1、socket通信框架比较

      有名的框架：Apache MINA、Grizzly、Netty、NIO Framework、QuickServer、xSocket、IOServer、XNIO

      框架比较：https://blog.csdn.net/xiaojin21cen/article/details/78587541

 

2、Netty框架开发

      文章推荐：

2.1 什么是Netty？

  • Netty 是一个利用 Java 高级网络的能力，隐藏其背后的复杂性而提供一个易于使用的 API 的客户端/服务器框架。
  • Netty 是一个广泛使用的 Java 网络编程框架（Netty 在 2011 年获得了Duke's Choice Award，见https://www.java.net/dukeschoice/2011）。它活跃和成长于用户社区，像大型公司 Facebook 和 Instagram 以及流行 开源项目如 Infinispan, HornetQ, Vert.x, Apache Cassandra 和 Elasticsearch 等，都利用其强大的对于网络抽象的核心代码。
  • 面向接口/抽象编程
  • 异步的，事件驱动的编程框架

2.2  特点

  • 高并发：Netty是一款基于NIO（Nonblocking I/O，非阻塞IO）开发的网络通信框架，对比于OIO（Old Blocking I/O，阻塞IO），他的并发性能得到了很大提高，两张图让你了解OIO和NIO的区别

阻塞IO的通信方式

                                               阻塞IO的通信方式

 

                                               非阻塞IO的通信方式

  •  传输快：Netty的传输快其实也是依赖了NIO的一个特性——零拷贝。我们知道，Java的内存有堆内存、栈内存和字符串常量池等等，其中堆内存是占用内存空间最大的一块，也是Java对象存放的地方，一般我们的数据如果需要从IO读取到堆内存，中间需要经过Socket缓冲区，也就是说一个数据会被拷贝两次才能到达他的的终点，如果数据量大，就会造成不必要的资源浪费。
    Netty针对这种情况，使用了NIO中的另一大特性——零拷贝，当他需要接收数据的时候，他会在堆内存之外开辟一块内存，数据就直接从IO读到了那块内存中去，在netty里面通过ByteBuf可以直接对这些数据进行直接操作，从而加快了传输速度。
    下两图就介绍了两种拷贝方式的区别：

                                                     传统数据拷贝

          

                                                     零拷贝

  •  封装好：面向接口/抽象编程，隐藏复杂实现，开发者只需关心并实现业务逻辑

2.3  第一个netty应用

       依赖：implementation 'io.netty:netty-all:4.1.28.Final'

  • 客户端实现 
    public void startServer()  {
        NioEventLoopGroup group = new NioEventLoopGroup();
        try {
            ServerBootstrap b = new ServerBootstrap();
            b.group(group)
             .channel(NioServerSocketChannel.class)
             .localAddress(new InetSocketAddress(port))
             .childHandler(new ChannelInitializer<SocketChannel>() {
                 @Override
                 public void initChannel(SocketChannel ch) 
                     throws Exception {
                     ch.pipeline().addLast(new ServerHandler());
                 }
             });

            ChannelFuture f = b.bind().sync();
            f.channel().closeFuture().sync();
        } finally {
            group.shutdownGracefully().sync();
        }
    }
public class ServerHandler extends ChannelInboundHandlerAdapter {

    @Override
    public void channelRead(ChannelHandlerContext ctx, Object msg) {
        ByteBuf in = (ByteBuf) msg;
        ctx.write(in);
    }

    @Override
    public void exceptionCaught(ChannelHandlerContext ctx, Throwable cause) {
        ctx.close();
    }
}
  • 服务端实现
    public void startClient() throws{
        EventLoopGroup group = new NioEventLoopGroup();
        try {
            Bootstrap b = new Bootstrap();
            b.group(group)
             .channel(NioSocketChannel.class)
             .remoteAddress(new InetSocketAddress(host, port))
             .handler(new ChannelInitializer<SocketChannel>() {
                 @Override
                 public void initChannel(SocketChannel ch) throws Exception {
                     ch.pipeline().addLast(new ClientHandler());
                 }
             });

            ChannelFuture f = b.connect().sync();
            f.channel().closeFuture().sync();
        } finally {
            group.shutdownGracefully().sync();
        }
    }
public class ClientHandler extends SimpleChannelInboundHandler<ByteBuf> {

    @Override
    public void channelActive(ChannelHandlerContext ctx) {
        ctx.writeAndFlush(Unpooled.copiedBuffer("Netty rocks!", CharsetUtil.UTF_8));
    }

    @Override
    public void channelRead0(ChannelHandlerContext ctx, ByteBuf in) {
        Log.d(“ClientHandler”, "Client received: " + in.toString(CharsetUtil.UTF_8));
    }

    @Override
    public void exceptionCaught(ChannelHandlerContext ctx, Throwable cause) {
        ctx.close();
    }
}

 

2.4  核心架构模型

  • Bootstrap 和 ServerBootstrap
  • Channel
  • ChannelHandler
  • ChannelPipeline
  • EventLoop
  • ChannelFuture

2.4.1  Channel

  • Channel 是 NIO 基本的结构。它代表了一个用于连接到实体如硬件设备、文件、网络套接字或程序组件, 能够执行一个或多个不同的 I/O 操作（例如读或写）的开放连接。

          现在,把 Channel 想象成一个可以“打开”或“关闭”,“连接”或“断开”和作为传入和传出数据的运输工具。

       

  • channel包括：NioServerSocketChannel和NioSocketChannel， 保存了原生的Socket.
    private static ServerSocketChannel newSocket(SelectorProvider provider) {
        try {
            /**
             *  Use the {@link SelectorProvider} to open {@link SocketChannel} and so remove condition in
             *  {@link SelectorProvider#provider()} which is called by each ServerSocketChannel.open() otherwise.
             *
             *  See <a href="https://github.com/netty/netty/issues/2308">#2308</a>.
             */
            return provider.openServerSocketChannel();
        } catch (IOException e) {
            throw new ChannelException(
                    "Failed to open a server socket.", e);
        }
    }

2.4.2  ChannelPipeline

  • 如果我们认为 ChannelPipeline 只是一系列 ChannelHandler 实例,用于拦截 流经一个 Channel 的入站和出站事件,然后很容易理解 这些 ChannelHandler 可以提供的交互的核心应用程序的数据 和事件处理逻辑。

          每一个创建新 Channel ,分配一个新的 ChannelPipeline。这个关联是 永久性的;Channel 既不能附上另一个 ChannelPipeline 也不能分离 当前这个。这是一个 Netty 的固定方面的组件生命周期,开发人员无需特别处理。

 *                                                 I/O Request
 *                                            via {@link Channel} or
 *                                        {@link ChannelHandlerContext}
 *                                                      |
 *  +---------------------------------------------------+---------------+
 *  |                           ChannelPipeline         |               |
 *  |                                                  \|/              |
 *  |    +---------------------+            +-----------+----------+    |
 *  |    | Inbound Handler  N  |            | Outbound Handler  1  |    |
 *  |    +----------+----------+            +-----------+----------+    |
 *  |              /|\                                  |               |
 *  |               |                                  \|/              |
 *  |    +----------+----------+            +-----------+----------+    |
 *  |    | Inbound Handler N-1 |            | Outbound Handler  2  |    |
 *  |    +----------+----------+            +-----------+----------+    |
 *  |              /|\                                  .               |
 *  |               .                                   .               |
 *  | ChannelHandlerContext.fireIN_EVT() ChannelHandlerContext.OUT_EVT()|
 *  |        [ method call]                       [method call]         |
 *  |               .                                   .               |
 *  |               .                                  \|/              |
 *  |    +----------+----------+            +-----------+----------+    |
 *  |    | Inbound Handler  2  |            | Outbound Handler M-1 |    |
 *  |    +----------+----------+            +-----------+----------+    |
 *  |              /|\                                  |               |
 *  |               |                                  \|/              |
 *  |    +----------+----------+            +-----------+----------+    |
 *  |    | Inbound Handler  1  |            | Outbound Handler  M  |    |
 *  |    +----------+----------+            +-----------+----------+    |
 *  |              /|\                                  |               |
 *  +---------------+-----------------------------------+---------------+
 *                  |                                  \|/
 *  +---------------+-----------------------------------+---------------+
 *  |               |                                   |               |
 *  |       [ Socket.read() ]                    [ Socket.write() ]     |
 *  |                                                                   |
 *  |  Netty Internal I/O Threads (Transport Implementation)            |
 *  +-------------------------------------------------------------------+

2.4.3  ChannelHandler

  • ChannelHandler 是您的应用程序的核心，尽管有时它可能并不明显。ChannelHandler 支持广泛的用途，使它难以界定。因此，最好是把它当作一个通用的容器，处理进来的事件（包括数据）并且通过ChannelPipeline。
  • ChannelPipeline 是 ChannelHandler 链的容器
  • 包括ChannelInboundHandler 和 ChannelOutboundHandler ，继承自父接口 ChannelHandler；若数据是从用户应用程序到远程主机则是“出站(outbound)”，相反若数据时从远程主机到用户应用程序则是“入站(inbound)”。

 

2.4.4  ChannelHandlerContext

  •  接口 ChannelHandlerContext 代表 ChannelHandler 和ChannelPipeline 之间的关联,并在 ChannelHandler 添加到 ChannelPipeline 时创建一个实例。ChannelHandlerContext 的主要功能是管理通过同一个 ChannelPipeline 关联的 ChannelHandler 之间的交互。

 

2.4.5  EventLoop

  •  netty线程模型

2.4.6   ChannelFuture

  • 执行结果的判断
 *                                      +---------------------------+
 *                                      | Completed successfully    |
 *                                      +---------------------------+
 *                                 +---->      isDone() = true      |
 * +--------------------------+    |    |   isSuccess() = true      |
 * |        Uncompleted       |    |    +===========================+
 * +--------------------------+    |    | Completed with failure    |
 * |      isDone() = false    |    |    +---------------------------+
 * |   isSuccess() = false    |----+---->      isDone() = true      |
 * | isCancelled() = false    |    |    |       cause() = non-null  |
 * |       cause() = null     |    |    +===========================+
 * +--------------------------+    |    | Completed by cancellation |
 *                                 |    +---------------------------+
 *                                 +---->      isDone() = true      |
 *                                      | isCancelled() = true      |
 *                                      +---------------------------+

2.4.7  Bootstrap 

  • 正如我们所见,ChannelPipeline 、ChannelHandler和编解码器提供工具,我们可以处理一个广泛的数据处理需求。但是你可能会问,“我创建了组件后,如何将其组装形成一个应用程序?”
  •  答案是“bootstrapping（引导）”。到目前为止我们使用这个词有点模糊,时间可以来定义它。在最简单的条件下,引导就是配置应用程序的过程。但正如我们看到的,不仅仅如此；Netty 的引导客户端和服务器的类从网络基础设施使您的应用程序代码在后台可以连接和启动所有的组件。简而言之,引导使你的 Netty 应用程序完整。
  • 引导客户端

  • 引导服务端

 

 2.4.8  Codec 框架

  • 编码和解码——数据从一种特定协议格式到另一种格式的转换。这种处理模式是由通常被称为“codecs(编解码器)”的组件来处理的。Netty提供了一些组件,利用它们可以很容易地为各种不同协议编写编解码器。
  • 编写一个网络应用程序需要实现某种 codec (编解码器)，codec的作用就是将原始字节数据与目标程序数据格式进行互转。网络中都是以字节码的数据形式来传输数据的，codec 由两部分组成：decoder(解码器)和encoder(编码器)
  • 解码器负责将消息从字节或其他序列形式转成指定的消息对象，编码器则相反；解码器负责处理“入站”数据，编码器负责处理“出站”数据。

2.4.9  ByteBuf

  • 网络数据的基本单位永远是 byte(字节)。Java NIO 提供 ByteBuffer 作为字节的容器，但这个类是过于复杂，有点 难以使用。
  • Netty 中 ByteBuffer 替代是 ByteBuf，一个强大的实现，解决 JDK 的 API 的限制，以及为网络应用程序开发者一个更好的工具。 但 ByteBuf 并不仅仅暴露操作一个字节序列的方法;这也是专门的Netty 的 ChannelPipeline 的语义设计。
  • ByteBuf - 字节数据的容器

 

2.4.10  Demo：SimpleNetty

  •  局域网内，实现手机移动端，服务器和客户端之前的相互通信
  • 基于自定义协议