Netty4 Channel 概述(通道篇)

yoursoft
发布于 2023-2-20 16:59
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1、通道概述


我们从如下几个方面来简单了解一下 Channel。

  • 通道的当前状态,open(端口打开)、connect(连接)。
  • 通道的配置,包含通道的配置属性与网络通信选项(ChannelOption)。
  • IO 通道方法诸如 read、write、connect、bind 与管道(ChannelPipeline)。
  • 所有 IO 操作在 Netty 中都是异步的,调用 IO 方法例如 write 方法后,并不是等 IO 操作实际完成后再返回,而是会立即返回一个凭证,IO 操作完成后会将结果写入凭证中,典型的 Future设计模式。
  • Channel 具有父子关系,由于所有的 SocketChannel(客户端发起TCP连接)都是由 ServerSocketChannel(服务端接收连接)接收客户端连接而创建的,故 SocketChannel 的 parent() 方法会返回对应的 ServerSocketChannel。
  • 所有通道对象在使用完后,请务必调用通道的colse方法来释放资源。

本节将从如下3个方面来重点介绍Channel。

  • Channel 常用API
  • Channel 配置与选项
  • NIO相关的Channel继承图

2、Channel常用API


Channel 类图结构如下:


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核心API一览:

  • EventLoop eventLoop()返回该通道注册的事件轮询器。
  • Channel parent()返回该通道的父通道,如果是ServerSocketChannel实例则返回null,SocketChannel实例则返回对应的ServerSocketChannel。
  • ChannelConfig config()返回该通道的配置参数。
  • boolean isOpen()端口是否处于open,通道默认一创建isOpen方法就会返回true,close方法被调用后该方法返回false。
  • boolean isRegistered()是否已注册到EventLoop。
  • public boolean isActive()通道是否处于激活。NioSocketChannel的实现是java.nio.channels.SocketChannel实例的isOpen()与isConnected()都返回true。NioServerSocketChannel的实现是ServerSocketChannel.socket().isBound(),如果绑定到端口中,意味着处于激活状态。
  • ChannelFuture closeFuture()Future 模式的应用,调用该方法的目的并不是关闭通道,而是预先创建一个凭证(Future),等通道关闭时,会通知该 Future,用户可以通过该 Future 注册事件。
  • ChannelFuture bind(SocketAddress localAddress)Netty 服务端绑定到本地端口,开始监听客户端的连接请求。该过程会触发事件链(ChannelPipeline)。该部分将在后续讲解服务端启动流程时再详细分析。
  • ChannelFuture connect(SocketAddress remoteAddress)Netty客户端连接到服务端,该过程同样会触发一系列事件(ChannelPipeline)。该部分将在后续讲解客户端启动流程时再详细分析。
  • ChannelFuture disconnect()断开连接,但不会释放资源,该通道还可以再通过connect重新与服务器建立连接。
  • ChannelFuture close()关闭通道,回收资源,该通道的生命周期完全结束。
  • ChannelFuture deregister()取消注册。
  • Channel read()通道读,该方法并不是直接从读写缓存区读取文件,而是向NIO Selecor注册读事件(目前主要基于NIO)。当通道收到对端的数后,事件选择器会处理读事件,从而触发ChannelInboundHandler#channelRead 事件,然后继续触发ChannelInboundHandler#channelReadComplete(ChannelHandlerContext)事件。
  • ChannelFuture write(Object msg)向通道写字节流,会触发响应的写事件链,该方法只是会将字节流写入到通道缓存区,并不会调用flush方法写入通道中。
  • Channel flush()刷写所有挂起的消息(刷写到流中)。
  • ChannelFuture writeAndFlush(Object msg)相当于调用write与flush方法。

3、Channel配置与选项


3.1 Channel配置

ChannelConfig 的类图如下:


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核心配置如下:

  • Map<ChannelOption<?>, Object> options:网络相关的配置属性。<channeloption</channeloption
  • int connectTimeoutMillis:连接超时时间。
  • int maxMessagesPerRead:每次读事件中调用读方法的最大次数(AbstractNioByteChannel)或读事件循环中最多处理的消息条数(AbstractNioMessageChannel)。
  • int writeSpinCount:一次写事件处理期间最多调用write方法的次数,引入该机制主要是为了避免一个网络通道写入大量数据,对其他网络通道的读写处理带来延迟,默认值为16。
  • ByteBufAllocator getAllocator():返回该通道的内存分配器(ByteBuf)。RecvByteBufAllocator getRecvByteBufAllocator():读事件读缓冲区的分配策略。
  • boolean autoRead:是否自动触发read方法调用,默认为true,读事件触发后自动调用read方法 ,而无需应用程序显示调用。
  • int writeBufferHighWaterMark:设置写缓存区的高水位线。如果写缓存区中的数据超过该值,Channel#isWritable()方法将返回false。
  • int writeBufferLowWaterMark:设置写缓存区的低水位线。如果写缓存区的数据超过高水位线后,通道将变得不可写,等写缓存数据降低到低水位线后通道恢复可写状态(Channel#isWritable()将再次返回true)。

3.2 ChannelOption

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网络通道(Channel)选项值,下面介绍一下与TCP协议相关的核心参数:

  • SO_BROADCAST选择值类型:boolean。表示该数据包是否是广播包,true表示广播包,false表示非广播,如果包的IP地址为广播地址,但该选型为false,则在内核层会抛出错误。
  • SO_KEEPALIVE 对于面向连接的TCP socket,在实际应用中通常都要检测对端是否处于连接中,连接端口分两种情况:
  • 连接正常关闭,调用close() shutdown()连接优雅关闭,send与recv立马返回错误,select返回SOCK_ERR
  • 连接的对端异常关闭,比如网络断掉,突然断电.
  • SO_SNDBUF的大小为了达到最大网络吞吐,socket send buffer size(SO_SNDBUF)不应该小于带宽和延迟的乘积。
  • SO_REUSEADDR该参数如果设置为true的一个常用应用场景是端口复用(直接复用TIME_WAIT状态的socket)。
  • SO_LINGER该参数是控制TCP关闭行为的。
  • SO_BACKLOG服务端接受客户端连接的处理队列,在TCP三次握手协议中,服务端接收到客户端的SYN包后,会向客户端发送SYN+ACK包,同时会将连接放入到 backlog 队列中,等待客户端ACK包。在服务端没有接收到客户端的ACK包之前,连接会暂存 backlog 队列。
  • SO_TIMEOUT以毫秒为单位定义套接字超时(SO_TIMEOUT),它是等待数据的超时,或者换句话说,是两个连续数据包之间的最大活动周期。超时值为0将被解释为无限超时。如果没有设置该参数,读取操作将不会超时(无穷小超时)。个人思考:在NIO编程开发中应该不要设置该值,但为了保证每个连接的读平等,Netty会控制一次事件选择周期,最多可调用read方法的次数。
  • TCP_NODELAY在 TCP 数据包发送的时候,有一种算法(Nagle算法)。该算法的核心是如果发生数据包比较小,为了提高带宽的利用率,会等待更多的数据到达后再发送或等待超时后将小包发送,也就是 TCP 发送延迟,TCP_NODELAY = true表示不使用 tcp delay 延迟,故禁用 Nagle 算法。通常接受端的 ACK 包也会使用延迟(默认40ms),旨在合并多个 ACK 确认包。

4、Channel NIO 继承图


Channel 类继承图主要是想展示一下与 NIO 相关的 NioSocketChannel (客户端通道)与NioServerSocketChannel (服务端通道)在 Channel 中的位置。


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Channel 通道统一抽象接口。

  • AbstractChannel 通道默认抽象实现类
  • AbstractEpollChannel unix Epoll通道实现
  • AbstractOioChannel 阻塞IO通道抽象类
  • AbstractNioChannel NIO通道抽象类
  • AbstractNioByteChannel NIO客户端通道抽象类
  • AbstractNIoMessageChannel NIO服务端通道抽象类
  • NioSocketChannel  NIO客户端通道实现类
  • NioServerSocketChannel NIO服务端通道实现类


本文就介绍到这里了,本篇作为 Netty4专栏的第一篇文章,主要是介绍 Netty Channel 的基本知识,后续会重点以 NIO 为例,详细剖析通道的相关实现原理。




文章转载自公众号:  中间件兴趣圈

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已于2023-2-20 16:59:05修改
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