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本示例首选介绍Java原生API实现BIO通信，然后进阶实现NIO通信，最后利用Netty实现NIO通信及Netty主要模块组件介绍。 Netty 是一个异步事件驱动的网络应用程序框架，用于快速开发可维护的高性能协议服务器和客户端。 BIO（Blocking I/O） 方案BIO通信（一请求一应答）模型图如下  采用 BIO 通信模型 的服务端，通常由一个独立的 Acceptor 线程负责监听客户端的连接。我们一般通过在while(true) 循环中服务端会调用 accept() 方法等待接收客户端的连接的方式监听请求，一旦接收到一个连接请求，就可以在这个通信套接字上进行读写操作，此时不能再接收其他客户端连接请求，只能等待当前连接的客户端的操作执行完成， 如果要让 BIO 通信模型 能够同时处理多个客户端请求，就必须使用多线程（主要原因是socket.accept()、socket.read()、socket.write() 涉及的三个主要函数都是同步阻塞的） 代码实现BIO服务端BIOServer.java package com.easy.javaBio;
import lombok.SneakyThrows;
import lombok.extern.slf4j.Slf4j;
import java.io.BufferedReader;
import java.io.BufferedWriter;
import java.io.IOException;
import java.io.InputStreamReader;
import java.io.OutputStreamWriter;
import java.net.ServerSocket;
import java.net.Socket;
@Slf4j
public class BIOServer {
public static void main(String[] args) throws IOException {
ServerSocket server = new ServerSocket(10002);
while (true) {
Socket client = server.accept(); //等待客户端的连接，如果没有获取连接 ,在此步一直等待
new Thread(new ServerThread(client)).start(); //为每个客户端连接开启一个线程
}
//server.close();
}
}
@Slf4j
class ServerThread extends Thread {
private Socket client;
public ServerThread(Socket client) {
this.client = client;
}
@SneakyThrows
@Override
public void run() {
log.info('客户端:' client.getInetAddress().getLocalHost() '已连接到服务器');
BufferedReader br = new BufferedReader(new InputStreamReader(client.getInputStream()));
//读取客户端发送来的消息
String mess = br.readLine();
log.info('客户端：' mess);
BufferedWriter bw = new BufferedWriter(new OutputStreamWriter(client.getOutputStream()));
bw.write(mess '\n');
bw.flush();
}
}
BIO客户端BIOClient.java 运行示例运行BIO服务端，然后再运行BIO客户端，观察控制台 BIOServer控制台输出： Connected to the target VM, address: '127.0.0.1:64346', transport: 'socket'
17:29:52.519 [Thread-1] INFO com.easy.javaBio.ServerThread - 客户端:YHE6OR5UXQJ6D35/192.168.9.110已连接到服务器
17:29:52.523 [Thread-1] INFO com.easy.javaBio.ServerThread - 客户端：客户端给服务端发消息测试
BIOClient控制台输出: 这表示我们实现了一个最简单的BIO通信了 这种方式为每个客户端开启一个线程，高并发时消耗资源较多，容易浪费，甚至导致服务端崩溃，对性能造成负面影响，高并发下不推荐使用。 NIO（New I/O）方案NIO通信模型图如下  NIO是一种同步非阻塞的I/O模型，在Java 1.4 中引入了 NIO 框架，对应 java.nio 包，提供了 Channel , Selector，Buffer等抽象。 NIO中的N可以理解为Non-blocking，不单纯是New。它支持面向缓冲的，基于通道的I/O操作方法。 NIO提供了与传统BIO模型中的 Socket 和 ServerSocket 相对应的 SocketChannel 和 ServerSocketChannel 两种不同的套接字通道实现,两种通道都支持阻塞和非阻塞两种模式。阻塞模式使用就像传统中的支持一样，比较简单，但是性能和可靠性都不好；非阻塞模式正好与之相反。对于低负载、低并发的应用程序，可以使用同步阻塞I/O来提升开发速率和更好的维护性；对于高负载、高并发的（网络）应用，应使用 NIO 的非阻塞模式来开发。 NIO服务端NIOServer.java package com.easy.javaBio;
import lombok.extern.slf4j.Slf4j;
import java.io.IOException;
import java.net.InetAddress;
import java.net.InetSocketAddress;
import java.net.Socket;
import java.net.SocketAddress;
import java.nio.ByteBuffer;
import java.nio.channels.SelectionKey;
import java.nio.channels.Selector;
import java.nio.channels.ServerSocketChannel;
import java.nio.channels.SocketChannel;
import java.util.*;
@Slf4j
public class NIOServer {
private InetAddress addr;
private int port;
private Selector selector;
private static int BUFF_SIZE = 1024;
public NIOServer(InetAddress addr, int port) throws IOException {
this.addr = addr;
this.port = port;
startServer();
}
private void startServer() throws IOException {
// 获得selector及通道(socketChannel)
this.selector = Selector.open();
ServerSocketChannel serverChannel = ServerSocketChannel.open();
serverChannel.configureBlocking(false);
// 绑定地址及端口
InetSocketAddress listenAddr = new InetSocketAddress(this.addr, this.port);
serverChannel.socket().bind(listenAddr);
serverChannel.register(this.selector, SelectionKey.OP_ACCEPT);
log.info('NIOServer运行中...按下Ctrl-C停止服务');
while (true) {
log.info('服务器等待新的连接和selector选择…');
this.selector.select();
// 选择key工作
Iterator keys = this.selector.selectedKeys().iterator();
while (keys.hasNext()) {
SelectionKey key = (SelectionKey) keys.next();
// 防止出现重复的key，处理完需及时移除
keys.remove();
//无效直接跳过
if (!key.isValid()) {
continue;
}
if (key.isAcceptable()) {
this.accept(key);
} else if (key.isReadable()) {
this.read(key);
} else if (key.isWritable()) {
this.write(key);
} else if (key.isConnectable()) {
this.connect(key);
}
}
}
}
private void connect(SelectionKey key) throws IOException {
SocketChannel channel = (SocketChannel) key.channel();
if (channel.finishConnect()) {
// 成功
log.info('成功连接了');
} else {
// 失败
log.info('失败连接');
}
}
private void accept(SelectionKey key) throws IOException {
ServerSocketChannel serverChannel = (ServerSocketChannel) key.channel();
SocketChannel channel = serverChannel.accept();
channel.configureBlocking(false);
channel.register(this.selector, SelectionKey.OP_READ);
Socket socket = channel.socket();
SocketAddress remoteAddr = socket.getRemoteSocketAddress();
log.info('连接到: ' remoteAddr);
}
private void read(SelectionKey key) throws IOException {
SocketChannel channel = (SocketChannel) key.channel();
ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(BUFF_SIZE);
int numRead = channel.read(buffer);
if (numRead == -1) {
log.info('关闭客户端连接: ' channel.socket().getRemoteSocketAddress());
channel.close();
return;
}
String msg = new String(buffer.array()).trim();
log.info('得到了: ' msg);
// 回复客户端
String reMsg = msg ' 你好，这是BIOServer给你的回复消息:' System.currentTimeMillis();
channel.write(ByteBuffer.wrap(reMsg.getBytes()));
}
private void write(SelectionKey key) throws IOException {
ByteBuffer byteBuffer = ByteBuffer.allocate(BUFF_SIZE);
byteBuffer.flip();
SocketChannel clientChannel = (SocketChannel) key.channel();
while (byteBuffer.hasRemaining()) {
clientChannel.write(byteBuffer);
}
byteBuffer.compact();
}
public static void main(String[] args) throws IOException {
new NIOServer(null, 10002);
}
}
使用NIO, 可以用Selector最终决定哪一组注册的socket准备执行I/O NIO客户端NIOClient.java 运行示例首先运行我们的NIOServer，然后再运行NIOClient，观察控制台输出 NIOServer控制台输出 17:35:40.921 [main] INFO com.easy.javaBio.NIOServer - NIOServer运行中...按下Ctrl-C停止服务
17:35:40.924 [main] INFO com.easy.javaBio.NIOServer - 服务器等待新的连接和selector选择…
17:36:29.188 [main] INFO com.easy.javaBio.NIOServer - 连接到: /192.168.9.110:64443
17:36:29.188 [main] INFO com.easy.javaBio.NIOServer - 服务器等待新的连接和selector选择…
17:36:29.194 [main] INFO com.easy.javaBio.NIOServer - 得到了: 腾讯
17:36:29.194 [main] INFO com.easy.javaBio.NIOServer - 服务器等待新的连接和selector选择…
17:36:31.194 [main] INFO com.easy.javaBio.NIOServer - 得到了: 阿里巴巴
17:36:31.195 [main] INFO com.easy.javaBio.NIOServer - 服务器等待新的连接和selector选择…
17:36:33.195 [main] INFO com.easy.javaBio.NIOServer - 得到了: 京东
17:36:33.195 [main] INFO com.easy.javaBio.NIOServer - 服务器等待新的连接和selector选择…
17:36:35.196 [main] INFO com.easy.javaBio.NIOServer - 得到了: 百度
17:36:35.197 [main] INFO com.easy.javaBio.NIOServer - 服务器等待新的连接和selector选择…
17:36:37.197 [main] INFO com.easy.javaBio.NIOServer - 得到了: google
17:36:37.198 [main] INFO com.easy.javaBio.NIOServer - 服务器等待新的连接和selector选择…
17:36:39.198 [main] INFO com.easy.javaBio.NIOServer - 关闭客户端连接: /192.168.9.110:64443
17:36:39.198 [main] INFO com.easy.javaBio.NIOServer - 服务器等待新的连接和selector选择…
NIOClient控制台输出 NIO服务端每隔两秒会收到客户端的请求，并对客户端的消息做出回复。 直接使用Java NIO API构建应用程序是可以的，但要做到正确和安全并不容易。特别是在高负载下，可靠和高效地处理和调度I/O操作是一项繁琐而且容易出错的任务。可以选中Netty, Apache Mina等高性能网络编程框架。 Netty 构建 NIO 通信服务 方案使用JDK原生网络应用程序API，会存在的问题
Netty对JDK自带的NIO的API进行封装，解决上述问题，主要特点有
Netty是一款基于NIO（Nonblocking I/O，非阻塞IO）开发的网络通信框架，对比于BIO（Blocking I/O，阻塞IO），他的并发性能得到了很大提高 。
Netty的传输快其实也是依赖了NIO的一个特性——零拷贝。
Netty封装了NIO操作的很多细节，提供易于使用的API。 Netty框架的优势
代码实现pom.xml依赖 <?xml version='1.0' encoding='UTF-8'?>
<project xmlns='http://maven./POM/4.0.0' xmlns:xsi='http://www./2001/XMLSchema-instance'
xsi:schemaLocation='http://maven./POM/4.0.0 http://maven./xsd/maven-4.0.0.xsd'>
<modelVersion>4.0.0</modelVersion>
<parent>
<groupId>org.springframework.boot</groupId>
<artifactId>spring-boot-starter-parent</artifactId>
<version>2.1.9.RELEASE</version>
<relativePath/> <!-- lookup parent from repository -->
</parent>
<groupId>com.easy</groupId>
<artifactId>netty</artifactId>
<version>0.0.1</version>
<name>netty</name>
<description>Demo project for Spring Boot</description>
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<java.version>1.8</java.version>
<encoding>UTF-8</encoding>
<project.build.sourceEncoding>UTF-8</project.build.sourceEncoding>
<project.reporting.outputEncoding>UTF-8</project.reporting.outputEncoding>
</properties>
<dependencies>
<!-- https:///artifact/io.netty/netty-all -->
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<groupId>io.netty</groupId>
<artifactId>netty-all</artifactId>
<version>4.1.43.Final</version>
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<groupId>org.springframework.boot</groupId>
<artifactId>spring-boot-starter-test</artifactId>
<scope>test</scope>
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<dependency>
<groupId>org.projectlombok</groupId>
<artifactId>lombok</artifactId>
<scope>compile</scope>
</dependency>
</dependencies>
<modules>
<module>java-tcp</module>
<module>netty-server</module>
<module>netty-client</module>
</modules>
<build>
<plugins>
<plugin>
<groupId>org.springframework.boot</groupId>
<artifactId>spring-boot-maven-plugin</artifactId>
</plugin>
</plugins>
</build>
</project>
搭建 Netty 服务端NettyServer.java NettyServerHandler.java package com.easy.nettyServer;
import io.netty.channel.ChannelHandlerContext;
import io.netty.channel.ChannelInboundHandlerAdapter;
import lombok.extern.slf4j.Slf4j;
@Slf4j
public class NettyServerHandler extends ChannelInboundHandlerAdapter {
/**
* 客户端连接会触发
*/
@Override
public void channelActive(ChannelHandlerContext ctx) throws Exception {
log.info('Channel active......');
}
/**
* 客户端发消息会触发
*/
@Override
public void channelRead(ChannelHandlerContext ctx, Object msg) throws Exception {
log.info('服务器收到消息: {}', msg.toString());
ctx.write('我是服务端，我收到你的消息了！');
ctx.flush();
}
/**
* 发生异常触发
*/
@Override
public void exceptionCaught(ChannelHandlerContext ctx, Throwable cause) throws Exception {
cause.printStackTrace();
ctx.close();
}
}
ServerChannelInitializer.java 创建 Netty 客户端NettyClient.java package com.easy.nettyClient;
import io.netty.bootstrap.Bootstrap;
import io.netty.channel.ChannelFuture;
import io.netty.channel.ChannelFutureListener;
import io.netty.channel.ChannelOption;
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 lombok.extern.slf4j.Slf4j;
import org.springframework.beans.factory.annotation.Value;
import org.springframework.stereotype.Component;
import javax.annotation.PostConstruct;
import java.util.concurrent.TimeUnit;
@Component
@Slf4j
public class NettyClient {
private EventLoopGroup group = new NioEventLoopGroup();
@Value('${netty.port}')
private Integer port;
@Value('${netty.host}')
private String host;
private SocketChannel socketChannel;
/**
* 发送消息
*/
public void sendMsg(String msg) {
socketChannel.writeAndFlush(msg);
}
@PostConstruct
public void start() {
Bootstrap bootstrap = new Bootstrap();
bootstrap.group(group)
.channel(NioSocketChannel.class)
.remoteAddress(host, port)
.option(ChannelOption.SO_KEEPALIVE, true)
.option(ChannelOption.TCP_NODELAY, true)
.handler(new NettyClientInitializer());
ChannelFuture future = bootstrap.connect();
//客户端断线重连逻辑
future.addListener((ChannelFutureListener) future1 -> {
if (future1.isSuccess()) {
log.info('连接Netty服务端成功');
} else {
log.info('连接失败，进行断线重连');
future1.channel().eventLoop().schedule(() -> start(), 20, TimeUnit.SECONDS);
}
});
socketChannel = (SocketChannel) future.channel();
}
}
NettyClientHandler.java NettyClientInitializer.java package com.easy.nettyClient;
import io.netty.channel.ChannelInitializer;
import io.netty.channel.socket.SocketChannel;
import io.netty.handler.codec.string.StringDecoder;
import io.netty.handler.codec.string.StringEncoder;
public class NettyClientInitializer extends ChannelInitializer<SocketChannel> {
@Override
protected void initChannel(SocketChannel socketChannel) throws Exception {
socketChannel.pipeline().addLast('decoder', new StringDecoder());
socketChannel.pipeline().addLast('encoder', new StringEncoder());
socketChannel.pipeline().addLast(new NettyClientHandler());
}
}
运行示例打开浏览器，地址栏输入：http://localhost:8091/send?msg=%E4%BD%A0%E5%A5%BD，观察服务端和客户端控制台 服务端控制台输出 客户端控制台输出 2019-12-13 18:01:45.822 INFO 11908 --- [ntLoopGroup-2-1] com.easy.nettyClient.NettyClient : 连接Netty服务端成功
2019-12-13 18:01:45.822 INFO 11908 --- [ntLoopGroup-2-1] com.easy.nettyClient.NettyClientHandler : 客户端Active .....
2019-12-13 18:02:08.005 INFO 11908 --- [ntLoopGroup-2-1] com.easy.nettyClient.NettyClientHandler : 客户端收到消息: 我是服务端，我收到你的消息了！
表示使用Netty实现了我们的NIO通信了 Netty 模块组件Bootstrap、ServerBootstrap一个Netty应用通常由一个Bootstrap开始，主要作用是配置整个Netty程序，串联各个组件，Netty中Bootstrap类是客户端程序的启动引导类，ServerBootstrap是服务端启动引导类。 Future、ChannelFuture在Netty中所有的IO操作都是异步的，不能立刻得知消息是否被正确处理，但是可以过一会等它执行完成或者直接注册一个监听，具体的实现就是通过Future和ChannelFuture，他们可以注册一个监听，当操作执行成功或失败时监听会自动触发注册的监听事件。 ChannelNetty网络通信组件，能够用于执行网络I/O操作。Channel为用户提供：
不同协议、不同阻塞类型的连接都有不同的 Channel 类型与之对应，下面是一些常用的 Channel 类型
SelectorNetty基于Selector对象实现I/O多路复用，通过 Selector, 一个线程可以监听多个连接的Channel事件, 当向一个Selector中注册Channel 后，Selector 内部的机制就可以自动不断地查询(select) 这些注册的Channel是否有已就绪的I/O事件(例如可读, 可写, 网络连接完成等)，这样程序就可以很简单地使用一个线程高效地管理多个 Channel NioEventLoopNioEventLoop中维护了一个线程和任务队列，支持异步提交执行任务，线程启动时会调用NioEventLoop的run方法，执行I/O任务和非I/O任务：
两种任务的执行时间比由变量ioRatio控制，默认为50，则表示允许非IO任务执行的时间与IO任务的执行时间相等。 NioEventLoopGroupNioEventLoopGroup，主要管理eventLoop的生命周期，可以理解为一个线程池，内部维护了一组线程，每个线程(NioEventLoop)负责处理多个Channel上的事件，而一个Channel只对应于一个线程。 ChannelHandlerChannelHandler是一个接口，处理I/O事件或拦截I/O操作，并将其转发到其ChannelPipeline(业务处理链)中的下一个处理程序。 ChannelHandlerContext保存Channel相关的所有上下文信息，同时关联一个ChannelHandler对象 ChannelPipline保存ChannelHandler的List，用于处理或拦截Channel的入站事件和出站操作。 ChannelPipeline实现了一种高级形式的拦截过滤器模式，使用户可以完全控制事件的处理方式，以及Channel中各个的ChannelHandler如何相互交互。 资料 |
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