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learn.lianglianglee.com/专栏/Netty 核心原理剖析与 RPC 实践-完/03 引导器作用：客户端和服务端启动都要做些什么？.md.html
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<div class="book-post">
<p id="tip" align="center"></p>
<div><h1>03 引导器作用：客户端和服务端启动都要做些什么？</h1>
<p>你好，我是若地。上节课我们介绍了 Netty 中核心组件的作用以及组件协作的方式方法。从这节课开始，我们将对 Netty 的每个核心组件依次进行深入剖析解读。我会结合相应的代码示例讲解，帮助你快速上手 Netty。</p>
<p>我们在使用 Netty 编写网络应用程序的时候，一定会从<strong>引导器 Bootstrap</strong>开始入手。Bootstrap 作为整个 Netty 客户端和服务端的<strong>程序入口</strong>，可以把 Netty 的核心组件像搭积木一样组装在一起。本节课我会从 Netty 的引导器<strong>Bootstrap</strong>出发，带你学习如何使用 Netty 进行最基本的程序开发。</p>
<h3>从一个简单的 HTTP 服务器开始</h3>
<p>HTTP 服务器是我们平时最常用的工具之一。同传统 Web 容器 Tomcat、Jetty 一样，Netty 也可以方便地开发一个 HTTP 服务器。我从一个简单的 HTTP 服务器开始，通过程序示例为你展现 Netty 程序如何配置启动，以及引导器如何与核心组件产生联系。</p>
<p>完整地实现一个高性能、功能完备、健壮性强的 HTTP 服务器非常复杂，本文仅为了方便理解 Netty 网络应用开发的基本过程，所以只实现最基本的<strong>请求-响应</strong>的流程：</p>
<ol>
<li>搭建 HTTP 服务器，配置相关参数并启动。</li>
<li>从浏览器或者终端发起 HTTP 请求。</li>
<li>成功得到服务端的响应结果。</li>
</ol>
<p>Netty 的模块化设计非常优雅，客户端或者服务端的启动方式基本是固定的。作为开发者来说，只要照葫芦画瓢即可轻松上手。大多数场景下，你只需要实现与业务逻辑相关的一系列 ChannelHandler，再加上 Netty 已经预置了 HTTP 相关的编解码器就可以快速完成服务端框架的搭建。所以，我们只需要两个类就可以完成一个最简单的 HTTP 服务器，它们分别为<strong>服务器启动类</strong>和<strong>业务逻辑处理类</strong>，结合完整的代码实现我将对它们分别进行讲解。</p>
<h4>服务端启动类</h4>
<p>所有 Netty 服务端的启动类都可以采用如下代码结构进行开发。简单梳理一下流程：首先创建引导器；然后配置线程模型，通过引导器绑定业务逻辑处理器，并配置一些网络参数；最后绑定端口，就可以完成服务器的启动了。</p>
<pre><code>public class HttpServer {
public void start(int port) throws Exception {
EventLoopGroup bossGroup = new NioEventLoopGroup();
EventLoopGroup workerGroup = new NioEventLoopGroup();
try {
ServerBootstrap b = new ServerBootstrap();
b.group(bossGroup, workerGroup)
.channel(NioServerSocketChannel.class)
.localAddress(new InetSocketAddress(port))
.childHandler(new ChannelInitializer&lt;SocketChannel&gt;() {
@Override
public void initChannel(SocketChannel ch) {
ch.pipeline()
.addLast(&quot;codec&quot;, new HttpServerCodec()) // HTTP 编解码
.addLast(&quot;compressor&quot;, new HttpContentCompressor()) // HttpContent 压缩
.addLast(&quot;aggregator&quot;, new HttpObjectAggregator(65536)) // HTTP 消息聚合
.addLast(&quot;handler&quot;, new HttpServerHandler()); // 自定义业务逻辑处理器
}
})
.childOption(ChannelOption.SO_KEEPALIVE, true);
ChannelFuture f = b.bind().sync();
System.out.println(&quot;Http Server started， Listening on &quot; + port);
f.channel().closeFuture().sync();
} finally {
workerGroup.shutdownGracefully();
bossGroup.shutdownGracefully();
}
}
public static void main(String[] args) throws Exception {
new HttpServer().start(8088);
}
}
</code></pre>
<h4>服务端业务逻辑处理类</h4>
<p>如下代码所示，HttpServerHandler 是业务自定义的逻辑处理类。它是入站 ChannelInboundHandler 类型的处理器，负责接收解码后的 HTTP 请求数据，并将请求处理结果写回客户端。</p>
<pre><code>public class HttpServerHandler extends SimpleChannelInboundHandler&lt;FullHttpRequest&gt; {
@Override
protected void channelRead0(ChannelHandlerContext ctx, FullHttpRequest msg) {
String content = String.format(&quot;Receive http request, uri: %s, method: %s, content: %s%n&quot;, msg.uri(), msg.method(), msg.content().toString(CharsetUtil.UTF_8));
FullHttpResponse response = new DefaultFullHttpResponse(
HttpVersion.HTTP_1_1,
HttpResponseStatus.OK,
Unpooled.wrappedBuffer(content.getBytes()));
ctx.writeAndFlush(response).addListener(ChannelFutureListener.CLOSE);
}
}
</code></pre>
<p>通过上面两个类，我们可以完成 HTTP 服务器最基本的请求-响应流程，测试步骤如下：</p>
<ol>
<li>启动 HttpServer 的 main 函数。</li>
<li>终端或浏览器发起 HTTP 请求。</li>
</ol>
<p>测试结果输出如下：</p>
<pre><code>$ curl http://localhost:8088/abc
$ Receive http request, uri: /abc, method: GET, content:
</code></pre>
<p>当然，你也可以使用 Netty 自行实现 HTTP Client，客户端和服务端的启动类代码十分相似，我在附录部分提供了一份 HTTPClient 的实现代码仅供大家参考。</p>
<p>通过上述一个简单的 HTTP 服务示例，我们基本熟悉了 Netty 的编程模式。下面我将结合这个例子对 Netty 的引导器展开详细的介绍。</p>
<h3>引导器实践指南</h3>
<p>Netty 服务端的启动过程大致分为三个步骤：</p>
<ol>
<li><strong>配置线程池；</strong></li>
<li><strong>Channel 初始化；</strong></li>
<li><strong>端口绑定。</strong></li>
</ol>
<p>下面，我将逐一为大家介绍每一步具体需要做哪些工作。</p>
<h4>配置线程池</h4>
<p>Netty 是采用 Reactor 模型进行开发的，可以非常容易切换三种 Reactor 模式：<strong>单线程模式</strong>、<strong>多线程模式</strong>、<strong>主从多线程模式</strong>。</p>
<h4><strong>单线程模式</strong></h4>
<p>Reactor 单线程模型所有 I/O 操作都由一个线程完成，所以只需要启动一个 EventLoopGroup 即可。</p>
<pre><code>EventLoopGroup group = new NioEventLoopGroup(1);
ServerBootstrap b = new ServerBootstrap();
b.group(group)
</code></pre>
<h4><strong>多线程模式</strong></h4>
<p>Reactor 单线程模型有非常严重的性能瓶颈，因此 Reactor 多线程模型出现了。在 Netty 中使用 Reactor 多线程模型与单线程模型非常相似，区别是 NioEventLoopGroup 可以不需要任何参数，它默认会启动 2 倍 CPU 核数的线程。当然，你也可以自己手动设置固定的线程数。</p>
<pre><code>EventLoopGroup group = new NioEventLoopGroup();
ServerBootstrap b = new ServerBootstrap();
b.group(group)
</code></pre>
<h4><strong>主从多线程模式</strong></h4>
<p>在大多数场景下，我们采用的都是<strong>主从多线程 Reactor 模型</strong>。Boss 是主 Reactor，Worker 是从 Reactor。它们分别使用不同的 NioEventLoopGroup，主 Reactor 负责处理 Accept，然后把 Channel 注册到从 Reactor 上，从 Reactor 主要负责 Channel 生命周期内的所有 I/O 事件。</p>
<pre><code>EventLoopGroup bossGroup = new NioEventLoopGroup();
EventLoopGroup workerGroup = new NioEventLoopGroup();
ServerBootstrap b = new ServerBootstrap();
b.group(bossGroup, workerGroup)
</code></pre>
<p>从上述三种 Reactor 线程模型的配置方法可以看出：Netty 线程模型的可定制化程度很高。它只需要简单配置不同的参数，便可启用不同的 Reactor 线程模型，而且无需变更其他的代码，很大程度上降低了用户开发和调试的成本。</p>
<h3>Channel 初始化</h3>
<h4>设置 Channel 类型</h4>
<p>NIO 模型是 Netty 中最成熟且被广泛使用的模型。因此，推荐 Netty 服务端采用 NioServerSocketChannel 作为 Channel 的类型，客户端采用 NioSocketChannel。设置方式如下：</p>
<pre><code> b.channel(NioServerSocketChannel.class);
</code></pre>
<p>当然，Netty 提供了多种类型的 Channel 实现类，你可以按需切换，例如 OioServerSocketChannel、EpollServerSocketChannel 等。</p>
<h4>注册 ChannelHandler</h4>
<p>在 Netty 中可以通过 ChannelPipeline 去注册多个 ChannelHandler，每个 ChannelHandler 各司其职，这样就可以实现最大化的代码复用，充分体现了 Netty 设计的优雅之处。那么如何通过引导器添加多个 ChannelHandler 呢？其实很简单，我们看下 HTTP 服务器代码示例：</p>
<pre><code>b.childHandler(new ChannelInitializer&lt;SocketChannel&gt;() {
@Override
public void initChannel(SocketChannel ch) {
ch.pipeline()
.addLast(&quot;codec&quot;, new HttpServerCodec())
.addLast(&quot;compressor&quot;, new HttpContentCompressor())
.addLast(&quot;aggregator&quot;, new HttpObjectAggregator(65536))
.addLast(&quot;handler&quot;, new HttpServerHandler());
}
})
</code></pre>
<p>ServerBootstrap 的 childHandler() 方法需要注册一个 ChannelHandler。<strong>ChannelInitializer</strong>是实现了 ChannelHandler<strong>接口的匿名类</strong>，通过实例化 ChannelInitializer 作为 ServerBootstrap 的参数。</p>
<p>Channel 初始化时都会绑定一个 Pipeline，它主要用于服务编排。Pipeline 管理了多个 ChannelHandler。I/O 事件依次在 ChannelHandler 中传播，ChannelHandler 负责业务逻辑处理。上述 HTTP 服务器示例中使用链式的方式加载了多个 ChannelHandler，包含<strong>HTTP 编解码处理器、HTTPContent 压缩处理器、HTTP 消息聚合处理器、自定义业务逻辑处理器</strong>。</p>
<p>在以前的章节中，我们介绍了 ChannelPipeline 中<strong>入站 ChannelInboundHandler</strong>和<strong>出站 ChannelOutboundHandler</strong>的概念，在这里结合 HTTP 请求-响应的场景，分析下数据在 ChannelPipeline 中的流向。当服务端收到 HTTP 请求后，会依次经过 HTTP 编解码处理器、HTTPContent 压缩处理器、HTTP 消息聚合处理器、自定义业务逻辑处理器分别处理后，再将最终结果通过 HTTPContent 压缩处理器、HTTP 编解码处理器写回客户端。</p>
<h4>设置 Channel 参数</h4>
<p>Netty 提供了十分便捷的方法，用于设置 Channel 参数。关于 Channel 的参数数量非常多，如果每个参数都需要自己设置，那会非常繁琐。幸运的是 Netty 提供了默认参数设置，实际场景下默认参数已经满足我们的需求，我们仅需要修改自己关系的参数即可。</p>
<pre><code>b.option(ChannelOption.SO_KEEPALIVE, true);
</code></pre>
<p>ServerBootstrap 设置 Channel 属性有<strong>option</strong>和<strong>childOption</strong>两个方法，option 主要负责设置 Boss 线程组，而 childOption 对应的是 Worker 线程组。</p>
<p>这里我列举了经常使用的参数含义，你可以结合业务场景，按需设置。</p>
<table>
<thead>
<tr>
<th>参数</th>
<th>含义</th>
</tr>
</thead>
<tbody>
<tr>
<td>SO_KEEPALIVE</td>
<td>设置为 true 代表启用了 TCP SO_KEEPALIVE 属性，TCP 会主动探测连接状态，即连接保活</td>
</tr>
<tr>
<td>SO_BACKLOG</td>
<td>已完成三次握手的请求队列最大长度，同一时刻服务端可能会处理多个连接，在高并发海量连接的场景下，该参数应适当调大</td>
</tr>
<tr>
<td>TCP_NODELAY</td>
<td>Netty 默认是 true，表示立即发送数据。如果设置为 false 表示启用 Nagle 算法，该算法会将 TCP 网络数据包累积到一定量才会发送，虽然可以减少报文发送的数量，但是会造成一定的数据延迟。Netty 为了最小化数据传输的延迟，默认禁用了 Nagle 算法</td>
</tr>
<tr>
<td>SO_SNDBUF</td>
<td>TCP 数据发送缓冲区大小</td>
</tr>
<tr>
<td>SO_RCVBUF</td>
<td>TCP数据接收缓冲区大小，TCP数据接收缓冲区大小</td>
</tr>
<tr>
<td>SO_LINGER</td>
<td>设置延迟关闭的时间，等待缓冲区中的数据发送完成</td>
</tr>
<tr>
<td>CONNECT_TIMEOUT_MILLIS</td>
<td>建立连接的超时时间</td>
</tr>
</tbody>
</table>
<h4>端口绑定</h4>
<p>在完成上述 Netty 的配置之后，bind() 方法会真正触发启动，sync() 方法则会阻塞，直至整个启动过程完成，具体使用方式如下：</p>
<pre><code>ChannelFuture f = b.bind().sync();
</code></pre>
<p>bind() 方法涉及的细节比较多，我们将在《源码篇：从 Linux 出发深入剖析服务端启动流程》课程中做详细地解析，在这里就先不做展开了。</p>
<p>关于如何使用引导器开发一个 Netty 网络应用我们就介绍完了，服务端的启动过程一定离不开配置线程池、Channel 初始化、端口绑定三个步骤，在 Channel 初始化的过程中最重要的就是绑定用户实现的自定义业务逻辑。是不是特别简单？你可以参考本节课的示例，自己尝试开发一个简单的程序练练手。</p>
<h3>总结</h3>
<p>本节课我们围绕 Netty 的引导器，学习了如何开发最基本的网络应用程序。引导器串接了 Netty 的所有核心组件，通过引导器作为学习 Netty 的切入点有助于我们快速上手。Netty 的引导器作为一个非常方便的工具，避免我们再去手动完成繁琐的 Channel 的创建和配置等过程，其中有很多知识点可以深挖，在后续源码章节中我们再一起探索它的实现原理。</p>
<h3>附录</h3>
<h4>HTTP 客户端类</h4>
<pre><code>public class HttpClient {
public void connect(String host, int port) throws Exception {
EventLoopGroup group = new NioEventLoopGroup();
try {
Bootstrap b = new Bootstrap();
b.group(group);
b.channel(NioSocketChannel.class);
b.option(ChannelOption.SO_KEEPALIVE, true);
b.handler(new ChannelInitializer&lt;SocketChannel&gt;() {
@Override
public void initChannel(SocketChannel ch) {
ch.pipeline().addLast(new HttpResponseDecoder());
ch.pipeline().addLast(new HttpRequestEncoder());
ch.pipeline().addLast(new HttpClientHandler());
}
});
ChannelFuture f = b.connect(host, port).sync();
URI uri = new URI(&quot;http://127.0.0.1:8088&quot;);
String content = &quot;hello world&quot;;
DefaultFullHttpRequest request = new DefaultFullHttpRequest(HttpVersion.HTTP_1_1, HttpMethod.GET,
uri.toASCIIString(), Unpooled.wrappedBuffer(content.getBytes(StandardCharsets.UTF_8)));
request.headers().set(HttpHeaderNames.HOST, host);
request.headers().set(HttpHeaderNames.CONNECTION, HttpHeaderValues.KEEP_ALIVE);
request.headers().set(HttpHeaderNames.CONTENT_LENGTH, request.content().readableBytes());
f.channel().write(request);
f.channel().flush();
f.channel().closeFuture().sync();
} finally {
group.shutdownGracefully();
}
}
public static void main(String[] args) throws Exception {
HttpClient client = new HttpClient();
client.connect(&quot;127.0.0.1&quot;, 8088);
}
}
</code></pre>
<h4>客户端业务处理类</h4>
<pre><code>public class HttpClientHandler extends ChannelInboundHandlerAdapter {
@Override
public void channelRead(ChannelHandlerContext ctx, Object msg) {
if (msg instanceof HttpContent) {
HttpContent content = (HttpContent) msg;
ByteBuf buf = content.content();
System.out.println(buf.toString(io.netty.util.CharsetUtil.UTF_8));
buf.release();
}
}
}
</code></pre>
</div>
</div>
<div>
<div style="float: left">
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</div>
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</div>
</div>
</div>
</div>
</div>
</div>
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var name = cname + "=";
var ca = document.cookie.split(';');
for (var i = 0; i < ca.length; i++) {
var c = ca[i].trim();
if (c.indexOf(name) === 0) return c.substring(name.length, c.length);
}
return "";
}
</script>
</html>
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