Netty事件监听和处理（下）

上一篇介绍了事件监听、责任链模型、socket接口和IO模型、线程模型等基本概念，以及Netty的整体结构，这篇就来说下Netty三大核心模块之一：事件监听和处理。

前面提到，Netty是一个NIO框架，它将IO通道的建立、可读、可写等状态变化，抽象成事件，以责任链的方式进行传递，可以在处理链上插入自定义的Handler，对感兴趣的事件进行监听和处理。

通过介绍，你会了解到：

事件监听和处理模型
事件监听：EventLoop
事件处理：ChannelPipeline和ChannelHandler
使用Netty实现Websocket协议

文章末尾有福利 ~

事件监听和处理模型

进行网络编程时，一般的编写过程是这样的：

创建服务端Socket，监听某个端口；
当有客户端连接时，会创建一个新的客户端Socket，监听数据的可读、可写状态，每一个连接请求都会创建一个客户端Socket；
读取和写入数据都会调用Socket提供的接口，接口列表在上一篇提到过；

传统的模型，每个客户端Socket会创建一个单独的线程监听socket事件，一方面系统可创建的线程数有限，限制了并发数，一方面线程过多，线程切换频繁，导致性能严重下降。

随着操作系统IO模型的发展，可以采用多路复用IO，一个线程监听多个Socket，另外，服务端处理客户端连接，与客户端Socket的监听，可以在不同的线程进行处理。

Netty就是采用多路复用IO进行事件监听，另外，使用不同的线程分别处理客户端的连接、数据读写。

整个处理结构如下图，简单说明下：

Boss EventLoopGroup主要处理客户端的connect事件，包含多个EventLoop，每个EventLoop一个线程；
Worker EventLoopGroup主要处理客户端Socket的数据read、write事件，包含多个EventLoop，每个EventLoop一个线程；
无论是Boos还是Worker，事件的处理都是通过Channel Pipleline组织的，它是责任链模式的实现，包含一个或多个Handler；
侦听一个端口，只会绑定到Boss EventLoopGroup中的一个Eventloop；
Worker EventLoopGroup中的一个Eventloop，可以监听多个客户端Socket；

EventLoop

一个EventLoop其实和一个特定的线程绑定, 并且在其生命周期内, 绑定的线程都不会再改。

EventLoop肩负着两种任务：

第一个是作为 IO 线程, 执行与 Channel 相关的 IO 操作, 包括调用select等待就绪的IO事件、读写数据与数据的处理等；
第二个任务是作为任务队列, 执行 taskQueue 中的任务, 例如用户调用eventLoop.schedule提交的定时任务也是这个线程执行的；

第一个任务比较好理解，主要解释下第二个：从socket数据到数据处理，再到写入响应数据，Netty都在一个线程中处理，主要是为了线程安全考虑，减少竞争和线程切换，通过任务队列的方式，可以在用户线程提交处理逻辑，在Eventloop中执行。

整个EventLoop干的事情就是select -> processIO -> runAllTask，processIO处理IO事件相关的逻辑，runAllTask处理任务队列中的任务，如果执行的任务过多，会影响IO事件的处理，所以会限制任务处理的时间，整个处理过程如下图：

EventLoop的run代码如下：

protected void run() {
     for (; ; ) {
         oldWakenUp = wakenUp.getAndSet(false);
         try {
             if (hasTasks()) { //如果有任务，快速返回
                 selectNow();
             } else {
                 select(); //如果没任务，等待事件返回
                 if (wakenUp.get()) {
                     selector.wakeup();
                 }
             }
             cancelledKeys = 0;
             final long ioStartTime = System.nanoTime();
             needsToSelectAgain = false;

             //处理IO事件
             if (selectedKeys != null) {
                 processSelectedKeysOptimized(selectedKeys.flip());
             } else {
                 processSelectedKeysPlain(selector.selectedKeys());
             }

             //计算IO处理时间
             final long ioTime = System.nanoTime() - ioStartTime;
             final int ioRatio = this.ioRatio; //默认为50

             //处理提交的任务
             runAllTasks(ioTime * (100 - ioRatio) / ioRatio);

             if (isShuttingDown()) {
                 closeAll();
                 if (confirmShutdown()) {
                     break;
                 }
             }
         } catch (Throwable t) {
             try {
                 Thread.sleep(1000);
             } catch (InterruptedException e) {
             }
         }
     }
 }

ChannelPipeline和ChannelHandler

ChannelPipeline是一个接口，其有一个默认的实现类DefaultChannelPipeline，内部有两个属性：head和tail，
这两者都实现了ChannelHandler接口，对应处理链的头和尾。

 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;
}

每个Channel创建时，会创建一个ChannelPipeline对象，来处理channel的各种事件，可以在运行时动态进行动态修改其中的 ChannelHandler。

ChannelHandler承载业务处理逻辑的地方，我们接触最多的类，可以自定义Handler，加入处理链中，实现自定义逻辑。

ChannelHandler 可分为两大类：ChannelInboundHandler 和 ChannelOutboundHandle，这两接口分别对应入站和出站消息的处理，对应数据读取和数据写入。它提供了接口方法供我们实现，处理各种事件。

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;
}

自定义Handler时，一般继承ChannelInboundHandlerAdapter或 ChannelOutboundHandlerAdapter。

需要注意的是，不建议在 ChannelHandler 中直接实现耗时或阻塞的操作，因为这可能会阻塞 Netty 工作线程，导致 Netty 无法及时响应 IO 处理。

使用Netty实现Websocket协议

Websocket协议

不是本篇的重点，简单说明下：

是一种长连接协议，大部分浏览器都支持，通过websocket，服务端可以主动发消息给客户端；
Websocket协议，在握手阶段使用HTTP协议，握手完成之后，走Websocket自己的协议；
Websocket是一种二进制协议；

初始化

Netty提供了ChannelInitializer类方便我们初始化，创建WebSocketServerInitializer类，继承ChannelInitializer类，用于添加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);
    }
}

分析下这几个Handler，都是Netty默认提供的：

HttpServerCodec：用于解析Http请求，主要在握手阶段进行处理；
HttpObjectAggregator：用于合并Http请求头和请求体，主要在握手阶段进行处理；
WebSocketServerProtocolHandler：处理Websocket协议；
CustomTextFrameHandler：自定义的Handler，用于添加自己的业务逻辑。

是不是很方便，经过WebSocketServerProtocolHandler处理后，读取出来的就是文本数据了，不用自己处理数据合包、拆包问题。

CustomTextFrameHandler

自定义的Handler，进行业务处理：

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("接收到数据："+content);   
        
        // 回复数据
        TextWebSocketFrame respFrame = new TextWebSocketFrame("我收到了你的数据");
        if (ctx.channel().isWritable()) {
		      ChannelFuture future = ctx.writeAndFlush(respFrame);
		  }			        
    }
}

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