史上最通俗Netty入门长文：基本介绍、环境搭建、动手实战

原作者江成军，原题“还在被Java NIO虐？该试试Netty了”，收录时有修订和改动。

1、阅读对象

本文适合对Netty一无所知的Java NIO网络编程新手阅读，为了做到这一点，内容从最基本介绍到开发环境的配置，再到第一个Demo代码的编写，事无巨细都用详细的图文进行了说明。

所以本文这对于新手来说帮助很大，但对于老司机来说，就没有必要了。老司机请绕道哦。

PS：是的，用Java写IM、消息推送的话，基本上都是用的Netty，所以如果你想用Java做即时通讯这类系统，学习Netty肯定没错。

2、本文作者

江成军：工信部信息系统项目管理师，全栈工程师，多年丰富的JavaWEB平台、PC端软件、移动端APP开发及培训经验，擅长把复杂的事情搞简单。

3、基本常识

在了解Netty之前，我们非常有必要简要了解一下Java网络编程模型的基本常识，具体说也就是BIO、NIO和AIO这3个技术概念。

BIO、NIO和AIO这三个概念分别对应三种通讯模型：阻塞、非阻塞、非阻塞异步，具体这里就不详细写了。网上好多博客说Netty对应NIO，准确来说，应该是既可以是NIO，也可以是AIO，就看你怎么实现。

这三个概念的区别如下：

• 1）BIO：一个连接一个线程，客户端有连接请求时服务器端就需要启动一个线程进行处理,线程开销大。
• 2）NIO：一个请求一个线程，客户端发送的连接请求会注册到多路复用器上，多路复用器轮询到该连接有I/O请求时才启动一个线程进行处理；
• 3）AIO：一个有效请求一个线程，客户端的I/O请求都是由OS先完成了再通知服务器应用去启动线程进行处理。

通俗地概括一下就是：

• 1）BIO是面向流的，NIO是面向缓冲区的；
• 2）BIO的各种流是阻塞的，而NIO是非阻塞的；
• 3）BIO的Stream是单向的，而NIO的channel是双向的。

NIO的的显著特点：事件驱动模型、单线程处理多任务、非阻塞I/O，I/O读写不再阻塞，而是返回0、基于block的传输比基于流的传输更高效、更高级的IO函数zero-copy、IO多路复用大大提高了Java网络应用的可伸缩性和实用性。基于Reactor线程模型。

限于篇幅原因，这里没办法深入展开话题，想深入了解的，可以继续阅读这几篇：

• 1）《Java的BIO和NIO很难懂？用代码实践给你看，再不懂我转行！》；
• 2）《少啰嗦！一分钟带你读懂Java的NIO和经典IO的区别》；
• 3）《史上最强Java NIO入门：担心从入门到放弃的，请读这篇！》（* 推荐必读）。

4、认识Netty

4.1 基本介绍

Netty是一个Java NIO技术的开源异步事件驱动的网络编程框架，用于快速开发可维护的高性能协议服务器和客户端。

往通俗了讲，可以将Netty理解为：一个将Java NIO进行了大量封装，并大大降低Java NIO使用难度和上手门槛的超牛逼框架。

PS：Netty的官网是 https://netty.io/，可以随时下载到最新的Netty源码，以及各种API文档和开发指南。

4.2 技术特征

Netty的优点，概括一下就是：

• 1）使用简单；
• 2）功能强大；
• 3）性能强悍。

Netty的特点：

• 1）高并发：基于 NIO（Nonblocking IO，非阻塞IO）开发，对比于 BIO（Blocking I/O，阻塞IO），他的并发性能得到了很大提高；
• 2）传输快：传输依赖于零拷贝特性，尽量减少不必要的内存拷贝，实现了更高效率的传输；
• 3）封装好：封装了 NIO 操作的很多细节，提供了易于使用调用接口。

Netty的优势：

• 1）使用简单：封装了 NIO 的很多细节，使用更简单；
• 2）功能强大：预置了多种编解码功能，支持多种主流协议；
• 3）扩展性强：可以通过 ChannelHandler 对通信框架进行灵活地扩展；
• 4）性能优异：通过与其他业界主流的 NIO 框架对比，Netty 的综合性能最优；
• 5）运行稳定：Netty 修复了已经发现的所有 NIO 的 bug，让开发人员可以专注于业务本身；
• 6）社区活跃：Netty 是活跃的开源项目，版本迭代周期短，bug 修复速度快。

Netty高性能表现在哪些方面？

• 1）IO 线程模型：同步非阻塞，用最少的资源做更多的事；
• 2）内存零拷贝：尽量减少不必要的内存拷贝，实现了更高效率的传输；
• 3）内存池设计：申请的内存可以重用，主要指直接内存。内部实现是用一颗二叉查找树管理内存分配情况；
• 4）串形化处理读写：避免使用锁带来的性能开销；
• 5）高性能序列化协议：支持 protobuf 等高性能序列化协议。

限于篇幅，Netty的详细特征就不展开了，有兴趣的可以读一读《新手入门：目前为止最透彻的的Netty高性能原理和框架架构解析》。

5、Netty的作者

个人而言，了解一项技术，比较喜欢扒一下它的作者情况，不是八卦，只是个人习惯，希望对所使用的技术了解地更多更全面而已。

5.1 Netty的创始人

Netty的创始人是韩国人Trustin Lee，80年出生，8岁起在MSX迷你计算机上编写BASIC程序，爱好游戏编程以及使用汇编、C和C++解决编程问题，1998年获得韩国信息奥林匹克竞赛铜牌。

就读于韩国Yonsei大学计算机系期间，曾为多家公司编写高性能网络应用以及少量的web程序，毕业后，就职于Arreo通讯公司，该公司为韩国最大的移动短信提供商之一。

他现在韩国line公司工作（据他个人博客显示，他以于2020年8月底从Line离职了，具体博文 点这里），早前应用较多的Mina也是这牛人的作品。

▲ Trustin Lee 本尊

Trustin Lee大神的其它信息：

• 他的个人博客：https://t.motd.kr/
• 他的Github：https://github.com/trustin

5.2 Netty现任Leader

Netty目前的项目leader是德国人Norman Maurer（之前在Redhat，全职开发Netty）,也是《Netty in Action》的作者，目前是苹果公司高级工程师。

▲ Norman maurer 本尊

Norman maurer大神的其它信息：

• 他的个人博客：http://normanmaurer.me/
• 他的Github：https://github.com/normanmaurer

最后，附上两位大神的同框图：

6、Netty能做什么？

学技能都是为了能够应用到实际工作中去，谁也不是为了学而学、弄着玩不是，那么Netty能做什么呢？

主要是在两个方面。

一方面：现在物联网的应用无处不在，大量的项目都牵涉到应用传感器和服务器端的数据通信，Netty作为基础通信组件、能够轻松解决之前有较高门槛的通信系统开发，你不用再为如何解析各类简单、或复杂的通讯协议而薅头发了，有过这方面开发经验的程序员会有更深刻、或者说刻骨铭心的体会。

另一方面：现在互联网系统讲究的都是高并发、分布式、微服务，各类消息满天飞（是的，IM系统、消息推送系统就是其中的典型），Netty在这类架构里面的应用可谓是如鱼得水，如果你对当前的各种应用服务器不爽，那么完全可以基于Netty来实现自己的HTTP服务器、FTP服务器、UDP服务器、RPC服务器、WebSocket服务器、Redis的Proxy服务器、MySQL的Proxy服务器等等。

7、掌握Netty有什么好处？

直接的好处是：能够有进大厂、拿高薪的机会，业内好多著名的公司在招聘高级/资深Java工程师时基本上都要求熟练掌握、或熟悉Netty。

这个名单还可以很长很长。。。

作为一个学Java的，如果没有研究过Netty，那么你对Java语言的使用和理解仅仅停留在表面水平，会点SSH，写几个MVC，访问数据库和缓存，这些只是初、中等Java程序员干的事。如果你要进阶，想了解Java服务器的深层高阶知识，Netty绝对是一个必须要过的门槛。

间接地好处是：多款开源框架中应用了Netty，掌握了Netty，就具有分析这些开源框架的基础了，也就是有了成为技术大牛的基础。

这些开源框架有哪些呢？

简单罗列一些典型的，如下：

• 1）阿里分布式服务框架 Dubbo 的 RPC 框架；
• 2）淘宝的消息中间件 RocketMQ；
• 3）Hadoop 的高性能通信和序列化组件 Avro 的 RPC 框架；
• 4）开源集群运算框架 Spark；
• 5）分布式计算框架 Storm；
• 6）并发应用和分布式应用 Akka；
• 7）名单依然很长很长。。。。

8、理论知识准备

本文的下半部分，将手翅手，带你动手实现一个传输字符串的简单实例。

在开始动手之前，必要的基础概念还是要知道的，要不然代码敲下来，功能倒是实现了，但对Netty还是一头雾水，这就不是本文要达到的目的了。

本示例需要用到的基础知识主要有以下几方面的东东，这些知识点最好有一个大概的了解，要不然，看实例会有一定的困难。

• 1）掌握Java基础；
• 2）掌握Maven基础；
• 3）熟悉IntelliJ IDEA集成开发工具的使用，这个工具简称IDEA；
• 4）知道TCP、Socket的基本概念。

尤其提一下，TCP、Socket没概念的，下面这几篇一定要读一下：

• 1）《网络编程懒人入门(一)：快速理解网络通信协议（上篇）》
• 2）《网络编程懒人入门(二)：快速理解网络通信协议（下篇）》
• 3）《网络编程懒人入门(三)：快速理解TCP协议一篇就够》
• 4）《脑残式网络编程入门(二)：我们在读写Socket时，究竟在读写什么？》

大致了解一下Netty的主要组件及概念：

• 1）I/O：各种各样的流（文件、数组、缓冲、管道。。。）的处理（输入输出）；
• 2）Channel：通道，代表一个连接，每个Client请对会对应到具体的一个Channel；
• 3）ChannelPipeline：责任链，每个Channel都有且仅有一个ChannelPipeline与之对应，里面是各种各样的Handler；
• 4）handler：用于处理出入站消息及相应的事件，实现我们自己要的业务逻辑；
• 5）EventLoopGroup：I/O线程池，负责处理Channel对应的I/O事件；
• 6）ServerBootstrap：服务器端启动辅助对象；
• 7）Bootstrap：客户端启动辅助对象；
• 8）ChannelInitializer：Channel初始化器；
• 9）ChannelFuture：代表I/O操作的执行结果，通过事件机制，获取执行结果，通过添加监听器，执行我们想要的操作；
• 10）ByteBuf：字节序列，通过ByteBuf操作基础的字节数组和缓冲区。

关于深入理解Netty的这些概念，建议有必要的话，务必详读：《新手入门：目前为止最透彻的的Netty高性能原理和框架架构解析》。

对于Netty开发，API文档和源码是最常用的资料，以下是我整理的在线阅读链接：

• 1）Netty-4.1.x 源码地址：http://docs.52im.net/extend/docs/src/netty4_1/ （可在线阅读）
• 2）Netty-4.1.x API 文档：http://docs.52im.net/extend/docs/api/netty4_1/ （可在线阅读）

9、开发环境准备

开发环境准备主要有三个方面：JDK安装及环境变量设置、Maven安装及环境变量设置、IDEA安装及基本设置。

下面请逐个跟着我来傻瓜式配置和操做即可。

9.1 JDK安装及环境变量设置

JDK下载，可以从官方现在，也可以度娘上随便搜下载链接，我这里下载的是JDK8，要注意一点的是，现在从JDK的官网Oracle下载需要账号了，没账号的可下不了啦，不知道在搞什么东东。

官网下载地址：https://www.oracle.com ，截图依次如下：

下载完，一路Next安装完，在创建Java环境变量设置，[此电脑]右键-->[属性]-->[高级系统设置]-->[环境变量]-->[系统变量]。

截图如下：

Java环境变量创建完毕后，在DOS窗口执行命令：java -version，测试一下是否正常

9.2 Maven安装及环境变量设置

Maven功能很强大，但大家不用担心、本实例中仅仅是利用其便利的jar包依赖、jar包依赖传递，基本上没有任何学习成本。

jar包依赖、jar包依赖传递的概念如下图，清楚明了，都不用多做解释：

Maven是下载，解压缩后，配置环境变量后就能用，不用安装的。

下载地址：https://downloads.apache.org/...

安装：下载压缩包，解压，文件夹拷贝到所想存储的位置（如C盘根目录）。

配置环境变量，和Java的环境变量配置一样的，创建MAVEN_HOME,指向Maven文件夹，再在path中添加进去就行。

如下图：

由于直接冲Maven的中央仓库中自动下载jar包较慢，一般在Maven的配置文件中，增加阿里云的公共仓库配置，这样会显著加快jar包的下载速度。

如下图所示：

上面的环境变量设置完后，通过DOS窗口中输入命令：mvn -version 进行验证是否成功，如下：

9.3 IDEA安装及基本设置

IDEA的下载和安装就不多说了，其版本分旗舰版和社区版，旗舰版收费，社区版免费，社区版不支持html、js、css等。

但对于本实例，社区版就够用了，但如果你不在乎那点银子，可以考虑旗舰版，一步到位，万一后面我们还要做WEB系统开发可以免得折腾。

其安装不用多说，一路Next就行，安装完后，在其配置里面指定一下JDK、Maven的位置就行了，如下图依次所示。

Maven指定：[File]-->[setting]-->[Build,Excution,Deployment]-->[Build Tools]-->[Maven]

JDK指定：[File]-->[Project Structure]-->[Project Setting]-->[Project]

9.4 在IDEA中创建Maven工程

新建工程：

填写包名及工程名称：

Maven配置：

生成工程，自动创建Maven的依赖文件：

在pom.xml中配置Netty依赖：

经过上面的步骤，我们的Maven工程就已经创建完毕，现在可以编写Netty的第一个程序，这个程序很简单，传输一个字符串，虽然程序很简单，但是已经能够大体上反映Netty开发通信程序的一个整体流程了。

10、开始动手代码实战

10.1 Netty开发的基本套路

Netty开发的基本套路很简洁，服务器端和客户端都是这样。

大致的套路基本如下：

Netty开发的实际代码过程，也确实并不复杂，就像下图这样，绿色的代表客户端流程、蓝色的代表服务器端流程，注意标红的部分。

实际代码过程就像下图这样：

10.2 创建客户端类

10.2.1）创建Handler：

首先创建Handler类，该类用于接收服务器端发送的数据，这是一个简化的类，只重写了消息读取方法channelRead0、捕捉异常方法exceptionCaught。

客户端的Handler一般继承的是SimpleChannelInboundHandler，该类有丰富的方法，心跳、超时检测、连接状态等等。

代码如下：

import io.netty.buffer.ByteBuf;

import io.netty.channel.ChannelHandler;

import io.netty.channel.ChannelHandlerContext;

import io.netty.channel.SimpleChannelInboundHandler;

import io.netty.util.CharsetUtil;

/**

 * @Date: 2020/6/1 11:12

 * @Description: 通用handler，处理I/O事件

 */

@ChannelHandler.Sharable

public class HandlerClientHello extends SimpleChannelInboundHandler<ByteBuf>

{

    @Override

    protected void channelRead0(ChannelHandlerContext channelHandlerContext, ByteBuf byteBuf) throws Exception

    {

        /**

        * @Description  处理接收到的消息

        **/

        System.out.println("接收到的消息："+byteBuf.toString(CharsetUtil.UTF_8));

    }

    @Override

    public void exceptionCaught(ChannelHandlerContext ctx, Throwable cause) throwsException

    {

        /**

        * @Description  处理I/O事件的异常

        **/

        cause.printStackTrace();

        ctx.close();

    }

}

代码说明：

• 1）@ChannelHandler.Sharable：这个注解是为了线程安全，如果你不在乎是否线程安全，不加也可以；
• 2）SimpleChannelInboundHandler：这里的类型可以是ByteBuf，也可以是String，还可以是对象，根据实际情况来；
• 3）channelRead0：消息读取方法，注意名称中有个0；
• 4）ChannelHandlerContext：通道上下文，代指Channel；
• 5）ByteBuf：字节序列，通过ByteBuf操作基础的字节数组和缓冲区，因为JDK原生操作字节麻烦、效率低，所以Netty对字节的操作进行了封装，实现了指数级的性能提升，同时使用更加便利；
• 6）CharsetUtil.UTF_8：这个是JDK原生的方法，用于指定字节数组转换为字符串时的编码格式。

10.2.2）创建客户端启动类：

客户端启动类根据服务器端的IP和端口，建立连接，连接建立后，实现消息的双向传输。

代码较简洁，如下：

import com.sun.org.apache.bcel.internal.generic.ATHROW;

import io.netty.*;

import java.net.InetSocketAddress;

/**

 * @Date: 2020/6/1 11:24

 * @Description: 客户端启动类

 */

public class AppClientHello

{

    private final String host;

    private fina lint port;

    public AppClientHello(String host, int port)

    {

        this.host = host;

        this.port = port;

    }

    public void run() throws Exception

    {

        /**

        * @Description  配置相应的参数，提供连接到远端的方法

        **/

        EventLoopGroup group = newNioEventLoopGroup();//I/O线程池

        try{

            Bootstrap bs = newBootstrap();//客户端辅助启动类

            bs.group(group)

                    .channel(NioSocketChannel.class)//实例化一个Channel

                    .remoteAddress(newInetSocketAddress(host,port))

                    .handler(newChannelInitializer<SocketChannel>()//进行通道初始化配置

                    {

                        @Override

                        protected void initChannel(SocketChannel socketChannel) throws Exception

                        {

                            socketChannel.pipeline().addLast(newHandlerClientHello());//添加我们自定义的Handler

                        }

                    });

            //连接到远程节点；等待连接完成

            ChannelFuture future=bs.connect().sync();

            //发送消息到服务器端，编码格式是utf-8

            future.channel().writeAndFlush(Unpooled.copiedBuffer("Hello World", CharsetUtil.UTF_8));

            //阻塞操作，closeFuture()开启了一个channel的监听器（这期间channel在进行各项工作），直到链路断开

            future.channel().closeFuture().sync();

        } finally{

            group.shutdownGracefully().sync();

        }

    }

    public static void main(String[] args) throws Exception

    {

        new AppClientHello("127.0.0.1",18080).run();

    }

}

由于代码中已经添加了详尽的注释，这里只对极个别的进行说明：

• 1）ChannelInitializer：通道Channel的初始化工作，如加入多个handler，都在这里进行；
• 2）bs.connect().sync()：这里的sync()表示采用的同步方法，这样连接建立成功后，才继续往下执行；
• 3）pipeline()：连接建立后，都会自动创建一个管道pipeline，这个管道也被称为责任链，保证顺序执行，同时又可以灵活的配置各类Handler，这是一个很精妙的设计，既减少了线程切换带来的资源开销、避免好多麻烦事，同时性能又得到了极大增强。

10.3 创建服务器端类

10.3.1）创建Handler：

和客户端一样，只重写了消息读取方法channelRead(注意这里不是channelRead0)、捕捉异常方法exceptionCaught。

另外服务器端Handler继承的是ChannelInboundHandlerAdapter，而不是SimpleChannelInboundHandler，至于这两者的区别，这里不赘述，大家自行百度吧。

代码如下：

import io.netty.*;

/**

 * @Date: 2020/6/1 11:47

 * @Description: 服务器端I/O处理类

 */

@ChannelHandler.Sharable

public class HandlerServerHello extends ChannelInboundHandlerAdapter

{

    @Override

    public void channelRead(ChannelHandlerContext ctx, Object msg)  throws Exception

    {

        //处理收到的数据，并反馈消息到到客户端

        ByteBuf in = (ByteBuf) msg;

        System.out.println("收到客户端发过来的消息: "+ in.toString(CharsetUtil.UTF_8));

        //写入并发送信息到远端（客户端）

        ctx.writeAndFlush(Unpooled.copiedBuffer("你好，我是服务端，我已经收到你发送的消息", CharsetUtil.UTF_8));

    }

    @Override

    public void exceptionCaught(ChannelHandlerContext ctx, Throwable cause) throws Exception

    {

        //出现异常的时候执行的动作（打印并关闭通道）

        cause.printStackTrace();

        ctx.close();

    }

}

以上代码很简洁，大家注意和客户端Handler类进行比较。

10.3.2）创建服务器端启动类：

服务器端启动类比客户端启动类稍显复杂一点，先贴出代码如下：

import io.netty.*;

import java.net.InetSocketAddress;

/**

 * @Date: 2020/6/1 11:51

 * @Description: 服务器端启动类

 */

public class AppServerHello

{

    private int port;

    public AppServerHello(int port)

    {

        this.port = port;

    }

    public void run() throws Exception

    {

        EventLoopGroup group = newNioEventLoopGroup();//Netty的Reactor线程池，初始化了一个NioEventLoop数组，用来处理I/O操作,如接受新的连接和读/写数据

        try{

            ServerBootstrap b = newServerBootstrap();//用于启动NIO服务

            b.group(group)

                    .channel(NioServerSocketChannel.class) //通过工厂方法设计模式实例化一个channel

                    .localAddress(newInetSocketAddress(port))//设置监听端口

                    .childHandler(newChannelInitializer<SocketChannel>() {

                        //ChannelInitializer是一个特殊的处理类，他的目的是帮助使用者配置一个新的Channel,用于把许多自定义的处理类增加到pipline上来

                        @Override

                        public void initChannel(SocketChannel ch) throws Exception {//ChannelInitializer 是一个特殊的处理类，他的目的是帮助使用者配置一个新的 Channel。

                            ch.pipeline().addLast(new HandlerServerHello());//配置childHandler来通知一个关于消息处理的InfoServerHandler实例

                        }

                    });

            //绑定服务器，该实例将提供有关IO操作的结果或状态的信息

            ChannelFuture channelFuture= b.bind().sync();

            System.out.println("在"+ channelFuture.channel().localAddress()+"上开启监听");

            //阻塞操作，closeFuture()开启了一个channel的监听器（这期间channel在进行各项工作），直到链路断开

            channelFuture.channel().closeFuture().sync();

        } finally{

            group.shutdownGracefully().sync();//关闭EventLoopGroup并释放所有资源，包括所有创建的线程

        }

    }

    public static void main(String[] args)  throws Exception

    {

        new AppServerHello(18080).run();

    }

}

代码说明：

• 1）EventLoopGroup：实际项目中，这里创建两个EventLoopGroup的实例，一个负责接收客户端的连接，另一个负责处理消息I/O，这里为了简单展示流程，让一个实例把这两方面的活都干了；
• 2）NioServerSocketChannel：通过工厂通过工厂方法设计模式实例化一个channel，这个在大家还没有能够熟练使用Netty进行项目开发的情况下，不用去深究。

到这里，我们就把服务器端和客户端都写完了 ，如何运行呢，先在服务器端启动类上右键，点Run 'AppServerHello.main()'菜单运行，见下图。

然后，再同样的操作，运行客户端启动类，就能看见效果了。

11、写在最后

本文的内容就到这里结束了，希望本文能够让大家对Netty有一个整体的认识，并大概了解其开发流程。

Netty的功能很多，本文只是一个入门的介绍，如果大家对于Netty开发有兴趣，可以关注我并给我留言，我会根据关注和留言情况，陆续再撰写Netty实战开发的文章。

得到肯定和正向反馈，才有继续写下去的愿望和动力，毕竟写这种事无巨细的文章，还是挺费精力的。

（本文同步发布于：http://www.52im.net/thread-3207-1-1.html）