依次经过每个 ChannelHandler 进行处理。在处理完请求后，服务器可能会将响应数据写回到客户端，所有的 I/O 操作都通过 ChannelFuture 进行异步通知。最终，当请求处理完成或发生异常时，EventLoop 会关闭 Channel，释放资源。

TioBoot 整合 netty 创建 tcp-server

添加依赖

<dependency>
  <groupId>io.netty</groupId>
  <artifactId>netty-all</artifactId>
  <version>4.1.65.Final</version>
</dependency>

线程池配置类

TioBoot 已经内置了 TioThreadUtils

如果你需要自定义线程池,请参考下面的配置,ThreadUtils 是需要你手动编写的工具类,内部实现可以参考 TioThreadUtils 因为需要在一个子线程中启动 netty server,所以需要添加一个线程配置类

import java.util.concurrent.ExecutorService;

import com.litongjava.jfinal.aop.annotation.AConfiguration;
import com.litongjava.jfinal.aop.annotation.AInitialization;
import com.litongjava.tio.boot.server.TioBootServer;

@AConfiguration
public class ExecutorServiceConfig {

  @Initialization
  public void config() {
    // 创建包含10个线程的线程池
    ExecutorService executor = ThreadUtils.newFixedThreadPool(10);

    // 项目关闭时，关闭线程池
    TioBootServer.me().addDestroyMethod(() -> {
      if (executor != null && !executor.isShutdown()) {
        executor.shutdown();
      }
    });
  }
}

Netty 相关代码

package com.litongjava.tio.web.hello.nettyserver;

import io.netty.channel.ChannelInitializer;
import io.netty.channel.ChannelPipeline;
import io.netty.channel.socket.SocketChannel;

public class MyChannelInitializer extends ChannelInitializer<SocketChannel> {
  @Override
  protected void initChannel(SocketChannel socketChannel) throws Exception {
    ChannelPipeline p = socketChannel.pipeline();
    p.addLast(new MyInbloudHandler());
  }
}

package com.litongjava.tio.boot.hello.nettyserver;

import io.netty.buffer.ByteBuf;
import io.netty.channel.ChannelHandlerContext;
import io.netty.channel.ChannelInboundHandlerAdapter;
import io.netty.util.CharsetUtil;
import io.netty.util.ReferenceCountUtil;
import lombok.extern.slf4j.Slf4j;

@Slf4j
public class MyInbloudHandler extends ChannelInboundHandlerAdapter {

  @Override
  public void exceptionCaught(ChannelHandlerContext ctx, Throwable cause) {
    // 出现异常就关闭
    cause.printStackTrace();
    ctx.close();
  }

  @Override
  public void channelRead(ChannelHandlerContext ctx, Object msg) {
    try {
      ByteBuf in = (ByteBuf) msg;
      String string = in.toString(CharsetUtil.UTF_8);
      log.info("received:{}", string);
      // 这里调用service服务,数据库
    } finally {
      ReferenceCountUtil.release(msg);
    }
  }
}

import io.netty.bootstrap.ServerBootstrap;
import io.netty.channel.ChannelFuture;
import io.netty.channel.ChannelOption;
import io.netty.channel.EventLoopGroup;
import io.netty.channel.nio.NioEventLoopGroup;
import io.netty.channel.socket.nio.NioServerSocketChannel;
import lombok.extern.slf4j.Slf4j;

@Slf4j
public class NettyServerBootstrap {
  private int port;
  private MyChannelInitializer MyChannelInitializer;
  private EventLoopGroup boss = new NioEventLoopGroup();
  private EventLoopGroup worker = new NioEventLoopGroup();

  public NettyServerBootstrap(int port, MyChannelInitializer MyChannelInitializer) {
    this.port = port;
    this.MyChannelInitializer = MyChannelInitializer;
  }

  public void start() {
    boss = new NioEventLoopGroup();
    worker = new NioEventLoopGroup();
    try {
      ServerBootstrap bootstrap = new ServerBootstrap();
      bootstrap.group(boss, worker);
      bootstrap.channel(NioServerSocketChannel.class);
      bootstrap.option(ChannelOption.SO_BACKLOG, 1024); // 连接数
      bootstrap.option(ChannelOption.TCP_NODELAY, true); // 不延迟，消息立即发送
      bootstrap.childOption(ChannelOption.SO_KEEPALIVE, true); // 长连接
      bootstrap.childHandler(MyChannelInitializer);
      ChannelFuture f = bootstrap.bind(port).sync();
      if (f.isSuccess()) {
        log.info("netty start successful:{}", this.port);
      }
      f.channel().closeFuture().sync();
    } catch (Exception e) {
      log.info("netty start fail：" + e.getMessage());
      e.printStackTrace();
    } finally {
      close();
    }
  }

  public void close() {
    log.info("close netty");
    if (boss != null) {
      boss.shutdownGracefully();
    }
    if (worker != null) {
      worker.shutdownGracefully();
    }

  }
}

因为需要等待线程池启动,所以设置了@Initialization(priority = 101)

package com.litongjava.tio.web.hello.config;

import com.litongjava.jfinal.aop.annotation.AConfiguration;
import com.litongjava.jfinal.aop.annotation.AInitialization;
import com.litongjava.tio.boot.server.TioBootServer;
import com.litongjava.tio.utils.environment.EnvUtils;
import com.litongjava.tio.utils.thread.ThreadUtils;
import com.litongjava.tio.web.hello.nettyserver.MyChannelInitializer;
import com.litongjava.tio.web.hello.nettyserver.NettyServerBootstrap;

@AConfiguration
public class NettyServerConfig {

  @Initialization(priority = 101)
  public void nettyServerBootstrap() {
    int nioPort = EnvUtils.getInt("nio.server.port", 17902);

    MyChannelInitializer MyChannelInitializer = new MyChannelInitializer();
    NettyServerBootstrap nettyServerBootstrap = new NettyServerBootstrap(nioPort, MyChannelInitializer);

    // start netty
    ThreadUtils.getFixedThreadPool().execute(() -> {
      nettyServerBootstrap.start();
    });

    TioBootServer.me().addDestroyMethod(nettyServerBootstrap::close);
  }
}

tio-boot 启动类

package com.litongjava.tio.web.hello;

import com.litongjava.jfinal.aop.annotation.AComponentScan;
import com.litongjava.tio.boot.TioApplication;

@AComponentScan
public class HelloApp {
  public static void main(String[] args) {
    long start = System.currentTimeMillis();
    TioApplication.run(HelloApp.class, args);
    long end = System.currentTimeMillis();
    System.out.println((end - start) + "ms");
  }
}

测试客户端

package com.litongjava.tio.boot.hello.nettyserver;

import java.io.IOException;
import java.io.OutputStream;
import java.io.PrintWriter;
import java.net.Socket;

public class SocketClientSender {
  public static void main(String[] args) {
    try {
      Socket socket = new Socket("127.0.0.1", 17902);
      OutputStream outputStream = socket.getOutputStream();
      PrintWriter printWriter = new PrintWriter(outputStream);
      printWriter.write("$tmb00035ET3318/08/22 11:5804029.94,027.25,20.00,20.00$");
      System.out.println("send message");
      printWriter.flush();
      socket.shutdownOutput();
      socket.close();
    } catch (IOException e) {
      e.printStackTrace();
    }
  }
}

代码解释

这些代码展示了一个使用 Netty 库的基本服务器-客户端应用程序。

• MyInbloudHandler 处理入站消息和异常情况。
• MyChannelInitializer 用于初始化通道。
• NettyServerBootstrap 负责配置和启动服务器。
• NettyServerConfig 在应用程序启动时配置服务器。
• SocketClientSender 演示了如何创建一个客户端来发送消息给服务器。

这些代码中的每个类和方法的用途和意义：

1. MyInbloudHandler

这个类扩展了 Netty 的 ChannelInboundHandlerAdapter，用于处理入站的网络事件。

• channelRead(ChannelHandlerContext ctx, Object msg): 当从客户端接收到数据时调用。它将接收到的 ByteBuf 转换为字符串，并记录接收到的消息。处理完成后，释放消息资源以避免内存泄漏。
• exceptionCaught(ChannelHandlerContext ctx, Throwable cause): 当处理过程中发生异常时调用。这个方法记录异常并关闭当前的连接。

2. MyChannelInitializer

这个类是 ChannelInitializer<SocketChannel> 的扩展，用于初始化新的连接通道。

• initChannel(SocketChannel socketChannel): 在这个方法中，你可以添加各种处理器到这个通道的流水线（ChannelPipeline），这里添加了 MyInbloudHandler 实例。

3. NettyServerBootstrap

这个类负责配置和启动 Netty 服务器。

• 构造函数: 接收端口号和 MyChannelInitializer 实例。
• start(): 这个方法配置和启动 Netty 服务器。它设置了服务器的各种选项（如连接队列长度、TCP_NODELAY 等），并将服务器绑定到指定的端口。
• close(): 用于优雅地关闭服务器，释放资源。

4. NettyServerConfig

用途

NettyServerConfig 是一个配置类，主要用于初始化和配置 Netty 服务器。这个类使用了 JFinalAop Framework 的 @AConfiguration 注解，这表明它是一个用于定义配置信息的类，JFinalAop 容器会特别处理这个类，以便在应用程序启动时应用这些配置。

方法解释

• nettyServerBootstrap(): 此方法创建并配置 NettyServerBootstrap 实例。它从环境配置中读取端口号，并在新线程中启动服务器。这是一个被 @Initialization 注解标记的方法，用于在服务启动时 创建 NettyServerBootstrap 类的实例。

  • 初始化过程：方法首先通过 EvnUtils 获取环境配置信息，从中读取服务器端口号。这种方式表明它使用了 JFinal 的 AOP 特性来注入依赖，这里是获取应用程序的环境设置。

  • 创建 NettyServerBootstrap 实例：使用从环境配置中获取的端口号和一个新创建的 MyChannelInitializer 实例，初始化 NettyServerBootstrap 类的对象。

  • 启动服务器：通过 ThreadUtils 方法，在新的线程中调用 nettyServerBootstrap.start() 启动 Netty 服务器。这样做可以避免阻塞正在执行的主线程，确保服务器的启动过程是异步的。

  • 返回值：方法返回创建的 NettyServerBootstrap 实例。由于这个方法被标记为 @ABean，因此这个实例会被 JFinalAop 容器管理，可以在其他部分的应用程序中被注入和使用。

• @ABean(destroyMethod = "close"): 这个注解的 destroyMethod 属性指定了当 JFinalAop 容器关闭或者这个 Bean 被移除时应该调用的方法。在这个例子中，当应用程序关闭时，NettyServerBootstrap 实例的 close() 方法会被自动调用，这个方法会负责清理资源，比如关闭服务器和释放线程资源。

NettyServerConfig 类是 Netty 服务器在基于 JFinalAop 框架的应用程序中的配置类。它负责创建和配置 NettyServerBootstrap 实例，确保 Netty 服务器作为一个 JFinalAop Bean 被正确初始化、运行和关闭。这种配置方式使得 Netty 服务器的设置与 JFinalAop 应用程序的生命周期紧密集成，便于管理和维护。

5. SocketClientSender

这个类包含一个简单的客户端，用于向服务器发送消息。

• main(String[] args): 这个方法创建一个套接字连接到服务器，发送一条消息，然后关闭连接。