构建异步高并发服务器：Netty与Spring Boot的完美结合

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文章目录

  • 前言
  • IO
  • Netty
      • 1. 引入依赖
      • 2. 服务端
      • 4. 客户端
      • 结果
  • 总结
      • 引导类-Bootstarp和ServerBootstrap
      • 连接-NioSocketChannel
      • 事件组-EventLoopGroup和NioEventLoopGroup
  • 送书活动

IO

在Java基础中，IO流是一个重要操作，先上八股

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  1. BIO：传统的IO，同步阻塞，一个连接一个线程。一般不怎么使用
  2. AIO：JDK7引入的，异步非阻塞IO
  3. NIO：JDK1.4之后新的API，是多路复用，允许你一次性处理多个连接，而不需要等待每个连接的完成。（NIO 多路复用的核心概念是 Selector（选择器）和 Channel（通道）通过Channel、Buffer和Selector来进行数据传输和事件处理）

Netty

Netty是建立在NIO之上的一个框架，提供了更高级的抽象，如ChannelHandler和EventLoop，简化了事件处理和网络编程。
执行流程如下图
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具有高性能，高可靠性，高可扩展性，还支持多种协议

我们以聊天流程为例

  1. 服务端启动
  2. 客户端启动
  3. 客户端启动连接上的时候，告知服务端
  4. 服务端读取到客户端的信息后立即发送信息给客户端
  5. 客户端收到信息后也发送给服务端

1. 引入依赖

  		<dependency><groupId>io.netty</groupId><artifactId>netty-all</artifactId><version>4.1.76.Final</version></dependency>

2. 服务端

@Slf4j
public class NettyServer {private final static int PORT = 9012;public static void main(String[] args) throws InterruptedException {/*** 包含childGroup，childHandler，config，继承的父类AbstractBootstrap包括了parentGroup* */ServerBootstrap bootstrap = new ServerBootstrap();/*** EventLoopGroup用于处理所有ServerChannel和Channel的所有事件和IO* */EventLoopGroup parentGroup = new NioEventLoopGroup();EventLoopGroup childGroup = new NioEventLoopGroup();try {/*** 绑定两个事件组* */bootstrap.group(parentGroup, childGroup)/*** 初始化socket，定义tcp连接的实例* 内部调用ReflectiveChannelFactory实现对NioServerSocketChannel实例化* channelFactory是在AbstractBootstrap，也就是bootstrap的父类* */.channel(NioServerSocketChannel.class)/*** 添加处理器* ChannelInitializer包括了Set<ChannelHandlerContext> initMap** 这里比较有趣的事情就是使用被注册的channel去初始化其他的channel，* 等初始化结束后移除该channel* 所以SocketChannel是一个工具，** 在bind绑定端口的时候，进行初始化和注册initAndRegister，* 通过channel = channelFactory.newChannel()得到初始化channel* init(channel)真正开始初始化，* p = channel.pipeline()得到ChannelPipeline，* p.addLast开始添加* ch.eventLoop().execute将childHandler赋值并开启一个任务setAutoRead* 所以最后在监听读取的时候将会按照下面添加的channel进行读取** ChannelInitializer继承了ChannelInboundHandlerAdapter* 间接继承ChannelHandlerAdapter，ChannelInboundHandler，* */.childHandler(new ChannelInitializer<SocketChannel>() {@Overrideprotected void initChannel(SocketChannel ch) throws Exception {ChannelPipeline pipeline = ch.pipeline();/*** ByteBuf和String之间的转换**  Decoders解密*  pipeline.addLast("frameDecoder", new {@link LineBasedFrameDecoder}(80))*  pipeline.addLast("stringDecoder", new {@link StringDecoder}(CharsetUtil.UTF_8))**  Encoder加密*  pipeline.addLast("stringEncoder", new {@link StringEncoder}(CharsetUtil.UTF_8))**  使用上面的加密解密后就可以直接读取字符串*   void channelRead({@link ChannelHandlerContext} ctx, String msg) {*       ch.write("Did you say '" + msg + "'?\n")*  }** */pipeline.addLast(new StringDecoder());pipeline.addLast(new StringEncoder());//自定义处理器pipeline.addLast(new ServerHandler1());}});ChannelFuture future = bootstrap.bind(PORT).sync();log.info("服务器已启动");future.channel().closeFuture().sync();} finally {parentGroup.shutdownGracefully();childGroup.shutdownGracefully();}}
}

这段代码实现了一个使用Netty框架的服务器端，它监听指定的端口并处理客户端的连接请求。

  1. 创建一个ServerBootstrap实例，用于启动服务器。
  2. 创建两个EventLoopGroup实例，parentGroup用于处理服务器的连接请求，childGroup用于处理客户端的数据通信。
  3. 绑定事件组到ServerBootstrap实例。
  4. 指定使用的NioServerSocketChannel作为服务器套接字通道的实现类。
  5. 添加处理器到ChannelInitializer中，该处理器负责初始化和配置新连接的SocketChannel。
  6. 在处理器中，通过ChannelPipeline添加了如下处理器：
    • StringDecoder：处理传入的字节数据，并将其解码为字符串。
    • StringEncoder：处理传出的字符串数据，并将其编码为字节。
    • ServerHandler1：自定义的处理器，用于处理客户端发送的消息。
  7. 绑定服务器的端口号，启动服务器。
  8. 等待服务器的关闭事件。
  1. 处理器
@Slf4j
public class ServerHandler1 extends ChannelInboundHandlerAdapter {@Overridepublic void channelRead(ChannelHandlerContext ctx, Object msg) throws Exception {log.info("Client Address ====== {}，读取的信息：{}", ctx.channel().remoteAddress(),msg);ctx.channel().writeAndFlush("服务端writeAndFlush：我是服务端");ctx.fireChannelActive();//睡眠TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(500);}@Overridepublic void exceptionCaught(ChannelHandlerContext ctx, Throwable cause) throws Exception {//打印异常cause.printStackTrace();//关闭Channel连接，并通知ChannelFuture，通常是出现异常或者是完成了操作ctx.close();}
}

4. 客户端

@Slf4j
public class NettyClient {private final static int PORT = 9012;private final static String IP = "localhost";public static void main(String[] args) throws InterruptedException {/*** 服务端是ServerBootstrap，客户端是Bootstrap* Bootstrap引导channel连接，UDP连接用bind方法，TCP连接用connect方法* */Bootstrap bootstrap = new Bootstrap();/*** 服务端是EventLoopGroup，客户端是NioEventLoopGroup* 这里创建默认0个线程，一个线程工厂，一个选择器提供者* */NioEventLoopGroup eventLoopGroup = new NioEventLoopGroup();try {bootstrap.group(eventLoopGroup)/*** 初始化socket，定义tcp连接的实例* */.channel(NioSocketChannel.class).handler(new ChannelInitializer<SocketChannel>() {@Overrideprotected void initChannel(SocketChannel ch) throws Exception {ChannelPipeline pipeline = ch.pipeline();/*** 进行字符串的转换* */pipeline.addLast(new StringDecoder(CharsetUtil.UTF_8));pipeline.addLast(new StringEncoder(CharsetUtil.UTF_8));/*** 自定义处理器* */pipeline.addLast(new ClientHandler1());}});ChannelFuture future = bootstrap.connect(IP, PORT).sync();log.info("客户端访问");future.channel().closeFuture().sync();} finally {eventLoopGroup.shutdownGracefully();}}
}

这段代码实现了一个使用Netty框架的客户端，它连接到指定的服务器端并与服务器进行通信。

  1. 创建一个Bootstrap实例，用于启动客户端。
  2. 创建一个NioEventLoopGroup实例，用于处理客户端的事件和IO操作。
  3. 绑定事件组到Bootstrap实例。
  4. 指定使用的NioSocketChannel作为客户端套接字通道的实现类。
  5. 添加处理器到ChannelInitializer中，该处理器负责初始化和配置客户端连接的SocketChannel。
  6. 在处理器中，通过ChannelPipeline添加了如下处理器：
    • StringDecoder：处理传入的字节数据，并将其解码为字符串。
    • StringEncoder：处理传出的字符串数据，并将其编码为字节。
    • ClientHandler1：自定义的处理器，用于处理与服务器之间的通信。
  7. 使用Bootstrap的connect()方法连接到指定的服务器IP和端口。
  8. 等待连接完成。
  9. 在连接成功后，打印日志信息。
  10. 等待客户端的关闭事件。
  1. 处理器
@Slf4j
public class ClientHandler1 extends ChannelInboundHandlerAdapter {@Overridepublic void channelRead(ChannelHandlerContext ctx, Object msg) throws Exception {log.info("客户端读取的信息：{}", msg);ctx.channel().writeAndFlush("客户端writeAndFlush：我是客户端");TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(5000);}/*** 当事件到达pipeline时候触发*/@Overridepublic void channelActive(ChannelHandlerContext ctx) throws Exception {ctx.channel().writeAndFlush("客户端：开始聊天");}@Overridepublic void exceptionCaught(ChannelHandlerContext ctx, Throwable cause) throws Exception {cause.printStackTrace();//关闭Channel连接ctx.close();}}

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结果

服务端日志

Client Address ====== /127.0.0.1:63740，读取的信息：客户端：开始聊天
Client Address ====== /127.0.0.1:63740，读取的信息：客户端writeAndFlush：我是客户端
Client Address ====== /127.0.0.1:63740，读取的信息：客户端writeAndFlush：我是客户端

客户端日志

客户端读取的信息：服务端writeAndFlush：我是服务端
客户端读取的信息：服务端writeAndFlush：我是服务端

总结

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引导类-Bootstarp和ServerBootstrap

Bootstarp和ServerBootstrap被称为引导类，使你的应用程序和网络层相隔离。类似java项目的启动类。

连接-NioSocketChannel

客户端和服务端的启动都是采用配置的channel去连接处理器，这里服务端和客户端是用NioSocketChannel

事件组-EventLoopGroup和NioEventLoopGroup

客户端使用的是NioEventLoopGroup，服务端使用的是EventLoopGroup。 服务端和客户端的引导类启动后实现了配置的运行，客户端和服务端的连接都是采用NioSocketChannel。 连接的流程：

  1. 客户端创建一个channel
  2. channel对应一个EventLoop，EventLoop存放到NioEventLoopGroup中
  3. 服务端监听到后，创建一个channel连接，channel对应一个EventLoop，EventLoop存放到子的EventLoopGroup，父的事件组负责监听，一个事件对应一个子事件组。
    在这里可以认为父是boss监听组，子是工作组。
  4. 当客户端发送信息的时候，先被父监听，然后将异步调用工作组。
  5. 消息会经过事件组的所有处理器。

实际上服务端的事件组也可以使用NioEventLoopGroup。
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