案例研究:Transport 的迁移

为了让你想象 Transport 如何工作,我会从一个简单的应用程序开始,这个应用程序什么都不做,只是接受客户端连接并发送“Hi!”字符串消息到客户端,发送完了就断开连接。

###没有用 Netty 实现 I/O 和 NIO

我们将不用 Netty 实现只用 JDK API 来实现 I/O 和 NIO。下面这个例子,是使用阻塞 IO 实现的例子:

Listing 4.1 Blocking networking without Netty

public class PlainOioServer {

    public void serve(int port) throws IOException {
        final ServerSocket socket = new ServerSocket(port); 	//1
        try {
            for (;;) {
                final Socket clientSocket = socket.accept();	//2
                System.out.println("Accepted connection from " + clientSocket);

                new Thread(new Runnable() {						//3
                    @Override
                    public void run() {
                        OutputStream out;
                        try {
                            out = clientSocket.getOutputStream();
                            out.write("Hi!\r\n".getBytes(Charset.forName("UTF-8")));							//4
                            out.flush();
                            clientSocket.close();				//5

                        } catch (IOException e) {
                            e.printStackTrace();
                            try {
                                clientSocket.close();
                            } catch (IOException ex) {
                                // ignore on close
                            }
                        }
                    }
                }).start();										//6
            }
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

1.绑定服务器到指定的端口。

2.接受一个连接。

3.创建一个新的线程来处理连接。

4.将消息发送到连接的客户端。

5.一旦消息被写入和刷新时就 关闭连接。

6.启动线程。

上面的方式可以工作正常,但是这种阻塞模式在大连接数的情况就会有很严重的问题,如客户端连接超时,服务器响应严重延迟,性能无法扩展。为了解决这种情况,我们可以使用异步网络处理所有的并发连接,但问题在于 NIO 和 OIO 的 API 是完全不同的,所以一个用OIO开发的网络应用程序想要使用NIO重构代码几乎是重新开发。

下面代码是使用 NIO 实现的例子:

Listing 4.2 Asynchronous networking without Netty

public class PlainNioServer {
    public void serve(int port) throws IOException {
        ServerSocketChannel serverChannel = ServerSocketChannel.open();
        serverChannel.configureBlocking(false);
        ServerSocket ss = serverChannel.socket();
        InetSocketAddress address = new InetSocketAddress(port);
        ss.bind(address);											//1
        Selector selector = Selector.open();						//2
        serverChannel.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT);	//3
        final ByteBuffer msg = ByteBuffer.wrap("Hi!\r\n".getBytes());
        for (;;) {
            try {
                selector.select();									//4
            } catch (IOException ex) {
                ex.printStackTrace();
                // handle exception
                break;
            }
            Set<SelectionKey> readyKeys = selector.selectedKeys();	//5
            Iterator<SelectionKey> iterator = readyKeys.iterator();
            while (iterator.hasNext()) {
                SelectionKey key = iterator.next();
                iterator.remove();
                try {
                    if (key.isAcceptable()) {				//6
                        ServerSocketChannel server =
                                (ServerSocketChannel)key.channel();
                        SocketChannel client = server.accept();
                        client.configureBlocking(false);
                        client.register(selector, SelectionKey.OP_WRITE |
                                SelectionKey.OP_READ, msg.duplicate());	//7
                        System.out.println(
                                "Accepted connection from " + client);
                    }
                    if (key.isWritable()) {				//8
                        SocketChannel client =
                                (SocketChannel)key.channel();
                        ByteBuffer buffer =
                                (ByteBuffer)key.attachment();
                        while (buffer.hasRemaining()) {
                            if (client.write(buffer) == 0) {		//9
                                break;
                            }
                        }
                        client.close();					//10
                    }
                } catch (IOException ex) {
                    key.cancel();
                    try {
                        key.channel().close();
                    } catch (IOException cex) {
                        // 在关闭时忽略
                    }
                }
            }
        }
    }
}

1.绑定服务器到制定端口

2.打开 selector 处理 channel

3.注册 ServerSocket 到 ServerSocket ,并指定这是专门意接受 连接。

4.等待新的事件来处理。这将阻塞,直到一个事件是传入。

5.从收到的所有事件中 获取 SelectionKey 实例。

6.检查该事件是一个新的连接准备好接受。

7.接受客户端,并用 selector 进行注册。

8.检查 socket 是否准备好写数据。

9.将数据写入到所连接的客户端。如果网络饱和,连接是可写的,那么这个循环将写入数据,直到该缓冲区是空的。

10.关闭连接。

如你所见,即使它们实现的功能是一样,但是代码完全不同。下面我们将用Netty 来实现相同的功能。

###采用 Netty 实现 I/O 和 NIO

下面代码是使用Netty作为网络框架编写的一个阻塞 IO 例子:

Listing 4.3 Blocking networking with Netty

public class NettyOioServer {

    public void server(int port) throws Exception {
        final ByteBuf buf = Unpooled.unreleasableBuffer(
                Unpooled.copiedBuffer("Hi!\r\n", Charset.forName("UTF-8")));
        EventLoopGroup group = new OioEventLoopGroup();
        try {
            ServerBootstrap b = new ServerBootstrap();		//1

            b.group(group)									//2
             .channel(OioServerSocketChannel.class)
             .localAddress(new InetSocketAddress(port))
             .childHandler(new ChannelInitializer<SocketChannel>() {//3
                 @Override
                 public void initChannel(SocketChannel ch) 
                     throws Exception {
                     ch.pipeline().addLast(new ChannelInboundHandlerAdapter() {			//4
                         @Override
                         public void channelActive(ChannelHandlerContext ctx) throws Exception {
                             ctx.writeAndFlush(buf.duplicate()).addListener(ChannelFutureListener.CLOSE);//5
                         }
                     });
                 }
             });
            ChannelFuture f = b.bind().sync();  //6
            f.channel().closeFuture().sync();
        } finally {
            group.shutdownGracefully().sync();		//7
        }
    }
}

1.创建一个 ServerBootstrap

2.使用 OioEventLoopGroup 允许阻塞模式

3.指定 ChannelInitializer 将给每个接受的连接调用

4.添加的 ChannelHandler 拦截事件,并允许他们作出反应

5.写信息到客户端,并添加 ChannelFutureListener 当一旦消息写入就关闭连接

6.绑定服务器来接受连接

7.释放所有资源

下面代码是使用 Netty NIO 实现。

###Netty NIO 版本

下面是 Netty NIO 的代码,只是改变了一行代码,就从 OIO 传输 切换到了 NIO。

Listing 4.4 Asynchronous networking with Netty

public class NettyNioServer {

    public void server(int port) throws Exception {
        final ByteBuf buf = Unpooled.unreleasableBuffer(
                Unpooled.copiedBuffer("Hi!\r\n", Charset.forName("UTF-8")));
        NioEventLoopGroup bossGroup = new NioEventLoopGroup(1);
	NioEventLoopGroup workerGroup = new NioEventLoopGroup();
        try {
            ServerBootstrap b = new ServerBootstrap();	//1
            b.group(bossGroup, workerGroup)   //2
             .channel(NioServerSocketChannel.class)
             .localAddress(new InetSocketAddress(port))
             .childHandler(new ChannelInitializer<SocketChannel>() {	//3
                 @Override
                 public void initChannel(SocketChannel ch) 
                     throws Exception {
                     ch.pipeline().addLast(new ChannelInboundHandlerAdapter() {	//4
                         @Override
                         public void channelActive(ChannelHandlerContext ctx) throws Exception {
                             ctx.writeAndFlush(buf.duplicate())				//5
								.addListener(ChannelFutureListener.CLOSE);
                         }
                     });
                 }
             });
            ChannelFuture f = b.bind().sync();					//6
            f.channel().closeFuture().sync();
        } finally {
            bossGroup.shutdownGracefully().sync();					//7
	    workerGroup.shutdownGracefully().sync();
        }
    }
}

1.创建一个 ServerBootstrap

2.使用 NioEventLoopGroup 允许非阻塞模式(NIO)

3.指定 ChannelInitializer 将给每个接受的连接调用

4.添加的 ChannelInboundHandlerAdapter() 接收事件并进行处理

5.写信息到客户端,并添加 ChannelFutureListener 当一旦消息写入就关闭连接

6.绑定服务器来接受连接

7.释放所有资源

因为 Netty 使用相同的 API 来实现每个传输,它并不关心你使用什么来实现。Netty 通过操作接口Channel 、ChannelPipeline 和 ChannelHandler来实现。

现在你了解到了用 基于 Netty 传输的好处。下面就来看下传输的 API.



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