Netty高级


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、Zookeeper,RocketMQ底层rpc通讯使用就是netty。

2.游戏开发中,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JDK的NIO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Selector、ServerSocketChannel、SocketChannel、ByteBuffer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 NIO的BUG,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>



Netty5.0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粘包、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:


Netty高级_序列化

1. 第一种情况,Data1和Data2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,Data1和Data2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_1和Data2_2,并且Data2_1在Data1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


序列化协议与自定义序列化协议

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 和 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:

XML(Extensible 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C, C++, C#, Java, JavaScript, Perl, Python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

与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差

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 browser的Ajax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库

(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

在Hadoop中做Hive、Pig和MapReduce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

Netty高级_序列化_02


空间


Netty高级_.net_03


分析上图知:


XML序列化(Xstream)无论在性能和简洁性上比较差。

Thrift与Protobuf相比在时空开销方面都有一定的劣势。

Protobuf和Avro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XML的SOAP协议是一个值得考虑的方案。

基于Web browser的Ajax,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JSON或XML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,Protobuf,Thrift,Avro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,Protobuf和Avro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;

}


}