Netty 核心组件是指 Netty 在执行过程中所涉及到的重要概念，这些核心组件共同组成了 Netty 框架，使 Netty 框架能够正常的运行。
Netty 核心组件包含以下内容：
- 启动器 Bootstrap/ServerBootstrap
- 事件循环器 EventLoopGroup/EventLoop
- 通道 Channel
- 通道处理器 ChannelHandler
- 通道管道 ChannelPipeline
这些组件的交互流程如下：
上图是 Netty 逻辑处理架构，这个逻辑处理架构为典型网络分层架构设计，共分为网络通信层、事件调度层、服务编排层，每一层各司其职，共同成为了 Netty 的核心组件。
1.Bootstrap/ServerBootstrap【启动器】
Bootstrap 是“引导”的意思，它主要负责整个 Netty 程序的启动、初始化、服务器连接等过程，它相当于一条主线，串联了 Netty 的其他核心组件。
PS：Netty 中的引导器共分为两种类型：一个为用于客户端引导的 Bootstrap，另一个为用于服务端引导的 ServerBootStrap。
2.Channel【通道】
Channel 是网络数据的传输通道，它代表了到实体（如硬件设备、文件、网络套接字或能够执行 I/O 操作的程序组件）的开放连接，如读操作和写操作。
Channel 提供了基本的 API 用于网络 I/O 操作，如 register、bind、connect、read、write、flush 等。Netty 自己实现的 Channel 是以 JDK NIO Channel 为基础的，相比较于 JDK NIO，Netty 的 Channel 提供了更高层次的抽象，同时屏蔽了底层 Socket 的复杂性，赋予了 Channel 更加强大的功能，你在使用 Netty 时基本不需要再与 Java Socket 类直接打交道。
常见的 Channel 类型有以下几个：
- NioServerSocketChannel 异步 TCP 服务端。
- NioSocketChannel 异步 TCP 客户端。
- OioServerSocketChannel 同步 TCP 服务端。
- OioSocketChannel 同步 TCP 客户端。
- NioDatagramChannel 异步 UDP 连接。
- OioDatagramChannel 同步 UDP 连接。
当然 Channel 也会有多种状态，如连接建立、连接注册、数据读写、连接销毁等状态。
3.EventLoopGroup/EventLoop【事件循环器】
EventLoopGroup 是一个处理 I/O 操作和任务的线程组。在 Netty 中，EventLoopGroup 负责接受客户端的连接，以及处理网络事件，如读/写事件。它包含多个 EventLoop，每个 EventLoop 包含一个 Selector 和一个重要的组件，用于处理注册到其上的 Channel 的所有 I/O 事件
3.1 EventLoopGroup、EventLoop和Channel
它们三者的关系如下：
- 一个 EventLoopGroup 往往包含一个或者多个 EventLoop。EventLoop 用于处理 Channel 生命周期内的所有 I/O 事件，如 accept、connect、read、write 等 I/O 事件。
- EventLoop 同一时间会与一个线程绑定，每个 EventLoop 负责处理多个 Channel。
每新建一个 Channel，EventLoopGroup 会选择一个 EventLoop 与其绑定。该 Channel 在生命周期内都可以对 EventLoop 进行多次绑定和解绑。
3.2 线程模型
Netty 通过创建不同的 EventLoopGroup 参数配置，就可以支持 Reactor 的三种线程模型：
单线程模型：EventLoopGroup 只包含一个 EventLoop，Boss 和 Worker 使用同一个EventLoopGroup；
- 多线程模型：EventLoopGroup 包含多个 EventLoop，Boss 和 Worker 使用同一个EventLoopGroup；
- 主从多线程模型：EventLoopGroup 包含多个 EventLoop，Boss 是主 Reactor，Worker 是从 Reactor，它们分别使用不同的 EventLoopGroup，主 Reactor 负责新的网络连接 Channel 创建，然后把 Channel 注册到从 Reactor。
4.ChannelHandler【通道处理器】
ChannelHandler 是 Netty 处理 I/O 事件或拦截 I/O 操作的组件。当发生某种 I/O 事件时（如数据接收、连接打开、连接关闭等），ChannelHandler 会被调用并处理这个事件。
例如，数据的编解码工作以及其他转换工作实际都是通过 ChannelHandler 处理的。站在开发者的角度，最需要关注的就是 ChannelHandler，我们很少会直接操作 Channel，都是通过 ChannelHandler 间接完成。
5.ChannelPipeline【通道管道】
ChannelPipeline 是 ChannelHandler 的容器，提供了一种方式，以链式的方式组织和处理跨多个 ChannelHandler 之间的交互逻辑。当数据在管道中流动时，它会按照 ChannelHandler 的顺序被处理。
6.Netty 简单示例
下面是一个使用 Netty 构建的最简单服务器端和客户端示例，这个例子中，服务器接收到客户端的消息后，会直接将消息原样回传给客户端。
6.1 服务器端
import io.netty.bootstrap.ServerBootstrap;
import io.netty.channel.ChannelFuture;
import io.netty.channel.ChannelInitializer;
import io.netty.channel.EventLoopGroup;
import io.netty.channel.nio.NioEventLoopGroup;
import io.netty.channel.socket.SocketChannel;
import io.netty.channel.socket.nio.NioServerSocketChannel;
import io.netty.handler.codec.string.StringDecoder;
import io.netty.handler.codec.string.StringEncoder;
public class NettyServer {
public static void main(String[] args) throws Exception {
// 创建BossGroup和WorkerGroup，它们都是EventLoopGroup的实现
// BossGroup负责接收进来的连接
EventLoopGroup bossGroup = new NioEventLoopGroup(1);
// WorkerGroup负责处理已经被接收的连接
EventLoopGroup workerGroup = new NioEventLoopGroup();
try {
// 创建服务器端的启动对象，配置参数
ServerBootstrap bootstrap = new ServerBootstrap();
// 设置两个线程组
bootstrap.group(bossGroup, workerGroup)
// 设置服务器通道实现类型
.channel(NioServerSocketChannel.class)
// 设置通道初始化器，主要用来配置管道中的处理器
.childHandler(new ChannelInitializer<SocketChannel>() {
@Override
protected void initChannel(SocketChannel ch) throws Exception {
// 向管道加入处理器
// 解码器：ByteBuf -> String
ch.pipeline().addLast(new StringDecoder());
// 编码器：String -> ByteBuf
ch.pipeline().addLast(new StringEncoder());
// 自定义的处理器
ch.pipeline().addLast(new ServerHandler());
}
});
System.out.println("服务器 is ready...");
// 绑定一个端口并且同步，生成了一个ChannelFuture对象
ChannelFuture cf = bootstrap.bind(6668).sync();
// 对关闭通道进行监听
cf.channel().closeFuture().sync();
} finally {
// 优雅关闭线程组
bossGroup.shutdownGracefully();
workerGroup.shutdownGracefully();
}
}
}
6.2 客户端代码
import io.netty.bootstrap.Bootstrap;
import io.netty.channel.ChannelFuture;
import io.netty.channel.ChannelInitializer;
import io.netty.channel.EventLoopGroup;
import io.netty.channel.nio.NioEventLoopGroup;
import io.netty.channel.socket.SocketChannel;
import io.netty.channel.socket.nio.NioSocketChannel;
import io.netty.handler.codec.string.StringDecoder;
import io.netty.handler.codec.string.StringEncoder;
public class NettyClient {
public static void main(String[] args) throws Exception {
// 创建EventLoopGroup，相当于线程池
EventLoopGroup group = new NioEventLoopGroup();
try {
// 创建客户端启动对象
Bootstrap bootstrap = new Bootstrap();
// 设置相关参数
bootstrap.group(group) // 设置线程组
.channel(NioSocketChannel.class) // 设置客户端通道实现类型
.handler(new ChannelInitializer<SocketChannel>() {
// 设置处理器
@Override
protected void initChannel(SocketChannel ch) throws Exception {
// 向管道加入处理器
ch.pipeline().addLast(new StringDecoder());
ch.pipeline().addLast(new StringEncoder());
// 自定义的处理器
ch.pipeline().addLast(new ClientHandler());
}
});
System.out.println("客户端 is ready...");
// 发起异步连接操作
ChannelFuture future = bootstrap.connect("127.0.0.1", 6668).sync();
// 发送消息
future.channel().writeAndFlush("Hello Server!");
// 对关闭通道进行监听
future.channel().closeFuture().sync();
} finally {
group.shutdownGracefully(); // 优雅关闭线程组
}
}
}
参考&鸣谢
《Netty核心原理剖析与RPC实践》
本文已收录到我的面试小站 www.javacn.site，其中包含的内容有：Redis、JVM、并发、并发、MySQL、Spring、Spring MVC、Spring Boot、Spring Cloud、MyBatis、设计模式、消息队列等模块。
