Java学习&面试指南-程序员大彬

简介

大彬大约 21 分钟

简介

netty 核心组件

  • Channel：传入和传出数据的载体，它可以连接或者断开连接。

  • 回调：操作完成后通知相关方。

  • Future：提供了另一种在操作完成时通知应用程序的方式。

  • 事件和 ChannelHandler

NIO

当一个 socket 建立好之后，Thread 会把这个连接请求交给 Selector，Selector 会不断去遍历所有的 Socket，一旦有一个 Socket 建立完成，它就会通知 Thread，然后 Thread 处理完数据在返回给客户端，这个过程是不阻塞的。

简单的 netty 应用程序

Echo 客户端和服务器之间的交互是非常简单的；在客户端建立一个连接之后，它会向服务 器发送一个或多个消息，反过来，服务器又会将每个消息回送给客户端。

Echo 服务器

所有的 netty 服务器都需要以下两个部分：

  • 一个 ChannelHandler，实现服务器对接受的客户端的数据的处理
  • 引导服务器：配置服务器的启动代码，将服务器绑定到它要监听连接请求的端口上

ChannelHandler 和业务逻辑

Echo 服务器需要实现 ChannelInboundHandler 方法，定义响应入站事件的方法。

@ChannelHandler.Sharable
public class EchoServerHandler extends ChannelInboundHandlerAdapter {
    @Override
    public void channelRead(ChannelHandlerContext ctx, Object msg) throws Exception {
        ByteBuf in = (ByteBuf) msg;
        System.out.println("server reveived: " + in.toString(CharsetUtil.UTF_8));
        ctx.write(in);//将接受到的消息回传给发送者
    }

    @Override
    public void channelReadComplete(ChannelHandlerContext ctx) throws Exception {
        ctx.writeAndFlush(Unpooled.EMPTY_BUFFER).addListener(ChannelFutureListener.CLOSE);
    }

    @Override
    public void exceptionCaught(ChannelHandlerContext ctx, Throwable cause) throws Exception {
        cause.printStackTrace();
        ctx.close();//关闭channel
    }
}

ChannelHandler 有助于保持业务逻辑与网络处理代码的分离。

引导服务器

  1. 服务器监听端口；
  2. 配置 Channel，将有关的入站事件消息通知给 EchoServerHandler。
public class EchoServer {
    private final int port;

    public EchoServer(int port) {
        this.port = port;
    }

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        if (args.length != 1) {
            System.err.println(
                    "Usage: " + EchoServer.class.getSimpleName() +
                            " <port>");
        }
        int port = Integer.parseInt(args[0]);
        new EchoServer(port).start();
    }

    public void start() throws Exception {
        final EchoServerHandler serverHandler = new EchoServerHandler();
        EventLoopGroup group = new NioEventLoopGroup();
        try {
            ServerBootstrap bootstrap = new ServerBootstrap();
            bootstrap.group(group)
                    .channel(NioServerSocketChannel.class)//nio传输的channel
                    .localAddress(new InetSocketAddress(port))
                    .childHandler(new ChannelInitializer<SocketChannel>() {
                        @Override
                        protected void initChannel(SocketChannel socketChannel) throws Exception {
                            socketChannel.pipeline().addLast(serverHandler);//将serverHandler添加到自Channel的ChannelPipeline
                        }
                    });
            ChannelFuture future = bootstrap.bind().sync();//异步绑定到服务器，阻塞直到绑定成功
            future.channel().closeFuture().sync();
        } finally {
            group.shutdownGracefully().sync();
        }
    }
}

Echo 客户端

Echo 客户端的功能：

  1. 连接到服务器；
  2. 发送消息；
  3. 接收服务器发送的消息；
  4. 关闭连接。

ChannelHandler

客户端也需要实现 ChannelInboundHandler，用于处理数据。

@ChannelHandler.Sharable
public class EchoClientHandler extends SimpleChannelInboundHandler<ByteBuf> {

    @Override
    public void channelActive(ChannelHandlerContext ctx) throws Exception {
        //当被通知的channel是活跃的时候发送消息
        ctx.writeAndFlush(Unpooled.copiedBuffer("Netty rocks!", CharsetUtil.UTF_8));
    }

    /**
     * 每当接收数据就会调用此方法，服务器发送的数据可能被分块接收
     */
    @Override
    public void channelRead0(ChannelHandlerContext channelHandlerContext, ByteBuf byteBuf) throws Exception {
        System.out.println("client received: " + byteBuf.toString(CharsetUtil.UTF_8));//接收的消息
    }

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

引导客户端

客户端使用主机和端口参数来连接远程地址。

public class EchoClient {
    private final String host;
    private final int port;

    public EchoClient(String host, int port) {
        this.host = host;
        this.port = port;
    }

    public void start() throws Exception {
        EventLoopGroup group = new NioEventLoopGroup();
        try {
            Bootstrap bootstrap = new Bootstrap();
            bootstrap.group(group)
                    .channel(NioSocketChannel.class)//适用于nio传输的channel类型
                    .remoteAddress(new InetSocketAddress(host, port))
                    .handler(new ChannelInitializer<SocketChannel>() {
                        @Override
                        protected void initChannel(SocketChannel socketChannel) throws Exception {
                            socketChannel.pipeline().addLast(
                                    new EchoClientHandler());
                        }
                    });
            ChannelFuture future = bootstrap.connect().sync();//连接到远程节点，阻塞等待
            future.channel().closeFuture().sync();//阻塞直到channel关闭
        } finally {
            group.shutdownGracefully().sync();//关闭线程池并释放所有的资源
        }
    }

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        if (args.length != 2) {
            System.err.println(
                    "Usage: " + EchoClient.class.getSimpleName() +
                            " <host> <port>");
            return;
        }

        String host = args[0];
        int port = Integer.parseInt(args[1]);
        new EchoClient(host, port).start();
    }
}

构建和运行 Echo 服务器和客户端

在服务器端，使用mvn clean package构建项目，然后在 idea 中配置 Edit Configurations，带参数运行服务器程序。

同理，客户端进行同样的配置，注意带多个参数的运行配置，参数中间使用空格隔开。

先运行服务器程序，在运行客户端程序，服务端接收到客户端发出的消息，控制台输出：server reveived: Netty rocks!，然后服务端将消息回传客户端，客户端控制台输出：client received: Netty rocks!，之后客户端便退出。

Netty 的组件和设计

Channel -- Socket；

EventLoop -- 控制流、多线程处理、并发；

ChannelFuture -- 异步通知；

ChannelHandler -- 处理出站和入站数据；

Channel 接口

Netty 的Channel 接口所提供的API，大大地降低了直接使用Socket 类的复杂性。

EventLoop 接口

EventLoop 用于处理连接的生命周期中所发生的事件。

Channel 和 EventLoop 的关系：Channel 会被注册到 EventLoop 上，在整个生命周期内使用 EventLoop 处理 io 事件。

一个EventLoop 在它的生命周期内只和一个Thread 绑定；

一个Channel 在它的生命周期内只注册于一个EventLoop；

一个EventLoop 可能会被分配给一个或多个Channel；

一个给定 Channel 的I/O 操作都是由相同的Thread 执行的，实际上消除了对于同步的需要。

ChannelFuture 接口

Netty 中所有 io 操作都是异步的，ChannelFuture 接口用于在操作完成时得到通知。

ChannelHandler

ChannelHandler 的方法是由网络事件触发的。典型用途：

  • 将数据从一种格式转换为另一种格式
  • 提供异常的通知
  • 提供Channel 变为活动的或者非活动的通知
  • 提供当Channel 注册到EventLoop 或者从EventLoop 注销时的通知
  • 提供有关用户自定义事件的通知

一些适配器类提供了 ChannelHandler 接口中的所有方法的默认实现。

ChannelPipeline

提供了 ChannelHandler 链的容器。当 Channel 被创建时，会被自动分配到它专属的 ChannelPipeline。

每一个事件都会流经 ChannelPipeline，被 ChannelHandler链处理，每一个 ChannelHandler 处理完数据会负责把事件传递给下一个 ChannelHandler，它们的顺序即是它们被安装的顺序。

从客户端应用程序角度来看，如果事件从客户端传递到服务端，那么称之为出站事件，反之则是入站事件。从服务端角度来看则相反。Netty 能区分 ChannelInboundHandler 和 ChannelOutboundHandler 实现，并确保数据在能在具有相同类型的 ChannelHandler 之间传递。

当ChannelHandler 被添加到ChannelPipeline 时，它将会被分配一个ChannelHandlerContext，其代表了ChannelHandler 和ChannelPipeline 之间的绑定。虽然这个对象可以被用于获取底层的Channel，但是它主要还是被用于写出站数据。

ChannelInitializer

作用是给 ChannelPipeline 安装 ChannelHandler。

ChannelHandler 安装到 ChannelPipeline 的过程：

  • 一个 ChannelInitializer 的实现被注册到了 ServerBootstrap；
  • 当ChannelInitializer.initChannel()方法被调用时，ChannelInitializer 将在 ChannelPipeline 中安装ChannelHandler；
  • ChannelInitializer 将它自己从ChannelPipeline 中移除。

引导

Bootstrap 连接远程主机和端口，有一个 EventLoopGroup；ServerBootstrap 绑定到一个本地端口，有两个 EventLoopGroup。

传输

传输迁移

Netty 为所有的传输提供了通用的 API，使得从阻塞传输到非阻塞传输的转换变得更加简单。

public class NettyNioServer {
    public void server(int port) throws Exception {
        final ByteBuf buf = Unpooled.copiedBuffer("hi!\r\n",
                Charset.forName("UTF-8"));
        EventLoopGroup group = new NioEventLoopGroup();//oio-->nio
        try {
            ServerBootstrap bootstrap = new ServerBootstrap();
            bootstrap.group(group)
                    .channel(NioServerSocketChannel.class)//oio-->nio
                    .localAddress(new InetSocketAddress(port))
                    .childHandler(new ChannelInitializer<SocketChannel>() {
                        @Override
                        protected void initChannel(SocketChannel socketChannel) throws Exception {
                            socketChannel.pipeline().addLast(new ChannelInboundHandlerAdapter() {
                                @Override
                                public void channelActive(ChannelHandlerContext ctx) throws Exception {
                                    ctx.writeAndFlush(buf.duplicate())
                                            .addListener(ChannelFutureListener.CLOSE);
                                }
                            });
                        }
                    });
            //绑定服务器以接受连接
            ChannelFuture future = bootstrap.bind().sync();
            future.channel().closeFuture().sync();
        } finally {
            group.shutdownGracefully().sync();
        }
    }
}

只需要改动 SocketChannel 和 EventLoopGroup。

传输 API

每个 ChannelHandler 都会分配一个 ChannelPipeline 和 ChannelConfig。ChannelConfig 包含了该 Channel 的所有配置设置，并且支持热更新。

可以通过向 ChannelPipeline 添加 ChannelHandler 实例来增加应用程序的功能。

内置的传输

Channel 被注册到选择器 Selector 后，当 Channel 状态发生变化时可以得到通知。可能的状态变化有：

  • 新的 Channel 已被接受并且就绪；
  • Channel 连接已经完成；
  • Channel 有已经就绪的可供读取的数据；
  • Channel 可用于写数据。

零拷贝（zero-copy）是一种目前只有在使用NIO 和Epoll 传输时才可使用的特性。它使你可以快速 高效地将数据从文件系统移动到网络接口，而不需要将其从内核空间复制到用户空间，其在像FTP 或者 HTTP 这样的协议中可以显著地提升性能。它只能传输文件的原始内容，不能传输加密或者压缩的文件。

Epoll

用于 Linux 的本地非阻塞传输。Netty为Linux提供了一组NIO API，其以一种和它本身的设计更加一致的方式使用epoll，并且以一种更加轻量的方式使用中断。

ByteBuf

Java NIO 提供了ByteBuffer 作为它的字节容器，但是这个类使用起来过于复杂，而且也有些繁琐。Netty 的ByteBuffer 替代品是ByteBuf，一个强大的实现，既解决了JDK API 的局限性，又为网络应用程序的开发者提供了更好的API。

Upooled 缓冲区

Upooled 工具类提供了静态的辅助方法来创建未池化的 ByteBuf 实例。

ChannelHandler

Channel 的生命周期

状态描述
ChannelUnregisteredChannel 已创建，但还未注册到 EventLoop
ChannelRegisteredChannel 已注册到了 EventLoop
ChannelActiveChannel 已经连接到它的远程节点，可以接受和发送数据
ChannelInactiveChannel 没有连接到远程节点

正常的生命周期：

ChannelRegistered -> ChannelActive -> ChannelInactive -> ChannelUnregistered

ChannelHandler 的生命周期

方法描述
handlerAdded把ChanneHandler添加到ChannelPipeline时被调用
handlerRemoved从ChannelPipeline中移除ChannelHandler时被调用
exceptionCaught处理过程中在ChannelPipeline中有错误产生时被调用

ChannelInboundHandler 接口

处理入站数据以及各种状态变化。

方法描述
channelRead从Channel读取数据时被调用
channelReadComplete从Channel上一个读操作完成时被调用
channelWritablityChangedChannel 的可写状态发生改变时被调用
userEventTriggered当ChannelnboundHandler.fireUserEventTriggered()方法被调用时被调用，因为一个POJO 被传经了ChannelPipeline

ReferenceCountUtil 释放消息资源：

@Sharable
public class DiscardHandler extends ChannelInboundHandlerAdapter {
    @Override
    public void channelRead(ChannelHandlerContext ctx, Object msg) {
        ReferenceCountUtil.release(msg);
    }
}

SimpleChannelInboundHandler 会自动释放资源，所以不应该存储指向任何消息的引用供将来使用，因为这些引用都将会失效。

public class SimpleDiscardHandler
        extends SimpleChannelInboundHandler<Object> {
    @Override
    public void channelRead0(ChannelHandlerContext ctx,
                             Object msg) {
        // No need to do anything special
    }
}

ChannelOutboundHandler 接口

ChannelOutboundHandler 一个强大的功能是可以按需推迟操作或者事件。

方法描述
bind(ChannelHandlerContext, SocketAddress, ChannelPromise)当请求将Channel绑定到本地地址时被调用
connect(ChannelHandlerContext, SocketAddress, ChannelPromise)当请求连接到远程节点时被调用
close(ChannelHandlerContext, ChannelPromise)当请求关闭Channel时被调用
deregister(ChannelHandlerContext, ChannelPromise)当请求将Channel 从它的EventLoop 注销时被调用
read(ChannelHandlerContext)当请求从Channel 读取更多的数据时被调用
flush(ChannelHandlerContext)当请求通过Channel 将入队数据冲刷到远程节点时被调用
write(ChannelHandlerContext, Object, ChannelPromise)当请求通过Channel 将数据写到远程节点时被调用

ChannelPromise 是 ChannelFuture 的一个子类，ChannelOutboundHandler 中的大部分方法都需要一个 ChannelPromise参数，以便在操作完成时得到通知。

ChannelHandlerAdapter

ChannelHandlerAdapter 提供了实用方法 isSharable()，如果其对应的实现被标注成 @Sharable，那么这个方法将返回true，表示它可以被添加到多个 ChannelPipeline 中。

共享 ChannelHandler 一个常见的用途是用于收集跨越多个 channel 的统计信息。

资源管理

idea 配置 edit configuration -- vm options -- -Dio.netty.leakDetectionLevel=ADVANCED

ChannelPipeline 接口

每一个新创建的 Channel 都将会被分配一个新的 ChannelPipeline，这项关联是永久性的；Channel 既不能附加另外一个ChannelPipeline，也不能分离其当前的。

ChannelHandlerContext 使得 ChannelHandler 能够和它的 ChannelPipeline 以及其他的 ChannelHandler 交互。

修改ChannelPipeline

ChannelHandler 可以通过添加、删除或者替换其他的ChannelHandler 来实时地修改ChannelPipeline 的布局。

方法描述
addFirst/addBefore/addAfter/addLast将 ChannelHandler 添加到 ChannelPipeline
remove移除
replace替换

ChannelPipeline 的用于访问ChannelHandler 的操作：

方法描述
get返回ChannelHandler
context返回和ChannelHandler绑定的ChannelHandlerContext
names返回所有的ChannelHanlder名称

ChannelHandlerContext 接口

ChannelHandlerContext 代表了ChannelHandler 和ChannelPipeline 之间的关联，每当有ChannelHandler 添加到ChannelPipeline 中时，都会创建ChannelHandlerContext。

方法描述
fireChannelRead触发对下一个ChannelInboundHandler的channelRead()方法的调用
alloc返回相关联的Channel所配置的ByteBufAllocator
bind绑定到给定的SocketAddress，并返回ChannelFuture

异常处理

入站异常：在 ChannelInboundHandler 实现 exceptionCaught 方法。

出站异常：

1.添加ChannelFutureListener 到ChannelFuture

    ChannelFuture future = channel.write(someMessage);
    future.addListener(new ChannelFutureListener() {
        @Override
        public void operationComplete (ChannelFuture f){
            if (!f.isSuccess()) {
                f.cause().printStackTrace();
                f.channel().close();
            }
        }
    });

2.添加ChannelFutureListener 到ChannelPromise：

public class OutboundExceptionHandler extends ChannelOutboundHandlerAdapter {
    @Override
    public void write(ChannelHandlerContext ctx, Object msg,
                      ChannelPromise promise) {
        promise.addListener(new ChannelFutureListener() {
            @Override
            public void operationComplete(ChannelFuture f) {
                if (!f.isSuccess()) {
                    f.cause().printStackTrace();
                    f.channel().close();
                }
            }
        });
    }
}

EventLoop 和线程模型

EventLoop 接口

EventLoop 构建在 java.util.concurrent 和 io.netty.channel 之上。EventLoop 继承了 ScheduledExecutorService。EventLoop 由一个永远不会改变的 Thread 驱动，同时任务可以直接提交给 EventLoop 实现。EventLoop 可能服务于多个 Channel。

Netty4中所有的 io 操作和事件都由 EventLoop 的 Thread 处理。Netty3只保证入站事件在 EventLoop（io 线程）执行，所有出站事件都由调用线程处理，可能是 io 线程或者别的线程，因此需要在 ChannelHandler 中对出站事件进行同步。

Netty 4 中所采用的线程模型，通过在同一个线程中处理某个给定的EventLoop 中所产生的所有事件，解决了这个问题。这提供了一个更加简单的执行体系架构，并且消除了在多个ChannelHandler 中进行同步的需要

任务调度

使用 EventLoop 调度任务：

Channel ch = ...
ScheduledFuture<?> future = ch.eventLoop().schedule(
	new Runnable() {
        @Override
        public void run() {
			//逻辑
        }
}, 60, TimeUnit.SECONDS);

周期性任务：

Channel ch = ...
ScheduledFuture<?> future = ch.eventLoop().scheduleAtFixedRate(
	new Runnable() {
        @Override
        public void run() {
            //逻辑
        }
}, 60, 60, TimeUnit.SECONDES);

实现细节

引导

配置 netty 应用程序，使它运行起来。服务器使用一个父 Channel 接受来自客户端的连接，并创建子 Channel 以用于它们之间的通信。客户端只需要一个 Channel 完成所有的网络交互。

引导类是 cloneable 的，在引导类实例上调用 clone() 就可以创建多个具有类似配置或者完全相同配置的 Channel。

引导客户端

BootStrap 类被用于客户端或者使用了无连接协议的应用程序中。

引导服务器

在基类AbstractBootstrap有handler方法，目的是添加一个handler，监听Bootstrap的动作。

在服务端的ServerBootstrap中增加了一个方法childHandler，它的目的是添加handler，用来监听已经连接的客户端的Channel的动作和状态。

handler在初始化时就会执行，而childHandler会在客户端成功connect后才执行。

在引导过程添加多个 ChannelHandler

在 handler 传入 ChannelInitializer 的实现类，重写 initChannel 方法，在这个方法中添加多个 ChannelHandler。

EventLoopGroup group = new NioEventLoopGroup();
try {
    Bootstrap bootstrap = new Bootstrap();
    bootstrap.group(group)
        .channel(NioSocketChannel.class)//适用于nio传输的channel类型
        .remoteAddress(new InetSocketAddress(host, port))
        .handler(new ChannelInitializer<SocketChannel>() {
            @Override
            protected void initChannel(SocketChannel socketChannel) throws Exception {
                socketChannel.pipeline().addLast(
                    new EchoClientHandler());
            }
        });
    ChannelFuture future = bootstrap.connect().sync();//连接到远程节点，阻塞等待
    future.channel().closeFuture().sync();//阻塞直到channel关闭
} finally {
    group.shutdownGracefully().sync();//关闭线程池并释放所有的资源
}

关闭

关闭 EventLoopGroup，它将处理任何挂起的事件和任务，随后释放所有活动的线程。

Future<?> future = group.shutdownGracefully();//释放所有资源，关闭Channel
// block until the group has shutdown
future.syncUninterruptibly();

编解码器

数据格式转化。编码器操作出站数据，解码器处理入站数据。继承自 ChannelInboundHandlerAdapter。数据编码或者解码完就会被传入 ChannelPipeline 的下一个 ChannelHandler。

解码器

ByteToMessageDecoder、ReplayingDecoder：将字节解码为消息。

MessageToMessageDecoder：将消息解码为另一种消息。

抽象类 ByteToMessageDecoder

public class ToIntegerDecoder extends ByteToMessageDecoder {
    @Override
    public void decode(ChannelHandlerContext ctx, ByteBuf in,
                       List<Object> list) throws Exception {
        if (in.readableBytes() >= 4) {
            list.add(in.readInt());
        }
    }
}

调用 readInt() 方法前需要验证输入的 ByteBuf 是否具有足够的数据。

抽象类 ReplayingDecoder

类型参数S 指定了用于状态管理的类型，其中Void 代表不需要状态管理。

public class ToIntegerDecoder2 extends ReplayingDecoder<Void> {
    @Override
    public void decode(ChannelHandlerContext ctx, ByteBuf in,
                       List<Object> list) throws Exception {
        list.add(in.readInt());
    }
}

如果没有足够的字节可用，这个readInt()方法的实现将会抛出一个Error，将在基类中被捕获并处理。当有更多的数据可供读取时，该decode()方法将会被再次调用。

并不是所有的ByteBuf 操作都被支持，如果调用了一个不被支持的方法，将会抛出一个UnsupportedOperationException；ReplayingDecoder 稍慢于ByteToMessageDecoder。如果使用ByteToMessageDecoder 不会引入太多的复杂性，那么选用它。

抽象类 MessageToMessageDecoder

两种消息格式的转换。

public class IntegerToStringDecoder extends MessageToMessageDecoder<Integer> {
    @Override
    protected void decode(ChannelHandlerContext channelHandlerContext, Integer integer, List<Object> list) throws Exception {
        list.add(String.valueOf(integer));
    }
}

TooLongFrameException 类

解码器缓冲大量的数据以至于耗尽可用的内存，可以设置一个最大字节数的阈值，如果超出该阈值，则手动抛出一个TooLongFrameException。

编码器

消息编码为字节；消息编码为消息。

抽象类 MessageToByteEncoder

public class ShortToByteEncoder extends MessageToByteEncoder<Short> {
    @Override
    public void encode(ChannelHandlerContext ctx, Short msg, ByteBuf out)
            throws Exception {
        out.writeShort(msg);
    }
}

抽象类 MessageToMessageEncoder

public class IntegerToStringEncoder extends MessageToMessageEncoder<Integer> {
   @Override
   public void encode(ChannelHandlerContext ctx, Integer msg
       List<Object> out) throws Exception {
       out.add(String.valueOf(msg));
   }
}

编解码器类

结合一个解码器和编码器可能会对可重用性造成影响。

抽象类 ByteToMessageCodec

结合了 ByteToMessageDecoder 和 MessageToByteEncoder。

抽象类 MessageToMessageCodec

定义：public abstract class MessageToMessageCodec<INBOUND_IN,OUTBOUND_IN>

CombinedChannelDuplexHandler 类

可以实现一个编解码器，而又不必直接扩展抽象的编解码器类。

public class CombinedChannelDuplexHandler<I extends ChannelInboundHandler,
O e xtends ChannelOutboundHandler>

ByteToCharDecoder 类：

public class ByteToCharDecoder extends ByteToMessageDecoder {
    @Override
    protected void decode(ChannelHandlerContext channelHandlerContext, ByteBuf byteBuf, List<Object> list) throws Exception {
        while (byteBuf.readableBytes() >= 2) {
            list.add(byteBuf.readChar());
        }
    }
}

CharToByteEncoder 类：

public class CharToByteEncoder extends MessageToByteEncoder<Character> {
    @Override
    protected void encode(ChannelHandlerContext channelHandlerContext, Character character, ByteBuf byteBuf) throws Exception {
        byteBuf.writeChar(character);//向byteBuf写入基本类型的值
    }
}

编解码器类：

public class CombinedByteCharCodec extends CombinedChannelDuplexHandler<ByteToCharDecoder, CharToByteEncoder> {
    public  CombinedByteCharCodec() {
        super(new ByteToCharDecoder(), new CharToByteEncoder());//将委托实例传递给父类
    }
}

预置的 ChannelHandler 和编解码器

SSL/TLS

Java 提供了 javax.net.ssl 支持 SSL/TSL，用以实现数据安全。

添加 SSL/TLS 支持：

public class SslChannelInitializer extends ChannelInitializer<Channel> {
    private final SslContext context;
    private final boolean startTls;

    public SslChannelInitializer(SslContext context, boolean startTls) {
        this.context = context;
        this.startTls = startTls;
    }

    @Override
    protected void initChannel(Channel channel) throws Exception {
        SSLEngine engine = context.newEngine(channel.alloc());//alloc返回channel所配置的ByteBufAllocator
        channel.pipeline().addFirst("ssl",
                new SslHandler(engine, startTls));//大多数情况SslHandler是第一个ChannelHandler
                                                  //这确保了所有其他的ChannelHandler处理数据之后，才会进行加密。
    }
}

HTTP/HTTPS 应用程序

完整的 HTTP 请求（FullHttpRequest）包括请求头信息、若干个 HTTPContent 和 LastHttpContent。

完整的 HTTP 响应（FullHttpResponse）包括响应头信息、若干个 HTTPContent 和 LastHttpContent。

所有类型的 HTTP 消息都实现了 HttpObject 接口。

HTTP 编解码器：HttpRequestEncoder、HttpResponseEncoder、HttpReqeustDecoder 和 HttpResponseDecoder。

HttpResponseDecoder：将字节解码为 HttpResponse、HttpContent 和 LastHttpContent。

添加 HTTP 支持

public class HttpPipelineInitializer extends ChannelInitializer<Channel> {
    private final boolean client;

    public HttpPipelineInitializer(boolean client) {
        this.client = client;
    }
    
    @Override
    protected void initChannel(Channel channel) throws Exception {
        ChannelPipeline pipeline = channel.pipeline();
        if (client) {
            pipeline.addLast("decoder", new HttpResponseDecoder());
            pipeline.addLast("encoder", new HttpRequestEncoder());
        } else {
            pipeline.addLast("decoder", new HttpRequestDecoder());
            pipeline.addLast("encoder", new HttpResponseEncoder());
        }
    }
}

判断是否是客户端，如果是客户端，则添加 HttpResponseDecoder 对服务器响应进行解码。

聚合 HTTP 消息

由于 HTTP 请求和响应可能由多个部分组成，需要将它们聚合成完整的消息。Netty 提供了一个聚合器，可以将多个消息部分合并成 FullHttpRequest 或者 FullHttpResponse 消息。

自动聚合 HTTP 的消息片段：

public class HttpAggregarotInitializer extends ChannelInitializer<Channel> {
    private final boolean isClient;

    public HttpAggregarotInitializer(boolean isClient) {
        this.isClient = isClient;
    }

    @Override
    protected void initChannel(Channel channel) throws Exception {
        ChannelPipeline pipeline = channel.pipeline();
        if (isClient) {
            pipeline.addLast("codec", new HttpClientCodec());
        } else {
            pipeline.addLast("codec", new HttpServerCodec());
        }
        pipeline.addLast("aggregator", //最大消息大小是512kb
                new HttpObjectAggregator(512*1024));
    }
}

HttpServerCodec 里面组合了HttpResponseEncoder和HttpRequestDecoder。

HttpClientCodec 里面组合了HttpRequestEncoder和HttpResponseDecoder。

HTTP 压缩

当使用HTTP 时，建议服务器端开启压缩功能以尽可能多地减小传输数据的大小。Netty 为压缩和解压缩提供了ChannelHandler 实现，它们同时支持gzip 和deflate 编码。

自动压缩 HTTP 消息：

public class HttpCompressionInitializer extends ChannelInitializer<Channel> {
    private final boolean isClient;
    
    public HttpCompressionInitializer(boolean isClient) {
        this.isClient = isClient;
    }
    
    @Override
    protected void initChannel(Channel channel) throws Exception {
        ChannelPipeline pipeline = channel.pipeline();
        if (isClient) {
            pipeline.addLast("codec", new HttpClientCodec());
            pipeline.addLast("decompressor",
                    new HttpContentDecompressor());//处理来自服务器的压缩内容
        } else {
            pipeline.addLast("codec", new HttpServerCodec());
            pipeline.addLast("compressor", 
                    new HttpContentCompressor());//服务器端压缩数据
        }
    }
}

HTTPS

启动 HTTPS 只需要将 SslHandler 添加到 ChannelPipeline。

public class HttpsCodecInitializer extends ChannelInitializer<Channel> {
    private final SslContext context;
    private final boolean isClient;
    
    public HttpsCodecInitializer(SslContext context, boolean isClient) {
        this.context = context;
        this.isClient = isClient;
    }
    
    @Override
    protected void initChannel(Channel channel) throws Exception {
        ChannelPipeline pipeline = channel.pipeline();
        SSLEngine engine = context.newEngine(channel.alloc());
        pipeline.addFirst("ssl", new SslHandler(engine));//添加SslHandler之后可以使用https
        
        if (isClient) {
            pipeline.addLast("codec", new HttpClientCodec());
        } else {
            pipeline.addLast("codec", new HttpServerCodec());
        }
    }
}

WebSocket

WebSocket 在客户端和服务器之间提供了真正的双向数据交换。

WebSocketFrame 类型：

名称描述
BinaryWebSocketFrame二进制数据帧
TextWebSocketFrame文本数据帧
ContinuationWebSocketFrame二进制和文本数据帧结合体
CloseWebSocketFrame控制帧：一个close请求、关闭的状态码以及关闭的原因
PingWebSocketFrame控制帧：请求一个PongWebSocketFrame
PongWebSocketFrame控制帧：对PingWebSocketFrame请求的响应

WebSocketServerProtocolHandler 处理协议升级握手，以及三种控制帧--Close、Ping 和 Pong。Text和Binary数据帧将会被传递给下一个 ChannelHandler 进行处理。

public class WebSocketServerInitializer extends ChannelInitializer<Channel> {
    @Override
    protected void initChannel(Channel channel) throws Exception {
        channel.pipeline().addLast(
                new HttpServerCodec(),
                new HttpObjectAggregator(65536),
                new WebSocketServerProtocolHandler("/websocket"),//升级握手
                new TextFrameHandler(),
                new BinaryFrameHandler(),
                new ContinuationFrameHandler());

    }
    public static final class TextFrameHandler extends
            SimpleChannelInboundHandler<TextWebSocketFrame> {

        @Override
        protected void channelRead0(ChannelHandlerContext channelHandlerContext, TextWebSocketFrame textWebSocketFrame) throws Exception {
            //handle text frame
        }
    }

    public static final class BinaryFrameHandler extends
            SimpleChannelInboundHandler<BinaryWebSocketFrame> {

        @Override
        protected void channelRead0(ChannelHandlerContext channelHandlerContext, BinaryWebSocketFrame binaryWebSocketFrame) throws Exception {
            //handle binary frame
        }
    }

    public static final class ContinuationFrameHandler extends
            SimpleChannelInboundHandler<ContinuationWebSocketFrame> {

        @Override
        protected void channelRead0(ChannelHandlerContext channelHandlerContext, ContinuationWebSocketFrame continuationWebSocketFrame) throws Exception {
            //handle continuation frame
        }
    }
}

要想为WebSocket 添加安全性，只需要将SslHandler 作为第一个ChannelHandler 添加到ChannelPipeline 中。

空闲的连接和超时

用于空闲连接以及超时的 ChannelHandler。

发送心跳：

public class IdleStateHandlerInitializer extends ChannelInitializer<Channel> {
    @Override
    protected void initChannel(Channel channel) throws Exception {
        ChannelPipeline pipeline = channel.pipeline();
        //60s没有接受或发送数据，IdelStateHandler会使用IdleStateEvent调用fireUserEventTriggered()
        pipeline.addLast(new IdleStateHandler(
                0, 0, 60, TimeUnit.SECONDS));
        pipeline.addLast(new HeartbeatHandler());
    }

    public static final class HeartbeatHandler extends
            ChannelInboundHandlerAdapter {
        //发送到远程节点的心跳信息
        private static final ByteBuf HEARTBEAT_SEQUENCE =
                Unpooled.unreleasableBuffer(Unpooled.copiedBuffer(
                        "HEARTBEAT", CharsetUtil.ISO_8859_1));

        @Override
        public void userEventTriggered(ChannelHandlerContext ctx, Object evt) throws Exception {
            if (evt instanceof IdleStateEvent) {
                //连接空闲时间太长时，发送心跳消息，并在发送失败时关闭该连接
                ctx.writeAndFlush(HEARTBEAT_SEQUENCE.duplicate())
                        .addListener(ChannelFutureListener.CLOSE_ON_FAILURE);
            } else {
                super.userEventTriggered(ctx, evt);//传递给下一个ChannelInboundHandler
            }
        }
    }
}

使用 IdleStateHandler 测试远程节点是否还活着，失活时关闭连接释放资源。

基于分隔符的协议

基于分隔符的协议的解码器

名称描述
DelimiterBasedFrameDecoder使用自定义分隔符提取帧的通用解码器
LineBasedFrameDecoder提取由行尾符分隔的解码器，速度比DeimiterBasedFrameDecoder快

分隔符提取帧：

public class LineBasedHandlerInitializer extends ChannelInitializer<Channel> {
    @Override
    protected void initChannel(Channel channel) throws Exception {
        ChannelPipeline pipeline = channel.pipeline();
        //提取帧，并传给下一个ChannelHandler
        pipeline.addLast(new LineBasedFrameDecoder(64*1024));
        pipeline.addLast(new FrameHandler());//接收数据帧
    }
    
    public static final class FrameHandler extends
            SimpleChannelInboundHandler<ByteBuf> {

        @Override
        protected void channelRead0(ChannelHandlerContext channelHandlerContext, ByteBuf byteBuf) throws Exception {
            //处理LineBasedFrameDecoder传进的帧
        }
    }

示例：1.每个帧都由换行符（\n）分隔；2.每个帧由一系列的元素组成，每个元素都由的单个空格字符分隔；3.一个帧内容代表一个命令，定义为一个命令名称后面跟着数目可变的参数。

public class CmdHandlerInitializer extends ChannelInitializer<Channel> {
    static final byte SPACE = (byte)' ';

    @Override
    protected void initChannel(Channel channel) throws Exception {
        ChannelPipeline pipeline = channel.pipeline();
        pipeline.addLast(new CmdDecoder(64 * 1024));
        pipeline.addLast(new CmdHandler());
    }

    public static final class Cmd {
        private final ByteBuf name;
        private final ByteBuf args;

        public Cmd(ByteBuf name, ByteBuf args) {
            this.name = name;
            this.args = args;
        }

        public ByteBuf getName() {
            return name;
        }

        public ByteBuf getArgs() {
            return args;
        }
    }

    public static final class CmdDecoder
            extends LineBasedFrameDecoder {

        public CmdDecoder(int maxLength) {
            super(maxLength);
        }

        @Override
        protected Object decode(ChannelHandlerContext ctx, ByteBuf buffer) throws Exception {
            ByteBuf frame = (ByteBuf) super.decode(ctx, buffer);
            if (frame == null) {
                return null;
            }
            //查找第一个空格字符的索引，空格前是命令名称，后面是参数
            int index = frame.indexOf(frame.readerIndex(),
                    frame.writerIndex(), SPACE);
            return new Cmd(frame.slice(frame.readerIndex(), index),
                    frame.slice(index + 1, frame.writerIndex()));
        }
    }

    public static final class CmdHandler extends
            SimpleChannelInboundHandler<Cmd> {

        @Override
        protected void channelRead0(ChannelHandlerContext channelHandlerContext, Cmd cmd) throws Exception {
            //处理cmd
        }
    }
}

基于长度的协议

基于长度的协议的解码器：

名称描述
FixedLengthFrameDecoder提取固定长度的帧
LengthFieldBasedFrameDecoder根据帧头部中的长度值提取帧；该字段的偏移量以及长度在构造函数中指定

变长帧：

public class LengthBasedInitializer extends ChannelInitializer<Channel> {
    @Override
    protected void initChannel(Channel channel) throws Exception {
        ChannelPipeline pipeLine = channel.pipeline();
        //帧起始的前8字节是帧长度
        pipeLine.addLast(new LengthFieldBasedFrameDecoder(64 * 1024, 0, 8));
        pipeLine.addLast(new FrameHandler());
    }
    
    public static class FrameHandler extends
            SimpleChannelInboundHandler<ByteBuf> {

        @Override
        protected void channelRead0(ChannelHandlerContext channelHandlerContext, ByteBuf byteBuf) throws Exception {
            //处理帧
        }
    }
}

写大型数据

当写大型数据到远程节点时，如果连接速度比较慢，数据依然不断的往内存写，可能导致内存耗尽。利用 NIO 的零拷贝特性，可以消除将文件内容从文件系统移动到网络栈的复制过程。应用程序需要做的就是实现一个 FileRegion 的接口。

利用零拷贝特性（FileRegion）来传输一个文件的内容。

FileInputStream in = new FileInputStream(File);
FileRegion region = new DefaultFileRegion(in.getChannel(), 0, file.length());
channel.writeAndFlush(region).addListener(
	new ChannelFuture(region).addListener(
    	new ChannelFutureListener() {
            
        }
    )
);
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