Netty4详解三:Netty架构设计

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Netty4详解三:Netty架构设计

老嗨 2014-06-06 10:52:00 浏览1304 评论1

摘要:      读完这一章,我们基本上可以了解到Netty所有重要的组件,对Netty有一个全面的认识,这对下一步深入学习Netty是十分重要的,而学完这一章,我们其实已经可以用Netty解决一些常规的问题了。

     读完这一章,我们基本上可以了解到Netty所有重要的组件,对Netty有一个全面的认识,这对下一步深入学习Netty是十分重要的,而学完这一章,我们其实已经可以用Netty解决一些常规的问题了。

一、先纵览一下Netty,看看Netty都有哪些组件?


     为了更好的理解和进一步深入Netty,我们先总体认识一下Netty用到的组件及它们在整个Netty架构中是怎么协调工作的。Netty应用中必不可少的组件:
  • Bootstrap or ServerBootstrap
  • EventLoop
  • EventLoopGroup
  • ChannelPipeline
  • Channel
  • Future or ChannelFuture
  • ChannelInitializer
  • ChannelHandler
     Bootstrap,一个Netty应用通常由一个Bootstrap开始,它主要作用是配置整个Netty程序,串联起各个组件。
     Handler,为了支持各种协议和处理数据的方式,便诞生了Handler组件。Handler主要用来处理各种事件,这里的事件很广泛,比如可以是连接、数据接收、异常、数据转换等。
     ChannelInboundHandler,一个最常用的Handler。这个Handler的作用就是处理接收到数据时的事件,也就是说,我们的业务逻辑一般就是写在这个Handler里面的,ChannelInboundHandler就是用来处理我们的核心业务逻辑。
     ChannelInitializer,当一个链接建立时,我们需要知道怎么来接收或者发送数据,当然,我们有各种各样的Handler实现来处理它,那么ChannelInitializer便是用来配置这些Handler,它会提供一个ChannelPipeline,并把Handler加入到ChannelPipeline。
     ChannelPipeline,一个Netty应用基于ChannelPipeline机制,这种机制需要依赖于EventLoop和EventLoopGroup,因为它们三个都和事件或者事件处理相关。
     EventLoops的目的是为Channel处理IO操作,一个EventLoop可以为多个Channel服务。
     EventLoopGroup会包含多个EventLoop。
     Channel代表了一个Socket链接,或者其它和IO操作相关的组件,它和EventLoop一起用来参与IO处理。
     Future,在Netty中所有的IO操作都是异步的,因此,你不能立刻得知消息是否被正确处理,但是我们可以过一会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ChannelFutures,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。总之,所有的操作都会返回一个ChannelFuture。

二、Netty是如何处理连接请求和业务逻辑的呢?-- Channels、Events 和 IO

     Netty是一个非阻塞的、事件驱动的、网络编程框架。当然,我们很容易理解Netty会用线程来处理IO事件,对于熟悉多线程编程的人来说,你或许会想到如何同步你的代码,但是Netty不需要我们考虑这些,具体是这样:
      一个Channel会对应一个EventLoop,而一个EventLoop会对应着一个线程,也就是说,仅有一个线程在负责一个Channel的IO操作。
     关于这些名词之间的关系,可以见下图:
     
     

     如图所示:当一个连接到达,Netty会注册一个channel,然后EventLoopGroup会分配一个EventLoop绑定到这个channel,在这个channel的整个生命周期过程中,都会由绑定的这个EventLoop来为它服务,而这个EventLoop就是一个线程。
     说到这里,那么EventLoops和EventLoopGroups关系是如何的呢?我们前面说过一个EventLoopGroup包含多个Eventloop,但是我们看一下下面这幅图,这幅图是一个继承树,从这幅图中我们可以看出,EventLoop其实继承自EventloopGroup,也就是说,在某些情况下,我们可以把一个EventLoopGroup当做一个EventLoop来用。


三、我们来看看如何配置一个Netty应用?-- BootsStrapping

     我们利用BootsStrapping来配置netty 应用,它有两种类型,一种用于Client端:BootsStrap,另一种用于Server端:ServerBootstrap,要想区别如何使用它们,你仅需要记住一个用在Client端,一个用在Server端。下面我们来详细介绍一下这两种类型的区别:
     1.第一个最明显的区别是,ServerBootstrap用于Server端,通过调用bind()方法来绑定到一个端口监听连接;Bootstrap用于Client端,需要调用connect()方法来连接服务器端,但我们也可以通过调用bind()方法返回的ChannelFuture中获取Channel去connect服务器端。
     2.客户端的Bootstrap一般用一个EventLoopGroup,而服务器端的ServerBootstrap会用到两个(这两个也可以是同一个实例)。为何服务器端要用到两个EventLoopGroup呢?这么设计有明显的好处,如果一个ServerBootstrap有两个EventLoopGroup,那么就可以把第一个EventLoopGroup用来专门负责绑定到端口监听连接事件,而把第二个EventLoopGroup用来处理每个接收到的连接,下面我们用一幅图来展现一下这种模式:
       
     PS: 如果仅由一个EventLoopGroup处理所有请求和连接的话,在并发量很大的情况下,这个EventLoopGroup有可能会忙于处理已经接收到的连接而不能及时处理新的连接请求,用两个的话,会有专门的线程来处理连接请求,不会导致请求超时的情况,大大提高了并发处理能力。
      我们知道一个Channel需要由一个EventLoop来绑定,而且两者一旦绑定就不会再改变。一般情况下一个EventLoopGroup中的EventLoop数量会少于Channel数量,那么就很有可能出现一个多个Channel公用一个EventLoop的情况,这就意味着如果一个Channel中的EventLoop很忙的话,会影响到这个Eventloop对其它Channel的处理,这也就是为什么我们不能阻塞EventLoop的原因。
     当然,我们的Server也可以只用一个EventLoopGroup,由一个实例来处理连接请求和IO事件,请看下面这幅图:

     

 
四、我们看看Netty是如何处理数据的?-- Netty核心ChannelHandler

     下面我们来看一下netty中是怎样处理数据的,回想一下我们前面讲到的Handler,对了,就是它。说到Handler我们就不得不提ChannelPipeline,ChannelPipeline负责安排Handler的顺序及其执行,下面我们就来详细介绍一下他们:
 ChannelPipeline and handlers
     我们的应用程序中用到的最多的应该就是ChannelHandler,我们可以这么想象,数据在一个ChannelPipeline中流动,而ChannelHandler便是其中的一个个的小阀门,这些数据都会经过每一个ChannelHandler并且被它处理。这里有一个公共接口ChannelHandler:

     

     从上图中我们可以看到,ChannelHandler有两个子类ChannelInboundHandler和ChannelOutboundHandler,这两个类对应了两个数据流向,如果数据是从外部流入我们的应用程序,我们就看做是inbound,相反便是outbound。其实ChannelHandler和Servlet有些类似,一个ChannelHandler处理完接收到的数据会传给下一个Handler,或者什么不处理,直接传递给下一个。下面我们看一下ChannelPipeline是如何安排ChannelHandler的:

     

     从上图中我们可以看到,一个ChannelPipeline可以把两种Handler(ChannelInboundHandler和ChannelOutboundHandler)混合在一起,当一个数据流进入ChannelPipeline时,它会从ChannelPipeline头部开始传给第一个ChannelInboundHandler,当第一个处理完后再传给下一个,一直传递到管道的尾部。与之相对应的是,当数据被写出时,它会从管道的尾部开始,先经过管道尾部的“最后”一个ChannelOutboundHandler,当它处理完成后会传递给前一个ChannelOutboundHandler。
数据在各个Handler之间传递,这需要调用方法中传递的ChanneHandlerContext来操作, 在netty的API中提供了两个基类分ChannelOutboundHandlerAdapter和ChannelOutboundHandlerAdapter,他们仅仅实现了调用ChanneHandlerContext来把消息传递给下一个Handler,因为我们只关心处理数据,因此我们的程序中可以继承这两个基类来帮助我们做这些,而我们仅需实现处理数据的部分即可。
     我们知道InboundHandler和OutboundHandler在ChannelPipeline中是混合在一起的,那么它们如何区分彼此呢?其实很容易,因为它们各自实现的是不同的接口,对于inbound event,Netty会自动跳过OutboundHandler,相反若是outbound event,ChannelInboundHandler会被忽略掉。
     当一个ChannelHandler被加入到ChannelPipeline中时,它便会获得一个ChannelHandlerContext的引用,而ChannelHandlerContext可以用来读写Netty中的数据流。因此,现在可以有两种方式来发送数据,一种是把数据直接写入Channel,一种是把数据写入ChannelHandlerContext,它们的区别是写入Channel的话,数据流会从Channel的头开始传递,而如果写入ChannelHandlerContext的话,数据流会流入管道中的下一个Handler。  

五、我们最关心的部分,如何处理我们的业务逻辑? -- Encoders, Decoders and Domain Logic

     Netty中会有很多Handler,具体是哪种Handler还要看它们继承的是InboundAdapter还是OutboundAdapter。当然,Netty中还提供了一些列的Adapter来帮助我们简化开发,我们知道在Channelpipeline中每一个Handler都负责把Event传递给下一个Handler,如果有了这些辅助Adapter,这些额外的工作都可自动完成,我们只需覆盖实现我们真正关心的部分即可。此外,还有一些Adapter会提供一些额外的功能,比如编码和解码。那么下面我们就来看一下其中的三种常用的ChannelHandler:
Encoders和Decoders
     因为我们在网络传输时只能传输字节流,因此,才发送数据之前,我们必须把我们的message型转换为bytes,与之对应,我们在接收数据后,必须把接收到的bytes再转换成message。我们把bytes to message这个过程称作Decode(解码成我们可以理解的),把message to bytes这个过程成为Encode。
     Netty中提供了很多现成的编码/解码器,我们一般从他们的名字中便可知道他们的用途,如ByteToMessageDecoder、MessageToByteEncoder,如专门用来处理Google Protobuf协议的ProtobufEncoder、 ProtobufDecoder。
     我们前面说过,具体是哪种Handler就要看它们继承的是InboundAdapter还是OutboundAdapter,对于Decoders,很容易便可以知道它是继承自ChannelInboundHandlerAdapter或 ChannelInboundHandler,因为解码的意思是把ChannelPipeline传入的bytes解码成我们可以理解的message(即Java Object),而ChannelInboundHandler正是处理Inbound Event,而Inbound Event中传入的正是字节流。Decoder会覆盖其中的“ChannelRead()”方法,在这个方法中来调用具体的decode方法解码传递过来的字节流,然后通过调用ChannelHandlerContext.fireChannelRead(decodedMessage)方法把编码好的Message传递给下一个Handler。与之类似,Encoder就不必多少了。
Domain Logic
     其实我们最最关心的事情就是如何处理接收到的解码后的数据,我们真正的业务逻辑便是处理接收到的数据。Netty提供了一个最常用的基类SimpleChannelInboundHandler<T>,其中T就是这个Handler处理的数据的类型(上一个Handler已经替我们解码好了),消息到达这个Handler时,Netty会自动调用这个Handler中的channelRead0(ChannelHandlerContext,T)方法,T是传递过来的数据对象,在这个方法中我们便可以任意写我们的业务逻辑了。

Netty从某方面来说就是一套NIO框架,在Java NIO基础上做了封装,所以要想学好Netty我建议先理解好Java NIO,建议大家阅读一下我的另两篇文章:
Java NIO详解(一) 
Java NIO详解(二)


转载请说明出处,原文链接:http://blog.csdn.net/suifeng3051/article/details/28861883 




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1F
上春夏沫

讲的非常好,谢谢

老嗨
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