上一篇 介紹了事件監聽、責任鏈模型、socket介面和IO模型、執行緒模型等基本概念,以及Netty的整體結構,這篇就來說下Netty三大核心模組之一:事件監聽和處理。
前面提到,Netty是一個NIO框架,它將IO通道的建立、可讀、可寫等狀態變化,抽象成事件,以責任鏈的方式進行傳遞,可以在處理鏈上插入自定義的Handler,對感興趣的事件進行監聽和處理。
通過介紹,你會了解到:
- 事件監聽和處理模型
- 事件監聽:EventLoop
- 事件處理:ChannelPipeline和ChannelHandler
- 使用Netty實現Websocket協議
文章末尾有福利 ~
事件監聽和處理模型
進行網路程式設計時,一般的編寫過程是這樣的:
- 建立服務端Socket,監聽某個埠;
- 當有客戶端連線時,會建立一個新的客戶端Socket,監聽資料的可讀、可寫狀態,每一個連線請求都會建立一個客戶端Socket;
- 讀取和寫入資料都會呼叫Socket提供的介面,介面列表在上一篇提到過;
傳統的模型,每個客戶端Socket會建立一個單獨的執行緒監聽socket事件,一方面系統可建立的執行緒數有限,限制了併發數,一方面執行緒過多,執行緒切換頻繁,導致效能嚴重下降。
隨著作業系統IO模型的發展,可以採用多路複用IO,一個執行緒監聽多個Socket,另外,服務端處理客戶端連線,與客戶端Socket的監聽,可以在不同的執行緒進行處理。
Netty就是採用多路複用IO進行事件監聽,另外,使用不同的執行緒分別處理客戶端的連線、資料讀寫。
整個處理結構如下圖,簡單說明下:
- Boss EventLoopGroup主要處理客戶端的connect事件,包含多個EventLoop,每個EventLoop一個執行緒;
- Worker EventLoopGroup主要處理客戶端Socket的資料read、write事件,包含多個EventLoop,每個EventLoop一個執行緒;
- 無論是Boos還是Worker,事件的處理都是通過Channel Pipleline組織的,它是責任鏈模式的實現,包含一個或多個Handler;
- 偵聽一個埠,只會繫結到Boss EventLoopGroup中的一個Eventloop;
- Worker EventLoopGroup中的一個Eventloop,可以監聽多個客戶端Socket;
EventLoop
一個EventLoop其實和一個特定的執行緒繫結, 並且在其生命週期內, 繫結的執行緒都不會再改。
EventLoop肩負著兩種任務:
- 第一個是作為 IO 執行緒, 執行與 Channel 相關的 IO 操作, 包括 呼叫select等待就緒的IO事件、讀寫資料與資料的處理等;
- 第二個任務是作為任務佇列, 執行 taskQueue 中的任務, 例如使用者呼叫eventLoop.schedule提交的定時任務也是這個執行緒執行的;
第一個任務比較好理解,主要解釋下第二個:從socket資料到資料處理,再到寫入響應資料,Netty都在一個執行緒中處理,主要是為了執行緒安全考慮,減少競爭和執行緒切換,通過任務佇列的方式,可以在使用者執行緒提交處理邏輯,在Eventloop中執行。
整個EventLoop乾的事情就是select -> processIO -> runAllTask,processIO處理IO事件相關的邏輯,runAllTask處理任務佇列中的任務,如果執行的任務過多,會影響IO事件的處理,所以會限制任務處理的時間,整個處理過程如下圖:
EventLoop的run程式碼如下:
protected void run() {
for (; ; ) {
oldWakenUp = wakenUp.getAndSet(false);
try {
if (hasTasks()) { //如果有任務,快速返回
selectNow();
} else {
select(); //如果沒任務,等待事件返回
if (wakenUp.get()) {
selector.wakeup();
}
}
cancelledKeys = 0;
final long ioStartTime = System.nanoTime();
needsToSelectAgain = false;
//處理IO事件
if (selectedKeys != null) {
processSelectedKeysOptimized(selectedKeys.flip());
} else {
processSelectedKeysPlain(selector.selectedKeys());
}
//計算IO處理時間
final long ioTime = System.nanoTime() - ioStartTime;
final int ioRatio = this.ioRatio; //預設為50
//處理提交的任務
runAllTasks(ioTime * (100 - ioRatio) / ioRatio);
if (isShuttingDown()) {
closeAll();
if (confirmShutdown()) {
break;
}
}
} catch (Throwable t) {
try {
Thread.sleep(1000);
} catch (InterruptedException e) {
}
}
}
}
複製程式碼
ChannelPipeline和ChannelHandler
ChannelPipeline是一個介面,其有一個預設的實現類DefaultChannelPipeline,內部有兩個屬性:head和tail, 這兩者都實現了ChannelHandler介面,對應處理鏈的頭和尾。
protected DefaultChannelPipeline(Channel channel) {
this.channel = ObjectUtil.checkNotNull(channel, "channel");
succeededFuture = new SucceededChannelFuture(channel, null);
voidPromise = new VoidChannelPromise(channel, true);
tail = new TailContext(this);
head = new HeadContext(this);
head.next = tail;
tail.prev = head;
}
複製程式碼
每個Channel建立時,會建立一個ChannelPipeline物件,來處理channel的各種事件,可以在執行時動態進行動態修改其中的 ChannelHandler。
ChannelHandler承載業務處理邏輯的地方,我們接觸最多的類,可以自定義Handler,加入處理鏈中,實現自定義邏輯。
ChannelHandler 可分為兩大類:ChannelInboundHandler 和 ChannelOutboundHandle,分別對應入站和出站訊息的處理,用於資料讀取和資料寫入。它們提供了介面方法供我們實現,用來處理各種事件:
public interface ChannelInboundHandler extends ChannelHandler {
void channelRegistered(ChannelHandlerContext ctx) throws Exception;
void channelUnregistered(ChannelHandlerContext ctx) throws Exception;
void channelActive(ChannelHandlerContext ctx) throws Exception;
void channelInactive(ChannelHandlerContext ctx) throws Exception;
void channelRead(ChannelHandlerContext ctx, Object msg) throws Exception;
void channelReadComplete(ChannelHandlerContext ctx) throws Exception;
void userEventTriggered(ChannelHandlerContext ctx, Object evt) throws Exception;
void channelWritabilityChanged(ChannelHandlerContext ctx) throws Exception;
}
複製程式碼
自定義Handler時,一般繼承ChannelInboundHandlerAdapter或 ChannelOutboundHandlerAdapter。
需要注意的是,不建議在 ChannelHandler 中直接實現耗時或阻塞的操作,因為這可能會阻塞 Netty 工作執行緒,導致 Netty 無法及時響應 IO 處理。
使用Netty實現Websocket協議
Websocket協議
不是本篇的重點,簡單說明下:
- 是一種長連線協議,大部分瀏覽器都支援,通過websocket,服務端可以主動發訊息給客戶端;
- Websocket協議,在握手階段使用HTTP協議,握手完成之後,走Websocket自己的協議;
- Websocket是一種二進位制協議;
初始化
Netty提供了ChannelInitializer類方便我們初始化,建立WebSocketServerInitializer類,繼承ChannelInitializer類,用於新增ChannelHandler:
public class WebSocketServerInitializer extends ChannelInitializer<SocketChannel> {
@Resource
private CustomTextFrameHandler customTextFrameHandler;
@Override
public void initChannel(SocketChannel ch) throws Exception {
ChannelPipeline pipeline = ch.pipeline();
pipeline.addLast("codec-http", new HttpServerCodec());
pipeline.addLast("aggregator", new HttpObjectAggregator(65536));
pipeline.addLast("websocket-protocal-handler",new WebSocketServerProtocolHandler());
pipeline.addLast("custome-handler", customTextFrameHandler);
}
}
複製程式碼
分析下這幾個Handler,都是Netty預設提供的:
- HttpServerCodec:用於解析Http請求,主要在握手階段進行處理;
- HttpObjectAggregator:用於合併Http請求頭和請求體,主要在握手階段進行處理;
- WebSocketServerProtocolHandler:處理Websocket協議;
- CustomTextFrameHandler:自定義的Handler,用於新增自己的業務邏輯。
是不是很方便,經過WebSocketServerProtocolHandler處理後,讀取出來的就是文字資料了,不用自己處理資料合包、拆包問題。
CustomTextFrameHandler
自定義的Handler,進行業務處理:
public class CustomTextFrameHandler extends SimpleChannelInboundHandler<TextWebSocketFrame> {
@Override
protected void channelRead0(final ChannelHandlerContext ctx, TextWebSocketFrame frame) throws Exception {
final String content = frame.text();
System.out.println("接收到資料:"+content);
// 回覆資料
TextWebSocketFrame respFrame = new TextWebSocketFrame("我收到了你的資料");
if (ctx.channel().isWritable()) {
ChannelFuture future = ctx.writeAndFlush(respFrame);
}
}
}
複製程式碼
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