【netty in action】学习笔记-第一章 了解java NIO（1）

【netty in action】学习笔记-第一章 了解java NIO（1）

学习netty，java nio是基础，因为前者是对后者的封装，当然又不只是封装。随着学习的深入你会理解这句话的含义。

下图是netty的架构图，让你对netty涉及的模型，传输，协议有个基本印象。

netty的特性可以总结为一下几点：

• 统计的API操作阻塞和非阻塞的socket
• 接口易用
• 线程模型简单而强大
• 链式调用逻辑，复用性搞高
• 文档和示例丰富
• 除了JDK之外不依赖别的组件
• 相比于java api有更好的吞吐量以及低延迟
• 减少不必要的内存占用，不会再因为快速的，慢速的或者超负荷的连接导致OOM
• 支持SSL/TLS
• 社区活跃

两种实现异步API常用的设计

基于callbacks

FetchCalback.java

public interface FetchCalback {
    void onData(Data data);
    void onError(Throwable cause);
}

Fetcher.java

public interface Fetcher {
    void fetchData(FetchCalback fetchCalback);
}

MyFetcher.java

public class MyFetcher implements Fetcher{
    @Override
    public void fetchData(FetchCalback fetchCalback) {
        try {
            //模拟获取数据
            Thread.sleep(1000);
            Data data = new Data(1, 2);

            fetchCalback.onData(data);
        } catch (Exception e) {
            fetchCalback.onError(e);
        }
    }
}

Worker.java

public class Worker {

    public void doWorker() {

        Fetcher fetcher = new MyFetcher();
        fetcher.fetchData(new FetchCalback() {
            @Override
            public void onData(Data data) {
                System.out.println("获取到数据:" + data);
            }

            @Override
            public void onError(Throwable cause) {

                System.err.println(cause.getMessage());
            }
        });
    }

    public static void main(String[] args) {
        Worker worker = new Worker();
        worker.doWorker();
    }
}

Data.java

@Getter
@Setter
@AllArgsConstructor
@ToString
public class Data {
    int a;
    int b;
}

代码比较简单，调用fetchdata获取数据，拿到数据之后通过FetchCalback回调过来，调用方不需要等着获取结果做下一步的处理。

这里可能有人疑问：上面的fetchData方法也会阻塞啊？是的，不过那是因为这只是个示例，实际的项目中获取数据完全可以放在线程池里异步处理。

基于回调的异步设计方案在很多其它语言也很流行，比较典型的就是javascript，里面大量的回调，给你一段代码感受下：

let p = new Promise((resolve, reject) => {
    setTimeout(resolve, 1000, 'success');
});
p.then(
    res => {
        console.log(res);
        return `${res} again`;
    }
)
    .then(
        res => console.log(res)
    );

基于futures的异步设计

Futures是一个抽象的概念，它表示一个值可能在某一点变得可用。一个Future要么获得
计算完的结果，要么获得计算失败后的异常。Java在java.util.concurrent包中附带了Future接口。
还是上面的例子，用future的方式改造下。下面的代码只贴出来不一样的地方。

public interface Fetcher {
    Future<Data> fetchData();
}

public class MyFetcher implements Fetcher{

    ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(1);
    @Override
    public Future<Data> fetchData() {
        return executor.submit(task);
    }

    Callable<Data> task = new Callable<Data>() {
        @Override
        public Data call() throws Exception {
            //模拟获取数据
            Thread.sleep(1000);
            Data data = new Data(1, 2);
            return data;
        }
    };
}

看一个基于阻塞方式实现的服务端示例，

//基于阻塞模式的EchoServer
public class PlainEchoServer {

    public void server(int port) throws IOException {
        final ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(port);

        try {
            final Socket clientSocket = serverSocket.accept();
            System.out.println("新的连接:" + clientSocket);
            new Thread(new Runnable() {
                @Override
                public void run() {
                    //读取数据，业务处理
                }
            }).start();
        }catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }


    }
}

这段代码，给每个新连接的客户端创建一个处理线程。这种方案的问题在于客户端的连接数受限于系统所能支持的线程数。

下面这个示例是基于java nio异步方式实现的服务端示例。

public class PlainNIOEchoServer {

    public void server(int port) throws IOException {
        System.out.println("listening for connection on port " + port);
        ServerSocketChannel serverChannel = ServerSocketChannel.open();
        ServerSocket ss = serverChannel.socket();

        InetSocketAddress address = new InetSocketAddress(port);
        ss.bind(address);

        serverChannel.configureBlocking(false);

        Selector selector = Selector.open();
        serverChannel.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT); //监听接受连接的事件


        while (true) {
            selector.select();
            Set readyKeys = selector.selectedKeys();
            Iterator iterator = readyKeys.iterator();
            while (iterator.hasNext()) {
                SelectionKey key = (SelectionKey)iterator.next();
                iterator.remove();
                try {
                    if (key.isAcceptable()) {
                        ServerSocketChannel server = (ServerSocketChannel)key.channel();
                        SocketChannel client = server.accept();
                        System.out.println("accept:" + client);
                        client.configureBlocking(false); //配置非阻塞

                        client.register(selector, SelectionKey.OP_READ|SelectionKey.OP_WRITE, ByteBuffer.allocate(100));
                    }
                    if (key.isReadable()) {
                        SocketChannel client = (SocketChannel)key.channel();
                        ByteBuffer out = (ByteBuffer)key.attachment();
                        client.read(out);
                    }
                    if (key.isWritable()) {
                        SocketChannel client = (SocketChannel)key.channel();
                        ByteBuffer out = (ByteBuffer)key.attachment();
                        out.flip();
                        client.write(out);
                        out.compact();
                    }
                }catch (Exception e) {
                    key.cancel();
                    key.channel().close();
                }
            }


        }
    }
}

这段代码有几个点需要解释下。

ByteBuffer是java nio里的一个核心概念，可以认为它是一个字节容器。我们可以用它来分配堆内的空间，可以分配对外的空间。后者效率更高，但是需要特别注意OOM的问题。

另外，需要注意到ByteBuffer需要利用flip来切换读写模式，netty是不需要我们关心这个的。

另外一个需要关注的概念是selector，java nio里使用selector来判断一个或者多个channel是否可以读或者写。一个selector可以监听多个connection，这种前面的一个线程处理一个连接的方式要好的多。

使用selector的步骤如下：

• 创建一个或者多个selector，并注册channel到上面
• 注册的时候指定感兴趣的事件监听，包括OP_CONNECT,OP_ACCEPT,OP_READ,OP_WRITE
• 轮询selector.select() 检查是否有事件发生
• 如果上一步阻塞，说明没有事件发生，否则就拿到selectkey判断事件的类型进一步处理。