【网络编程（三）】Netty入门到实战这一篇就够了

Netty入门到实战

Netty

Netty

NIO 是一种 I/O 模型，netty 是基于 NIO 开发出来的一款异步事件驱动框架，它是一个通用的网络应用程序框架。netty 简化了 NIO 网络编程的开发，本质就是对NIO的封装和升级。它支持多种协议，如常用的协议有：HTTP（基于TCP的半双工协议）、WebSocket（支持全双工通信的协议，它一般被称为HTTP的进阶协议，它先是通过TCP三次握手建立连接后，然后通过HTTP握手转换成WebSocket协议，转换成功会发101状态码，之后就是WebSocket协议进行联系了，具体的可以看这篇（因为使用Netty的话使用WebSocket协议比较多）：WebSocket协议：5分钟从入门到精通）。

Netty 核心组件和流程分析

EventLoop（事件循环）：它是一个循环，不断地等待事件的发生并处理这些事件。事件和NIO一样可以是网络连接的建立、数据的读取和写入、定时器的触发等等。一旦注册，将处理通道内的所有 I/O 操作。一个EventLoop实例通常会处理多个Channel，但这可能取决于实现细节和内部机制。
EventLoopGroup（EventLoop的集合）：它负责管理和调度多个 EventLoop 的创建和分配。可以理解它为线程池，然后其中每个线程都包含一个EventLoop。一般情况下，一个应用程序只需要一个 EventLoopGroup 来处理所有的网络事件。它俩的关系可以类比于 ThreadGroup和Thread之间的关系。内部封装了NIO中的Selector多路复用器。
Channel（通道）：与 java NIO 中的 SocketChannel 一样，可以进行数据的读取和写入。
ChannelPipeline（通道管道）：它由一系列的处理器（Handler）组成，用于处理数据的流动。ChannelPipeline 中的每个处理器叫做 ChannelHandler，这些ChannelHandler 负责处理不同的网络事件，例如数据的读取、写入和处理，连接的建立和关闭，异常的处理等等。**当数据进入管道的时候，它会依次经过 ChannelPipeline 中的每个 ChannelHandler 进行处理。**每个 ChannelHandler 可以对数据进行修改、转换或执行特定的业务逻辑。处理完毕会流通到下一个ChannelHandler。好似流水线。
ChannelHanlder（通道处理器）：用来处理 Channel 中的事件和数据的组件。使用的话是被封装到 ChannelPipeline 管道中。
- ChannelInboundHandler：用于处理入站事件，例如连接建立、数据读取等。
- ChannelOutboundHandler：用于处理出站事件，例如数据写入、连接关闭等。
- SimpleChannelInboundHandler：继承自ChannelInboundHandler，简化了消息处理的逻辑。
- SimpleChannelOutboundHandler：继承自ChannelOutboundHandler，简化了消息发送的逻辑。
- HttpServerCodec：它负责处理 HTTP 请求和响应的编解码。
- HttpObjectAggregator：将 HTTP 请求的多个部分合并成一个完整的 FullHttpRequest。
- WebSocketServerProtocolHandler：处理 WebSocket 协议的握手和帧的编解码。
ByteBuf（字节缓冲区）：ByteBuf 是 Netty 中的字节容器，用于高效地存储和传输字节数据。与Java NIO 的 ByteBuffer 相比，ByteBuf 提供了更灵活的API和更高效的内存管理。
Future（异步操作结果）：Netty中的操作都是异步的，Future用来获取操作的状态和结果。
Bootstrap（引导类）：Bootstrap是启动客户端的类，负责配置和启动客户端的相关组件。
ServerBootstrap（服务器引导类）：ServerBootstrap是创建和启动服务器的类，用于配置和管理服务器的各个组件。其实是对NIO ServerSocketChannel 的封装。

注意：当你使用某工具调试的时候，服务端和网络调试工具并不是直接发送的。网路助手-》操作系统-》网络-》对方操作系统-》找到对应进程，是以这个路线发送数据和接收数据的，此过程都是0/1数据传输，在Netty中，使用的是 ByteBuf 进行字节的传输和存储。

下面是Netty的一个流程简图（这里的NioServerSocketChannel被构造时，会执行一个init方法，为这个channel中的Pipeline里设置handler，准备好去处理Selector选出的事件，大概流程就关联起来了）：
在这里插入图片描述
这还有个 EventLoopGroup 封装多路复用器的一过程，且支持多线程处理（会向ServerBootstrap传递俩个EventLoopGroup，第一个称为BoosGroup用来处理新用户的连接请求，而第二个称为WorkerGroup，用来处理读写操作和业务逻辑，也是为什么一般给BoosGroup线程数设置为1就够用的原因，因为它只处理连接请求）：
在这里插入图片描述

数据流转的底层核心

在叙述数据流转底层核心时，先阐述 Netty 所提供的字符串入站、出站处理器。

从下面继承关系可以看见 StringDecoder 是 Netty 提供的入站处理器（继承了ChannelInBoundHandlerAdapter）

在这里插入图片描述

从下面的继承关系同样可以看出 StringEncoder 是 Netty 提供的出站处理器（继承了 ChannelOutBoundHandlerAdapter）

在这里插入图片描述

上述阐述过 ChannelPipeline 是用来封装 ChannelHandler 的管道，那它是怎么存储 ChannelHandler 的呢？其实底层是使用了双向链表进行存储的，至于为什么使用双向链表我觉得就三点：

双向遍历（单链表无法完成）：在服务端接收到事件的时候（接收到客户端来的信息时）会从头遍历到尾 ChannelHandler 进行事件处理；而在服务端向客户端回消息/发送消息时是从尾部遍历到头部 ChannelHandler 进行处理，双向链表是最佳选择。
动态调整（单链表无法完成）：单链表进行删除操作的话需要遍历整个链表，而无法动态的进行删除、添加。
上下文可传递事件（单链表无法完成）：使用双向链表的话，在一个节点上可以轻松的获取到其前一个和后一个节点，那在处理事件时，如果需要将一通道处理器的事件转换到下一个，就可以轻松的实现上下文传递。

拿下面配的 ChannelPipeline 进行数据流转说明

                        @Override
                        public void initChannel(SocketChannel ch) throws Exception {
   
    
    

                            Charset gbk = Charset.forName("GBK");
                            ch.pipeline().addLast("decoder",new StringDecoder(gbk));
                            ch.pipeline().addLast("encoder",new StringEncoder(gbk));
                            ch.pipeline().addLast(new DiscardServerHandler());// 将handler封装到Pipeline中
                        }

在这里插入图片描述

（这图有点问题哈，右边那个应该是双向链表的