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一个轻量级、高效率的支持多端（应用与硬件Iot）的异步网络应用通讯框架

前言

本文预设读者已经了解了一定的Netty基础知识，并能够自己构建一个Netty的通信服务（包括客户端与服务端）。那么你一定使用到了Channel，这是Netty对传统JavaIO、NIO的链接封装实例。

那么接下来让我们来了解一下关于Channel的数据冲刷与线程安全吧。

数据冲刷的步骤

1、获取一个链接实例

@Overridepublic void channelRead(ChannelHandlerContext ctx, Object msg) throws Exception { //获取链接实例 Channel channel = ctx.channel(); }

我将案例放在初学者最熟悉的channelRead方法中，这是一个数据接收的方法，我们自实现Netty的消息处理接口时需要重写的方法。即客户端发送消息后，这个方法会被触发调用，所以我们在这个方法中进行本次内容的讲解。

由上一段代码，其实目前还是很简单，我们借助ChannelHandlerContext（这是一个ChannelHandler与ChannelPipeline相交互并对接的一个对象。如下是源码的解释）来获取目前的链接实例Channel。

/* Enables a {@link ChannelHandler} to interact with its {@link ChannelPipeline} * and other handlers. Among other things a handler can notify the next {@link ChannelHandler} in the * {@link ChannelPipeline} as well as modify the {@link ChannelPipeline} it belongs to dynamically. */ public interface ChannelHandlerContext extends AttributeMap, ChannelInboundInvoker, ChannelOutboundInvoker { //...... }

2、创建一个持有数据的ByteBuf

@Overridepublic void channelRead(ChannelHandlerContext ctx, Object msg) throws Exception { //获取链接实例 Channel channel = ctx.channel(); //创建一个持有数据的ByteBuf ByteBuf buf = Unpooled.copiedBuffer("data", CharsetUtil.UTF_8); }

ByteBuf又是什么呢？

它是Netty框架自己封装的一个字符底层对象，是一个对 byte[] 和 ByteBuffer NIO 的抽象类，更官网的说就是“零个或多个字节的随机和顺序可访问的序列。”，如下是源码的解释

/** * A random and sequential accessible sequence of zero or more bytes (octets). * This interface provides an abstract view for one or more primitive byte * arrays ({@code byte[]}) and {@linkplain ByteBuffer NIO buffers}. */ public abstract class ByteBuf implements ReferenceCounted, Comparable
      
        { //...... }
      

由上一段源码可以看出，ByteBuf是一个抽象类，所以我们不能通过 new 的形式来创建一个新的ByteBuf对象。那么我们可以通过Netty提供的一个 final 的工具类 Unpooled（你将其看作是一个创建ByteBuf的工具类就好了）。

/** * Creates a new {@link ByteBuf} by allocating new space or by wrapping * or copying existing byte arrays, byte buffers and a string. */ public final class Unpooled { //...... }

这真是一个有趣的过程，那么接下来我们仅需要再看看 copiedBuffer 这个方法了。这个方法相对简单，就是我们将创建一个新的缓冲区，其内容是我们指定的 UTF-8字符集 编码指定的 “data” ，同时这个新的缓冲区的读索引和写索引分别是0和字符串的长度。

3、冲刷数据

@Overridepublic void channelRead(ChannelHandlerContext ctx, Object msg) throws Exception { //获取链接实例 Channel channel = ctx.channel(); //创建一个持有数据的ByteBuf ByteBuf buf = Unpooled.copiedBuffer("data", CharsetUtil.UTF_8); //数据冲刷 channel.writeAndFlush(buf); }

我相信大部分人都是直接这么写的，因为我们经常理所当然的启动测试，并在客户端接受到了这个 “data” 消息。那么我们是否应该注意一下，这个数据冲刷会返回一个什么值，我们要如何才能在服务端知道，这次数据冲刷是成功还是失败呢？

那么其实Netty框架已经考虑到了这个点，本次数据冲刷我们将得到一个 ChannelFuture 。

@Overridepublic void channelRead(ChannelHandlerContext ctx, Object msg) throws Exception { //获取链接实例 Channel channel = ctx.channel(); //创建一个持有数据的ByteBuf ByteBuf buf = Unpooled.copiedBuffer("data", CharsetUtil.UTF_8); //数据冲刷 ChannelFuture cf = channel.writeAndFlush(buf); }

是的，他就是 Channel 异步IO操作的结果，它是一个接口，并继承了Future。（如下为源码的解释）

/** * The result of an asynchronous {@link Channel} I/O operation. */ public interface ChannelFuture extends Future
      
        { //...... }
      

既然如此，那么我们可以明显的知道我们可以对其添加对应的监听。

4、异步回调结果监听

@Overridepublic void channelRead(ChannelHandlerContext ctx, Object msg) throws Exception { //获取链接实例 Channel channel = ctx.channel(); //创建一个持有数据的ByteBuf ByteBuf buf = Unpooled.copiedBuffer("data", CharsetUtil.UTF_8); //数据冲刷 ChannelFuture cf = channel.writeAndFlush(buf); //添加ChannelFutureListener以便在写操作完成后接收通知 cf.addListener(new ChannelFutureListener() { @Override public void operationComplete(ChannelFuture future) throws Exception { //写操作完成，并没有错误发生 if (future.isSuccess()){ System.out.println("successful"); }else{ //记录错误 System.out.println("error"); future.cause().printStackTrace(); } } }); }

好的，我们可以简单的从代码理解到，我们将通过对异步IO的结果监听，得到本次运行的结果。我想这才是一个相对完整的 数据冲刷（writeAndFlush）。

测试线程安全的流程

对于线程安全的测试，我们将模拟多个线程去执行数据冲刷操作，我们可以用到 Executor 。

我们可以这样理解 Executor ，是一种省略了线程启用与调度的方式，你只需要传递一个 Runnable给它即可，你不再需要去 start 一个线程。（如下是源码的解释）

/** * An object that executes submitted {@link Runnable} tasks. This * interface provides a way of decoupling task submission from the * mechanics of how each task will be run, including details of thread * use, scheduling, etc. An {@code Executor} is normally used * instead of explicitly creating threads. For example, rather than * invoking {@code new Thread(new(RunnableTask())).start()} for each * of a set of tasks, you might use:... */ public interface Executor { //...... }

那么我们的测试代码，大致是这样的。

final Channel channel = ctx.channel(); //创建要写数据的ByteBuf final ByteBuf buf = Unpooled.copiedBuffer("data",CharsetUtil.UTF_8).retain(); //创建将数据写到Channel的Runnable Runnable writer = new Runnable() { @Override public void run() { ChannelFuture cf = channel.writeAndFlush(buf.duplicate()); cf.addListener(new ChannelFutureListener() { @Override public void operationComplete(ChannelFuture future) throws Exception { //写操作完成，并没有错误发生 if (future.isSuccess()){ System.out.println("successful"); }else{ //记录错误 System.out.println("error"); future.cause().printStackTrace(); } } }); } }; //获取到线程池的Executor的引用 Executor executor = Executors.newCachedThreadPool(); //提交到某个线程中执行 executor.execute(writer); //提交到另一个线程中执行 executor.execute(writer);

这里，我们需要注意的是：

创建 ByteBuf 的时候，我们使用了 retain 这个方法，他是将我们生成的这个 ByteBuf 进行保留操作。

在 ByteBuf 中有这样的一种区域： 非保留和保留派生缓冲区。

这里有点复杂，我们可以简单的理解，如果调用了 retain 那么数据就存在派生缓冲区中，如果没有调用，则会在调用后，移除这一个字符数据。（如下是 ByteBuf 源码的解释）

/*
Non-retained and retained derived buffers
 * * Note that the {@link #duplicate()}, {@link #slice()}, {@link #slice(int, int)} and {@link #readSlice(int)} does NOT * call {@link #retain()} on the returned derived buffer, and thus its reference count will NOT be increased. If you * need to create a derived buffer with increased reference count, consider using {@link #retainedDuplicate()}, * {@link #retainedSlice()}, {@link #retainedSlice(int, int)} and {@link #readRetainedSlice(int)} which may return * a buffer implementation that produces less garbage. */

好的，我想你可以自己动手去测试一下，最好再看看源码，加深一下实现的原理印象。

这里的线程池并不是现实线程安全，而是用来做测试多线程的，Netty的Channel实现是线程安全的，所以我们可以存储一个到Channel的引用，并且每当我们需要向远程节点写数据时，都可以使用它，即使当时许多线程都在使用它，消息也会被保证按顺序发送的。

结语

最后，介绍一下，个人的一个基于Netty的开源项目：

一个轻量级、高效率的支持多端（应用与硬件Iot）的异步网络应用通讯框架