Netty高级

℡╲_俬逩灬. 提交于 2020-02-06 01:45:35

Netty快速入门

什么Netty

 Netty 是一个基于 JAVA NIO 类库的异步通信框架,它的架构特点是:异步非阻塞、基于事件驱动、高性能、高可靠性和高可定制性。

Netty应用场景

1.分布式开源框架中dubbo、ZookeeperRocketMQ底层rpc通讯使用就是netty

2.游戏开发,底层使用netty通讯

为什么选择netty

在本小节,我们总结下为什么不建议开发者直接使用JDKNIO类库进行开发的原因:

1)      NIO的类库和API繁杂,使用麻烦,你需要熟练掌握SelectorServerSocketChannelSocketChannelByteBuffer等;

2)      需要具备其它的额外技能做铺垫,例如熟悉Java多线程编程,因为NIO编程涉及到Reactor模式,你必须对多线程和网路编程非常熟悉,才能编写出高质量的NIO程序;

3)      可靠性能力补齐,工作量和难度都非常大。例如客户端面临断连重连、网络闪断、半包读写、失败缓存、网络拥塞和异常码流的处 n理等等,NIO编程的特点是功能开发相对容易,但是可靠性能力补齐工作量和难度都非常大;

4)      JDK NIOBUG,例如臭名昭著的epoll bug,它会导致Selector空轮询,最终导致CPU 100%。官方声称在JDK1.6版本的update18修复了该问题,但是直到JDK1.7版本该问题仍旧存在,只不过该bug发生概率降低了一些而已,它并没有被根本解决。该BUG以及与该BUG相关的问题单如下:

 

Netty服务器

 

class ServerHandler extends SimpleChannelHandler {
    
    /**
     * 通道关闭的时候触发
     */
    @Override
    public void channelClosed(ChannelHandlerContext ctx, ChannelStateEvent e) throws Exception {
        System.out.println("channelClosed");
    }

    /**
     * 必须是连接已经建立,关闭通道的时候才会触发.
     */
    @Override
    public void channelDisconnected(ChannelHandlerContext ctx, ChannelStateEvent e) throws Exception {
        super.channelDisconnected(ctx, e);
        System.out.println("channelDisconnected");
    }

    /**
     * 捕获异常
     */
    @Override
    public void exceptionCaught(ChannelHandlerContext ctx, ExceptionEvent e) throws Exception {
        super.exceptionCaught(ctx, e);
        System.out.println("exceptionCaught");

    }

    /**
     * 接受消息
     */
    public void messageReceived(ChannelHandlerContext ctx, MessageEvent e) throws Exception {
        super.messageReceived(ctx, e);
//        System.out.println("messageReceived");
        System.out.println("服务器端收到客户端消息:"+e.getMessage());
        //回复内容
        ctx.getChannel().write("好的");
    }

}
// netty 服务器端
public class NettyServer {

    public static void main(String[] args) {
        // 创建服务类对象
        ServerBootstrap serverBootstrap = new ServerBootstrap();
        // 创建两个线程池 分别为监听监听端口 ,nio监听
        ExecutorService boos = Executors.newCachedThreadPool();
        ExecutorService worker = Executors.newCachedThreadPool();
        // 设置工程 并把两个线程池加入中
        serverBootstrap.setFactory(new NioServerSocketChannelFactory(boos, worker));
        // 设置管道工厂
        serverBootstrap.setPipelineFactory(new ChannelPipelineFactory() {

            public ChannelPipeline getPipeline() throws Exception {
                ChannelPipeline pipeline = Channels.pipeline();
                //将数据转换为string类型.
                pipeline.addLast("decoder", new StringDecoder());
                pipeline.addLast("encoder", new StringEncoder());
                pipeline.addLast("serverHandler", new ServerHandler());
                return pipeline;
            }
        });
        // 绑定端口号
        serverBootstrap.bind(new InetSocketAddress(9090));
        System.out.println("netty server启动....");
    }
}

 

 

Netty客户端

package com.itmayiedu;

import java.net.InetSocketAddress;
import java.util.Scanner;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;

import org.jboss.netty.bootstrap.ClientBootstrap;
import org.jboss.netty.channel.Channel;
import org.jboss.netty.channel.ChannelFuture;
import org.jboss.netty.channel.ChannelHandlerContext;
import org.jboss.netty.channel.ChannelPipeline;
import org.jboss.netty.channel.ChannelPipelineFactory;
import org.jboss.netty.channel.ChannelStateEvent;
import org.jboss.netty.channel.Channels;
import org.jboss.netty.channel.ExceptionEvent;
import org.jboss.netty.channel.MessageEvent;
import org.jboss.netty.channel.SimpleChannelHandler;
import org.jboss.netty.channel.socket.nio.NioClientSocketChannelFactory;
import org.jboss.netty.handler.codec.string.StringDecoder;
import org.jboss.netty.handler.codec.string.StringEncoder;
class ClientHandler extends SimpleChannelHandler {

    
    /**
     * 通道关闭的时候触发
     */
    @Override
    public void channelClosed(ChannelHandlerContext ctx, ChannelStateEvent e) throws Exception {
        System.out.println("channelClosed");
    }

    /**
     * 必须是连接已经建立,关闭通道的时候才会触发.
     */
    @Override
    public void channelDisconnected(ChannelHandlerContext ctx, ChannelStateEvent e) throws Exception {
        super.channelDisconnected(ctx, e);
        System.out.println("channelDisconnected");
    }

    /**
     * 捕获异常
     */
    @Override
    public void exceptionCaught(ChannelHandlerContext ctx, ExceptionEvent e) throws Exception {
        super.exceptionCaught(ctx, e);
        System.out.println("exceptionCaught");

    }

    /**
     * 接受消息
     */
    public void messageReceived(ChannelHandlerContext ctx, MessageEvent e) throws Exception {
        super.messageReceived(ctx, e);
//        System.out.println("messageReceived");
        System.out.println("服务器端向客户端回复内容:"+e.getMessage());
        //回复内容
//        ctx.getChannel().write("好的");
    }

}
public class NettyClient {

    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("netty client启动...");
        // 创建客户端类
        ClientBootstrap clientBootstrap = new ClientBootstrap();
        // 线程池
        ExecutorService boos = Executors.newCachedThreadPool();
        ExecutorService worker = Executors.newCachedThreadPool();
        clientBootstrap.setFactory(new NioClientSocketChannelFactory(boos, worker));
        clientBootstrap.setPipelineFactory(new ChannelPipelineFactory() {

            public ChannelPipeline getPipeline() throws Exception {
                ChannelPipeline pipeline = Channels.pipeline();
                // 将数据转换为string类型.
                pipeline.addLast("decoder", new StringDecoder());
                pipeline.addLast("encoder", new StringEncoder());
                pipeline.addLast("clientHandler", new ClientHandler());
                return pipeline;

            }
        });
        //连接服务端
        ChannelFuture connect = clientBootstrap.connect(new InetSocketAddress("127.0.0.1", 9090));
        Channel channel = connect.getChannel();
        System.out.println("client start");
        Scanner scanner=    new Scanner(System.in);
        while (true) {
            System.out.println("请输输入内容...");
            channel.write(scanner.next());
        }
    }
    
    

}


Maven坐标

<dependency>
    <groupId>io.netty</groupId>
    <artifactId>netty</artifactId>
    <version>3.3.0.Final</version>
</dependency>


N
etty5.0用法

创建服务器

class ServerHandler extends ChannelHandlerAdapter {
    /**
     * 当通道被调用,执行该方法
     */
    @Override
    public void channelRead(ChannelHandlerContext ctx, Object msg) throws Exception {
        // 接收数据
        String value = (String) msg;
        System.out.println("Server msg:" + value);
        // 回复给客户端 “您好!”
        String res = "好的...";
        ctx.writeAndFlush(Unpooled.copiedBuffer(res.getBytes()));
    }

}

public class NettyServer {

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        System.out.println("服务器端已经启动....");
        // 1.创建2个线程,一个负责接收客户端连接, 一个负责进行 传输数据
        NioEventLoopGroup pGroup = new NioEventLoopGroup();
        NioEventLoopGroup cGroup = new NioEventLoopGroup();
        // 2. 创建服务器辅助类
        ServerBootstrap b = new ServerBootstrap();
        b.group(pGroup, cGroup).channel(NioServerSocketChannel.class).option(ChannelOption.SO_BACKLOG, 1024)
                // 3.设置缓冲区与发送区大小
                .option(ChannelOption.SO_SNDBUF, 32 * 1024).option(ChannelOption.SO_RCVBUF, 32 * 1024)
                .childHandler(new ChannelInitializer<SocketChannel>() {
                    @Override
                    protected void initChannel(SocketChannel sc) throws Exception {
                        sc.pipeline().addLast(new StringDecoder());
                        sc.pipeline().addLast(new ServerHandler());
                    }
                });
        ChannelFuture cf = b.bind(8080).sync();
        cf.channel().closeFuture().sync();
        pGroup.shutdownGracefully();
        cGroup.shutdownGracefully();
    
    }

}


创建客户端

class ClientHandler extends ChannelHandlerAdapter {

    /**
     * 当通道被调用,执行该方法
     */
    @Override
    public void channelRead(ChannelHandlerContext ctx, Object msg) throws Exception {
        // 接收数据
        String value = (String) msg;
        System.out.println("client msg:" + value);
    }

    
}

public class NettyClient {

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        System.out.println("客户端已经启动....");
        // 创建负责接收客户端连接
        NioEventLoopGroup pGroup = new NioEventLoopGroup();
        Bootstrap b = new Bootstrap();
        b.group(pGroup).channel(NioSocketChannel.class).handler(new ChannelInitializer<SocketChannel>() {
            @Override
            protected void initChannel(SocketChannel sc) throws Exception {
                sc.pipeline().addLast(new StringDecoder());
                sc.pipeline().addLast(new ClientHandler());
            }
        });
        ChannelFuture cf = b.connect("127.0.0.1", 8080).sync();
         cf.channel().writeAndFlush(Unpooled.wrappedBuffer("itmayiedu".getBytes()));
         cf.channel().writeAndFlush(Unpooled.wrappedBuffer("itmayiedu".getBytes()));
        // 等待客户端端口号关闭
        cf.channel().closeFuture().sync();
        pGroup.shutdownGracefully();

    }

}


Maven坐标

 

<dependencies>
        <!-- https://mvnrepository.com/artifact/io.netty/netty-all -->
        <dependency>
            <groupId>io.netty</groupId>
            <artifactId>netty-all</artifactId>
            <version>5.0.0.Alpha2</version>
        </dependency>

        <!-- https://mvnrepository.com/artifact/org.jboss.marshalling/jboss-marshalling -->
        <dependency>
            <groupId>org.jboss.marshalling</groupId>
            <artifactId>jboss-marshalling</artifactId>
            <version>1.3.19.GA</version>
        </dependency>
        <!-- https://mvnrepository.com/artifact/org.jboss.marshalling/jboss-marshalling-serial -->
        <dependency>
            <groupId>org.jboss.marshalling</groupId>
            <artifactId>jboss-marshalling-serial</artifactId>
            <version>1.3.18.GA</version>
            <scope>test</scope>
        </dependency>

    </dependencies>

 


TCP、拆包问题解决方案

什么是粘包/拆包

   一个完整的业务可能会被TCP拆分成多个包进行发送,也有可能把多个小的包封装成一个大的数据包发送,这个就是TCP的拆包和封包问题。

下面可以看一张图,是客户端向服务端发送包:

 

1. 第一种情况,Data1Data2都分开发送到了Server端,没有产生粘包和拆包的情况。

2. 第二种情况,Data1Data2数据粘在了一起,打成了一个大的包发送到Server端,这个情况就是粘包。

3. 第三种情况,Data2被分离成Data2_1Data2_2,并且Data2_1Data1之前到达了服务端,这种情况就产生了拆包。

由于网络的复杂性,可能数据会被分离成N多个复杂的拆包/粘包的情况,所以在做TCP服务器的时候就需要首先解决拆包/

解决办法

     消息定长,报文大小固定长度,不够空格补全,发送和接收方遵循相同的约定,这样即使粘包了通过接收方编程实现获取定长报文也能区分。

sc.pipeline().addLast(new FixedLengthFrameDecoder(10));

包尾添加特殊分隔符,例如每条报文结束都添加回车换行符(例如FTP协议)或者指定特殊字符作为报文分隔符,接收方通过特殊分隔符切分报文区分。

ByteBuf buf = Unpooled.copiedBuffer("_mayi".getBytes());

sc.pipeline().addLast(new DelimiterBasedFrameDecoder(1024, buf));

将消息分为消息头和消息体,消息头中包含表示信息的总长度(或者消息体长度)的字段

 

序列化协议自定义序列化协议

序列化定义

序列化(serialization)就是将对象序列化为二进制形式(字节数组),一般也将序列化称为编码(Encode),主要用于网络传输、数据持久化等;

反序列化(deserialization)则是将从网络、磁盘等读取的字节数组还原成原始对象,以便后续业务的进行,一般也将反序列化称为解码(Decode),主要用于网络传输对象的解码,以便完成远程调用。

序列化协议鼻祖

我知道的第一种序列化协议就是Java默认提供的序列化机制,需要序列化的Java对象只需要实现 Serializable / Externalizable 接口并生成序列化ID,这个类就能够通过 ObjectInput ObjectOutput 序列化和反序列化,若对Java默认的序列化协议不了解,或是遗忘了,请参考:序列化详解

但是Java默认提供的序列化有很多问题,主要有以下几个缺点:

无法跨语言:我认为这对于Java序列化的发展是致命的失误,因为Java序列化后的字节数组,其它语言无法进行反序列化。;

序列化后的码流太大::相对于目前主流的序列化协议,Java序列化后的码流太大;

序列化的性能差:由于Java序列化采用同步阻塞IO,相对于目前主流的序列化协议,它的效率非常差。

影响序列化性能的关键因素

序列化后的码流大小(网络带宽的占用);

序列化的性能(CPU资源占用);

是否支持跨语言(异构系统的对接和开发语言切换)。

几种流行的序列化协议比较

XML

1)定义:

XMLExtensible Markup Language)是一种常用的序列化和反序列化协议, 它历史悠久,从1998年的1.0版本被广泛使用至今。

2)优点

人机可读性好

可指定元素或特性的名称

3)缺点

序列化数据只包含数据本身以及类的结构,不包括类型标识和程序集信息。

类必须有一个将由 XmlSerializer 序列化的默认构造函数。

只能序列化公共属性和字段

不能序列化方法

文件庞大,文件格式复杂,传输占带宽

4)使用场景

当做配置文件存储数据

实时数据转换

JSON

1)定义:

JSON(JavaScript Object Notation, JS 对象标记) 是一种轻量级的数据交换格式。它基于 ECMAScript (w3c制定的js规范)的一个子集, JSON采用与编程语言无关的文本格式,但是也使用了类C语言(包括CC++C#JavaJavaScriptPerlPython等)的习惯,简洁和清晰的层次结构使得 JSON 成为理想的数据交换语言。

2)优点

前后兼容性高

数据格式比较简单,易于读写

序列化后数据较小,可扩展性好,兼容性好

XML相比,其协议比较简单,解析速度比较快

3)缺点

数据的描述性比XML

不适合性能要求为ms级别的情况

额外空间开销比较大

4)适用场景(可替代XML)

跨防火墙访问

可调式性要求高的情况

基于Web browserAjax请求

传输数据量相对小,实时性要求相对低(例如秒级别)的服务

Fastjson

1)定义

Fastjson是一个Java语言编写的高性能功能完善的JSON库。它采用一种假定有序快速匹配的算法,把JSON Parse的性能提升到极致。

2)优点

接口简单易用

目前java语言中最快的json

3)缺点

过于注重快,而偏离了标准及功能性

代码质量不高,文档不全

4)适用场景

协议交互

Web输出

Android客户端

Thrift

1)定义:

Thrift并不仅仅是序列化协议,而是一个RPC框架。它可以让你选择客户端与服务端之间传输通信协议的类别,即文本(text)和二进制(binary)传输协议, 为节约带宽,提供传输效率,一般情况下使用二进制类型的传输协议。

2)优点

序列化后的体积小, 速度快

支持多种语言和丰富的数据类型

对于数据字段的增删具有较强的兼容性

支持二进制压缩编码

3)缺点

使用者较少

跨防火墙访问时,不安全

不具有可读性,调试代码时相对困难

不能与其他传输层协议共同使用(例如HTTP

无法支持向持久层直接读写数据,即不适合做数据持久化序列化协议

4)适用场景

分布式系统的RPC解决方案

Avro

1)定义:

Avro属于Apache Hadoop的一个子项目。 Avro提供两种序列化格式:JSON格式或者Binary格式。Binary格式在空间开销和解析性能方面可以和Protobuf媲美,Avro的产生解决了JSON的冗长和没有IDL的问题

2)优点

支持丰富的数据类型

简单的动态语言结合功能

具有自我描述属性

提高了数据解析速度

快速可压缩的二进制数据形式

可以实现远程过程调用RPC

支持跨编程语言实现

3)缺点

对于习惯于静态类型语言的用户不直观

4)适用场景

Hadoop中做HivePigMapReduce的持久化数据格式

Protobuf

1)定义

protocol buffers 由谷歌开源而来,在谷歌内部久经考验。它将数据结构以.proto文件进行描述,通过代码生成工具可以生成对应数据结构的POJO对象和Protobuf相关的方法和属性。

2)优点

序列化后码流小,性能高

结构化数据存储格式(XML JSON等)

通过标识字段的顺序,可以实现协议的前向兼容

结构化的文档更容易管理和维护

3)缺点

需要依赖于工具生成代码

支持的语言相对较少,官方只支持Java C++ Python

4)适用场景

对性能要求高的RPC调用

具有良好的跨防火墙的访问属性

适合应用层对象的持久化

其它

protostuff 基于protobuf协议,但不需要配置proto文件,直接导包即

Jboss marshaling 可以直接序列化java类, 无须实java.io.Serializable接口

Message pack 一个高效的二进制序列化格式

Hessian 采用二进制协议的轻量级remoting onhttp工具

kryo 基于protobuf协议,只支持java语言,需要注册(Registration),然后序列化(Output),反序列化(Input

性能对比图解

时间

 

空间

 

分析上图知:

XML序列化(Xstream)无论在性能和简洁性上比较差。

ThriftProtobuf相比在时空开销方面都有一定的劣势。

ProtobufAvro在两方面表现都非常优越。

选型建议

不同的场景适用的序列化协议:

对于公司间的系统调用,如果性能要求在100ms以上的服务,基于XMLSOAP协议是一个值得考虑的方案。

基于Web browserAjax,以及Mobile app与服务端之间的通讯,JSON协议是首选。对于性能要求不太高,或者以动态类型语言为主,或者传输数据载荷很小的的运用场景,JSON也是非常不错的选择。

对于调试环境比较恶劣的场景,采用JSONXML能够极大的提高调试效率,降低系统开发成本。

当对性能和简洁性有极高要求的场景,ProtobufThriftAvro之间具有一定的竞争关系。

对于T级别的数据的持久化应用场景,ProtobufAvro是首要选择。如果持久化后的数据存储在Hadoop子项目里,Avro会是更好的选择。

由于Avro的设计理念偏向于动态类型语言,对于动态语言为主的应用场景,Avro是更好的选择。

对于持久层非Hadoop项目,以静态类型语言为主的应用场景,Protobuf会更符合静态类型语言工程师的开发习惯。

如果需要提供一个完整的RPC解决方案,Thrift是一个好的选择。

如果序列化之后需要支持不同的传输层协议,或者需要跨防火墙访问的高性能场景,Protobuf可以优先考虑。

Marshalling编码

public final class MarshallingCodeCFactory {

    /**
     * 创建Jboss Marshalling解码器MarshallingDecoder
     */
    public static MarshallingDecoder buildMarshallingDecoder() {
        final MarshallerFactory marshallerFactory = Marshalling.getProvidedMarshallerFactory("serial");
        final MarshallingConfiguration configuration = new MarshallingConfiguration();
        configuration.setVersion(5);
        UnmarshallerProvider provider = new DefaultUnmarshallerProvider(marshallerFactory, configuration);
        MarshallingDecoder decoder = new MarshallingDecoder(provider, 1024);
        return decoder;
    }

    /**
     * 创建Jboss Marshalling编码器MarshallingEncoder
     */
    public static MarshallingEncoder buildMarshallingEncoder() {
        final MarshallerFactory marshallerFactory = Marshalling.getProvidedMarshallerFactory("serial");
        final MarshallingConfiguration configuration = new MarshallingConfiguration();
        configuration.setVersion(5);
        MarshallerProvider provider = new DefaultMarshallerProvider(marshallerFactory, configuration);
        MarshallingEncoder encoder = new MarshallingEncoder(provider);
        return encoder;
    }

}


 

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