Netty网络编程第四卷

2022-05-06 13:17:42 浏览数 (1)

Netty网络编程第四卷

  • 四. 优化与源码
    • 1. 优化
      • 1.1 扩展序列化算法
      • 1.2 参数调优
        • 1）CONNECT_TIMEOUT_MILLIS
        • 2）SO_BACKLOG
        • 3）ulimit -n
        • 4）TCP_NODELAY
        • 5）SO_SNDBUF & SO_RCVBUF
        • 6）ALLOCATOR
        • 7）RCVBUF_ALLOCATOR
      • 1.3 RPC 框架
        • 1）准备工作
        • 2）服务器 handler
        • 3）客户端代码第一版
        • 4）客户端 handler 第一版
        • 5）客户端代码 第二版
        • 6）客户端 handler 第二版
        • 思路整理
        • gitee仓库rpc框架源码链接
    • 2. 源码分析
      • 2.1 启动剖析

四. 优化与源码

1. 优化

1.1 扩展序列化算法

序列化，反序列化主要用在消息正文的转换上

  • 序列化时，需要将 Java 对象变为要传输的数据（可以是 byte[]，或 json 等，最终都需要变成 byte[]）
  • 反序列化时，需要将传入的正文数据还原成 Java 对象，便于处理

目前的代码仅支持 Java 自带的序列化，反序列化机制，核心代码如下

代码语言：javascript复制
// 反序列化
byte[] body = new byte[bodyLength];
byteByf.readBytes(body);
ObjectInputStream in = new ObjectInputStream(new ByteArrayInputStream(body));
Message message = (Message) in.readObject();
message.setSequenceId(sequenceId);

// 序列化
ByteArrayOutputStream out = new ByteArrayOutputStream();
new ObjectOutputStream(out).writeObject(message);
byte[] bytes = out.toByteArray();

为了支持更多序列化算法，抽象一个 Serializer 接口

代码语言：javascript复制
public interface Serializer {

    // 反序列化方法
    <T> T deserialize(Class<T> clazz, byte[] bytes);

    // 序列化方法
    <T> byte[] serialize(T object);

}

提供两个实现，我这里直接将实现加入了枚举类 Serializer.Algorithm 中

代码语言：javascript复制
enum SerializerAlgorithm implements Serializer {
	// Java 实现
    Java {
        @Override
        public <T> T deserialize(Class<T> clazz, byte[] bytes) {
            try {
                ObjectInputStream in = 
                    new ObjectInputStream(new ByteArrayInputStream(bytes));
                Object object = in.readObject();
                return (T) object;
            } catch (IOException | ClassNotFoundException e) {
                throw new RuntimeException("SerializerAlgorithm.Java 反序列化错误", e);
            }
        }

        @Override
        public <T> byte[] serialize(T object) {
            try {
                ByteArrayOutputStream out = new ByteArrayOutputStream();
                new ObjectOutputStream(out).writeObject(object);
                return out.toByteArray();
            } catch (IOException e) {
                throw new RuntimeException("SerializerAlgorithm.Java 序列化错误", e);
            }
        }
    }, 
    // Json 实现(引入了 Gson 依赖)
    Json {
        @Override
        public <T> T deserialize(Class<T> clazz, byte[] bytes) {
            return new Gson().fromJson(new String(bytes, StandardCharsets.UTF_8), clazz);
        }

        @Override
        public <T> byte[] serialize(T object) {
            return new Gson().toJson(object).getBytes(StandardCharsets.UTF_8);
        }
    };

    // 需要从协议的字节中得到是哪种序列化算法
    public static SerializerAlgorithm getByInt(int type) {
        SerializerAlgorithm[] array = SerializerAlgorithm.values();
        if (type < 0 || type > array.length - 1) {
            throw new IllegalArgumentException("超过 SerializerAlgorithm 范围");
        }
        return array[type];
    }
}

增加配置类和配置文件

代码语言：javascript复制
public abstract class Config {
    static Properties properties;
    static {
        try (InputStream in = Config.class.getResourceAsStream("/application.properties")) {
            properties = new Properties();
            properties.load(in);
        } catch (IOException e) {
            throw new ExceptionInInitializerError(e);
        }
    }
    public static int getServerPort() {
        String value = properties.getProperty("server.port");
        if(value == null) {
            return 8080;
        } else {
            return Integer.parseInt(value);
        }
    }
    public static Serializer.Algorithm getSerializerAlgorithm() {
        String value = properties.getProperty("serializer.algorithm");
        if(value == null) {
            return Serializer.Algorithm.Java;
        } else {
            return Serializer.Algorithm.valueOf(value);
        }
    }
}

配置文件

代码语言：javascript复制
serializer.algorithm=Json

修改编解码器

代码语言：javascript复制
/**
 * 必须和 LengthFieldBasedFrameDecoder 一起使用，确保接到的 ByteBuf 消息是完整的
 */
public class MessageCodecSharable extends MessageToMessageCodec<ByteBuf, Message> {
    @Override
    public void encode(ChannelHandlerContext ctx, Message msg, List<Object> outList) throws Exception {
        ByteBuf out = ctx.alloc().buffer();
        // 1. 4 字节的魔数
        out.writeBytes(new byte[]{1, 2, 3, 4});
        // 2. 1 字节的版本,
        out.writeByte(1);
        // 3. 1 字节的序列化方式 jdk 0 , json 1
        out.writeByte(Config.getSerializerAlgorithm().ordinal());
        // 4. 1 字节的指令类型
        out.writeByte(msg.getMessageType());
        // 5. 4 个字节
        out.writeInt(msg.getSequenceId());
        // 无意义，对齐填充
        out.writeByte(0xff);
        // 6. 获取内容的字节数组
        byte[] bytes = Config.getSerializerAlgorithm().serialize(msg);
        // 7. 长度
        out.writeInt(bytes.length);
        // 8. 写入内容
        out.writeBytes(bytes);
        outList.add(out);
    }

    @Override
    protected void decode(ChannelHandlerContext ctx, ByteBuf in, List<Object> out) throws Exception {
        int magicNum = in.readInt();
        byte version = in.readByte();
        byte serializerAlgorithm = in.readByte(); // 0 或 1
        byte messageType = in.readByte(); // 0,1,2...
        int sequenceId = in.readInt();
        in.readByte();
        int length = in.readInt();
        byte[] bytes = new byte[length];
        in.readBytes(bytes, 0, length);

        // 找到反序列化算法
        Serializer.Algorithm algorithm = Serializer.Algorithm.values()[serializerAlgorithm];
        // 确定具体消息类型
        Class<? extends Message> messageClass = Message.getMessageClass(messageType);
        Message message = algorithm.deserialize(messageClass, bytes);
//        log.debug("{}, {}, {}, {}, {}, {}", magicNum, version, serializerType, messageType, sequenceId, length);
//        log.debug("{}", message);
        out.add(message);
    }
}

其中确定具体消息类型，可以根据 消息类型字节 获取到对应的 消息 class

代码语言：javascript复制
@Data
public abstract class Message implements Serializable {

    /**
     * 根据消息类型字节，获得对应的消息 class
     * @param messageType 消息类型字节
     * @return 消息 class
     */
    public static Class<? extends Message> getMessageClass(int messageType) {
        return messageClasses.get(messageType);
    }

    private int sequenceId;

    private int messageType;

    public abstract int getMessageType();

    public static final int LoginRequestMessage = 0;
    public static final int LoginResponseMessage = 1;
    public static final int ChatRequestMessage = 2;
    public static final int ChatResponseMessage = 3;
    public static final int GroupCreateRequestMessage = 4;
    public static final int GroupCreateResponseMessage = 5;
    public static final int GroupJoinRequestMessage = 6;
    public static final int GroupJoinResponseMessage = 7;
    public static final int GroupQuitRequestMessage = 8;
    public static final int GroupQuitResponseMessage = 9;
    public static final int GroupChatRequestMessage = 10;
    public static final int GroupChatResponseMessage = 11;
    public static final int GroupMembersRequestMessage = 12;
    public static final int GroupMembersResponseMessage = 13;
    public static final int PingMessage = 14;
    public static final int PongMessage = 15;
    private static final Map<Integer, Class<? extends Message>> messageClasses = new HashMap<>();

    static {
        messageClasses.put(LoginRequestMessage, LoginRequestMessage.class);
        messageClasses.put(LoginResponseMessage, LoginResponseMessage.class);
        messageClasses.put(ChatRequestMessage, ChatRequestMessage.class);
        messageClasses.put(ChatResponseMessage, ChatResponseMessage.class);
        messageClasses.put(GroupCreateRequestMessage, GroupCreateRequestMessage.class);
        messageClasses.put(GroupCreateResponseMessage, GroupCreateResponseMessage.class);
        messageClasses.put(GroupJoinRequestMessage, GroupJoinRequestMessage.class);
        messageClasses.put(GroupJoinResponseMessage, GroupJoinResponseMessage.class);
        messageClasses.put(GroupQuitRequestMessage, GroupQuitRequestMessage.class);
        messageClasses.put(GroupQuitResponseMessage, GroupQuitResponseMessage.class);
        messageClasses.put(GroupChatRequestMessage, GroupChatRequestMessage.class);
        messageClasses.put(GroupChatResponseMessage, GroupChatResponseMessage.class);
        messageClasses.put(GroupMembersRequestMessage, GroupMembersRequestMessage.class);
        messageClasses.put(GroupMembersResponseMessage, GroupMembersResponseMessage.class);
    }
}

1.2 参数调优

1）CONNECT_TIMEOUT_MILLIS
  • 属于 SocketChannal 参数
  • 用在客户端建立连接时，如果在指定毫秒内无法连接，会抛出 timeout 异常
  • SO_TIMEOUT 主要用在阻塞 IO，阻塞 IO 中 accept，read 等都是无限等待的，如果不希望永远阻塞，使用它调整超时时间
代码语言：javascript复制
@Slf4j
public class TestConnectionTimeout {
    public static void main(String[] args) {
        NioEventLoopGroup group = new NioEventLoopGroup();
        try {
            Bootstrap bootstrap = new Bootstrap()
                    .group(group)
                    .option(ChannelOption.CONNECT_TIMEOUT_MILLIS, 300)
                    .channel(NioSocketChannel.class)
                    .handler(new LoggingHandler());
            ChannelFuture future = bootstrap.connect("127.0.0.1", 8080);
            future.sync().channel().closeFuture().sync(); // 断点1
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
            log.debug("timeout");
        } finally {
            group.shutdownGracefully();
        }
    }
}

如果设置连接超时为5秒，并且连接不存在的主机，那么不到五秒就会抛出一个里连接拒绝异常:

另外源码部分 io.netty.channel.nio.AbstractNioChannel.AbstractNioUnsafe#connect

这里底层使用Promise在两个线程间做数据共享

代码语言：javascript复制
@Override
public final void connect(
        final SocketAddress remoteAddress, final SocketAddress localAddress, final ChannelPromise promise) {
    // ...
    // Schedule connect timeout.
    int connectTimeoutMillis = config().getConnectTimeoutMillis();
    if (connectTimeoutMillis > 0) {
        connectTimeoutFuture = eventLoop().schedule(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {                
                ChannelPromise connectPromise = AbstractNioChannel.this.connectPromise;
                ConnectTimeoutException cause =
                    new ConnectTimeoutException("connection timed out: "   remoteAddress); // 断点2
                if (connectPromise != null && connectPromise.tryFailure(cause)) {
                    close(voidPromise());
                }
            }
        }, connectTimeoutMillis, TimeUnit.MILLISECONDS);
    }
	// ...
}
  • netty线程之间的通信采用的是promise
  • netty的eventLoop对象可以执行定时任务
2）SO_BACKLOG
  • 属于 ServerSocketChannal 参数
  • 服务端的bind用来绑定端口,底层调用listen监听客户端连接
  • 客户端的connect发送一次连接请求
  • 还没有完成三次握手的连接信息会放入半连接队列
  • 已经完成三次握手的连接信息会放入全连接队列
  1. 第一次握手，client 发送 SYN 到 server，状态修改为 SYN_SEND，server 收到，状态改变为 SYN_REVD，并将该请求放入 sync queue 队列
  2. 第二次握手，server 回复 SYN ACK 给 client，client 收到，状态改变为 ESTABLISHED，并发送 ACK 给 server
  3. 第三次握手，server 收到 ACK，状态改变为 ESTABLISHED，将该请求从 sync queue 放入 accept queue

accept函数的调用是发生在三次握手之后，并且不是三次握手完成后，立马就可以拿到客户端连接请求，而是会从全连接队列中获取，这样可以防止同时大量连接进行，服务端处理不了的情况

其中

  • 在 linux 2.2 之前，backlog 大小包括了两个队列的大小，在 2.2 之后，分别用下面两个参数来控制
  • sync queue - 半连接队列
    • 大小通过 /proc/sys/net/ipv4/tcp_max_syn_backlog 指定，在 syncookies 启用的情况下，逻辑上没有最大值限制，这个设置便被忽略
  • accept queue - 全连接队列
    • 其大小通过 /proc/sys/net/core/somaxconn 指定，在使用 listen 函数时，内核会根据传入的 backlog 参数与系统参数，取二者的较小值
    • 如果 accpet queue 队列满了，server 将发送一个拒绝连接的错误信息到 client

netty 中

可以通过 option(ChannelOption.SO_BACKLOG, 值) 来设置大小

源码查找netty中backlog设置位置：

  • backlog参数是在ServerScoketChannel底层bind的时候作为参数传入的

这里我们只看netty的引用

我们追踪config对象，查看一下backlog的默认值

可以通过下面源码查看默认大小

代码语言：javascript复制
public class DefaultServerSocketChannelConfig extends DefaultChannelConfig
                                              implements ServerSocketChannelConfig {

    private volatile int backlog = NetUtil.SOMAXCONN;
    // ...
}

nio调试关键断点为：io.netty.channel.nio.NioEventLoop#processSelectedKey

oio 中更容易说明，不用 debug 模式

代码语言：javascript复制
public class Server {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        ServerSocket ss = new ServerSocket(8888, 2);
        Socket accept = ss.accept();
        System.out.println(accept);
        System.in.read();
    }
}

客户端启动 4 个

代码语言：javascript复制
public class Client {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        try {
            Socket s = new Socket();
            System.out.println(new Date() " connecting...");
            s.connect(new InetSocketAddress("localhost", 8888),1000);
            System.out.println(new Date() " connected...");
            s.getOutputStream().write(1);
            System.in.read();
        } catch (IOException e) {
            System.out.println(new Date() " connecting timeout...");
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

第 1，2，3 个客户端都打印，但除了第一个处于 accpet 外，其它两个都处于 accept queue 中

代码语言：javascript复制
Tue Apr 21 20:30:28 CST 2020 connecting...
Tue Apr 21 20:30:28 CST 2020 connected...

第 4 个客户端连接时

代码语言：javascript复制
Tue Apr 21 20:53:58 CST 2020 connecting...
Tue Apr 21 20:53:59 CST 2020 connecting timeout...
java.net.SocketTimeoutException: connect timed out
3）ulimit -n
  • 属于操作系统参数
  • 限制一个进程最大能够打开的文件描述符的数量
4）TCP_NODELAY
  • 属于 SocketChannal 参数
  • netty默认设置为false，表示开启nagal算法，nagal算法会导致黏包和消息发送不及时的现象,根据情况决定是否开启
5）SO_SNDBUF & SO_RCVBUF
  • SO_SNDBUF 属于 SocketChannal 参数,操作系统发送窗口大小
  • SO_RCVBUF 既可用于 SocketChannal 参数，也可以用于 Serv,erSocketChannal 参数（建议设置到 ServerSocketChannal 上）,操作系统接收窗口大小

操作系统底层会动态调整，建议不改

6）ALLOCATOR
  • 属于 SocketChannal 参数
  • 用来分配 ByteBuf， ctx.alloc()

源码追踪默认实现

channelConfig是专门配置通过的相关信息的，找其默认实现

追踪默认ByteBuf配置

  • ByteBufUtil找到最终的默认配置如下
代码语言：javascript复制
 static {
        String allocType = SystemPropertyUtil.get(
                "io.netty.allocator.type", PlatformDependent.isAndroid() ? "unpooled" : "pooled");
        allocType = allocType.toLowerCase(Locale.US).trim();

        ByteBufAllocator alloc;
        if ("unpooled".equals(allocType)) {
            alloc = UnpooledByteBufAllocator.DEFAULT;
            logger.debug("-Dio.netty.allocator.type: {}", allocType);
        } else if ("pooled".equals(allocType)) {
            alloc = PooledByteBufAllocator.DEFAULT;
            logger.debug("-Dio.netty.allocator.type: {}", allocType);
        } else {
            alloc = PooledByteBufAllocator.DEFAULT;
            logger.debug("-Dio.netty.allocator.type: pooled (unknown: {})", allocType);
        }

        DEFAULT_ALLOCATOR = alloc;

        THREAD_LOCAL_BUFFER_SIZE = SystemPropertyUtil.getInt("io.netty.threadLocalDirectBufferSize", 0);
        logger.debug("-Dio.netty.threadLocalDirectBufferSize: {}", THREAD_LOCAL_BUFFER_SIZE);

        MAX_CHAR_BUFFER_SIZE = SystemPropertyUtil.getInt("io.netty.maxThreadLocalCharBufferSize", 16 * 1024);
        logger.debug("-Dio.netty.maxThreadLocalCharBufferSize: {}", MAX_CHAR_BUFFER_SIZE);
    }

通过下面的VM虚拟参数可以设置，应用启动默认采用池化类型还是非池化类型的缓冲区

代码语言：javascript复制
-Dio.netty.allocator.type

追踪采用堆内存还是直接内存的默认实现

下面追踪这个参数的默认实现

-Dio.netty.noPreferDirect控制是直接内存还是堆内存

7）RCVBUF_ALLOCATOR
  • 属于 SocketChannal 参数
  • 控制 netty 接收缓冲区大小
  • 负责入站数据的分配，决定入站缓冲区的大小（并可动态调整），统一采用 direct 直接内存，具体池化还是非池化由 allocator 决定

netty对于IO读取的操作，统一采用直接内存，而非堆内存，下面源码走一波:

  • AbstractNioByteChannel
  • guess方法会动态根据这几次的数据量对bytebuf的内存大小进行调整

1.3 RPC 框架

1）准备工作

这些代码可以认为是现成的，无需从头编写练习

为了简化起见，在原来聊天项目的基础上新增 Rpc 请求和响应消息

代码语言：javascript复制
@Data
public abstract class Message implements Serializable {

    // 省略旧的代码

    public static final int RPC_MESSAGE_TYPE_REQUEST = 101;
    public static final int  RPC_MESSAGE_TYPE_RESPONSE = 102;

    static {
        // ...
        messageClasses.put(RPC_MESSAGE_TYPE_REQUEST, RpcRequestMessage.class);
        messageClasses.put(RPC_MESSAGE_TYPE_RESPONSE, RpcResponseMessage.class);
    }

}

请求消息

代码语言：javascript复制
@Getter
@ToString(callSuper = true)
public class RpcRequestMessage extends Message {

    /**
     * 调用的接口全限定名，服务端根据它找到实现
     */
    private String interfaceName;
    /**
     * 调用接口中的方法名
     */
    private String methodName;
    /**
     * 方法返回类型
     */
    private Class<?> returnType;
    /**
     * 方法参数类型数组
     */
    private Class[] parameterTypes;
    /**
     * 方法参数值数组
     */
    private Object[] parameterValue;

    public RpcRequestMessage(int sequenceId, String interfaceName, String methodName, Class<?> returnType, Class[] parameterTypes, Object[] parameterValue) {
        super.setSequenceId(sequenceId);
        this.interfaceName = interfaceName;
        this.methodName = methodName;
        this.returnType = returnType;
        this.parameterTypes = parameterTypes;
        this.parameterValue = parameterValue;
    }

    @Override
    public int getMessageType() {
        return RPC_MESSAGE_TYPE_REQUEST;
    }
}

响应消息

代码语言：javascript复制
@Data
@ToString(callSuper = true)
public class RpcResponseMessage extends Message {
    /**
     * 返回值
     */
    private Object returnValue;
    /**
     * 异常值
     */
    private Exception exceptionValue;

    @Override
    public int getMessageType() {
        return RPC_MESSAGE_TYPE_RESPONSE;
    }
}

服务器架子

代码语言：javascript复制
@Slf4j
public class RpcServer {
    public static void main(String[] args) {
        NioEventLoopGroup boss = new NioEventLoopGroup();
        NioEventLoopGroup worker = new NioEventLoopGroup();
        LoggingHandler LOGGING_HANDLER = new LoggingHandler(LogLevel.DEBUG);
        MessageCodecSharable MESSAGE_CODEC = new MessageCodecSharable();
        
        // rpc 请求消息处理器，待实现
        RpcRequestMessageHandler RPC_HANDLER = new RpcRequestMessageHandler();
        try {
            ServerBootstrap serverBootstrap = new ServerBootstrap();
            serverBootstrap.channel(NioServerSocketChannel.class);
            serverBootstrap.group(boss, worker);
            serverBootstrap.childHandler(new ChannelInitializer<SocketChannel>() {
                @Override
                protected void initChannel(SocketChannel ch) throws Exception {
                    ch.pipeline().addLast(new ProcotolFrameDecoder());
                    ch.pipeline().addLast(LOGGING_HANDLER);
                    ch.pipeline().addLast(MESSAGE_CODEC);
                    ch.pipeline().addLast(RPC_HANDLER);
                }
            });
            Channel channel = serverBootstrap.bind(8080).sync().channel();
            channel.closeFuture().sync();
        } catch (InterruptedException e) {
            log.error("server error", e);
        } finally {
            boss.shutdownGracefully();
            worker.shutdownGracefully();
        }
    }
}

客户端架子

代码语言：javascript复制
public class RpcClient {
    public static void main(String[] args) {
        NioEventLoopGroup group = new NioEventLoopGroup();
        LoggingHandler LOGGING_HANDLER = new LoggingHandler(LogLevel.DEBUG);
        MessageCodecSharable MESSAGE_CODEC = new MessageCodecSharable();
        
        // rpc 响应消息处理器，待实现
        RpcResponseMessageHandler RPC_HANDLER = new RpcResponseMessageHandler();
        try {
            Bootstrap bootstrap = new Bootstrap();
            bootstrap.channel(NioSocketChannel.class);
            bootstrap.group(group);
            bootstrap.handler(new ChannelInitializer<SocketChannel>() {
                @Override
                protected void initChannel(SocketChannel ch) throws Exception {
                    ch.pipeline().addLast(new ProcotolFrameDecoder());
                    ch.pipeline().addLast(LOGGING_HANDLER);
                    ch.pipeline().addLast(MESSAGE_CODEC);
                    ch.pipeline().addLast(RPC_HANDLER);
                }
            });
            Channel channel = bootstrap.connect("localhost", 8080).sync().channel();
            channel.closeFuture().sync();
        } catch (Exception e) {
            log.error("client error", e);
        } finally {
            group.shutdownGracefully();
        }
    }
}

服务器端的 service 获取

代码语言：javascript复制
public class ServicesFactory {

    static Properties properties;
    static Map<Class<?>, Object> map = new ConcurrentHashMap<>();

    static {
        try (InputStream in = Config.class.getResourceAsStream("/application.properties")) {
            properties = new Properties();
            properties.load(in);
            Set<String> names = properties.stringPropertyNames();
            for (String name : names) {
                if (name.endsWith("Service")) {
                    Class<?> interfaceClass = Class.forName(name);
                    Class<?> instanceClass = Class.forName(properties.getProperty(name));
                    map.put(interfaceClass, instanceClass.newInstance());
                }
            }
        } catch (IOException | ClassNotFoundException | InstantiationException | IllegalAccessException e) {
            throw new ExceptionInInitializerError(e);
        }
    }

    public static <T> T getService(Class<T> interfaceClass) {
        return (T) map.get(interfaceClass);
    }
}

相关配置 application.properties

代码语言：javascript复制
serializer.algorithm=Json
cn.itcast.server.service.HelloService=cn.itcast.server.service.HelloServiceImpl
2）服务器 handler
代码语言：javascript复制
@Slf4j
@ChannelHandler.Sharable
public class RpcRequestMessageHandler extends SimpleChannelInboundHandler<RpcRequestMessage> {

    @Override
    protected void channelRead0(ChannelHandlerContext ctx, RpcRequestMessage message) {
        RpcResponseMessage response = new RpcResponseMessage();
        response.setSequenceId(message.getSequenceId());
        try {
            // 获取真正的实现对象
            HelloService service = (HelloService)
                    ServicesFactory.getService(Class.forName(message.getInterfaceName()));
            
            // 获取要调用的方法
            Method method = service.getClass().getMethod(message.getMethodName(), message.getParameterTypes());
            
            // 调用方法
            Object invoke = method.invoke(service, message.getParameterValue());
            // 调用成功
            response.setReturnValue(invoke);
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
            // 调用异常
            response.setExceptionValue(e);
        }
        // 返回结果
        ctx.writeAndFlush(response);
    }
}
3）客户端代码第一版

只发消息

代码语言：javascript复制
@Slf4j
public class RpcClient {
    public static void main(String[] args) {
        NioEventLoopGroup group = new NioEventLoopGroup();
        LoggingHandler LOGGING_HANDLER = new LoggingHandler(LogLevel.DEBUG);
        MessageCodecSharable MESSAGE_CODEC = new MessageCodecSharable();
        RpcResponseMessageHandler RPC_HANDLER = new RpcResponseMessageHandler();
        try {
            Bootstrap bootstrap = new Bootstrap();
            bootstrap.channel(NioSocketChannel.class);
            bootstrap.group(group);
            bootstrap.handler(new ChannelInitializer<SocketChannel>() {
                @Override
                protected void initChannel(SocketChannel ch) throws Exception {
                    ch.pipeline().addLast(new ProcotolFrameDecoder());
                    ch.pipeline().addLast(LOGGING_HANDLER);
                    ch.pipeline().addLast(MESSAGE_CODEC);
                    ch.pipeline().addLast(RPC_HANDLER);
                }
            });
            Channel channel = bootstrap.connect("localhost", 8080).sync().channel();

            ChannelFuture future = channel.writeAndFlush(new RpcRequestMessage(
                    1,
                    "cn.itcast.server.service.HelloService",
                    "sayHello",
                    String.class,
                    new Class[]{String.class},
                    new Object[]{"张三"}
            )).addListener(promise -> {
                if (!promise.isSuccess()) {
                    Throwable cause = promise.cause();
                    log.error("error", cause);
                }
            });

            channel.closeFuture().sync();
        } catch (Exception e) {
            log.error("client error", e);
        } finally {
            group.shutdownGracefully();
        }
    }
}
4）客户端 handler 第一版
代码语言：javascript复制
@Slf4j
@ChannelHandler.Sharable
public class RpcResponseMessageHandler extends SimpleChannelInboundHandler<RpcResponseMessage> {
    @Override
    protected void channelRead0(ChannelHandlerContext ctx, RpcResponseMessage msg) throws Exception {
        log.debug("{}", msg);
    }
}
5）客户端代码 第二版

包括 channel 管理，代理，接收结果

代码语言：javascript复制
@Slf4j
public class RpcClientManager {


    public static void main(String[] args) {
        HelloService service = getProxyService(HelloService.class);
        System.out.println(service.sayHello("zhangsan"));
//        System.out.println(service.sayHello("lisi"));
//        System.out.println(service.sayHello("wangwu"));
    }

    // 创建代理类
    public static <T> T getProxyService(Class<T> serviceClass) {
        ClassLoader loader = serviceClass.getClassLoader();
        Class<?>[] interfaces = new Class[]{serviceClass};
        //                                                            sayHello  "张三"
        Object o = Proxy.newProxyInstance(loader, interfaces, (proxy, method, args) -> {
            // 1. 将方法调用转换为 消息对象
            int sequenceId = SequenceIdGenerator.nextId();
            RpcRequestMessage msg = new RpcRequestMessage(
                    sequenceId,
                    serviceClass.getName(),
                    method.getName(),
                    method.getReturnType(),
                    method.getParameterTypes(),
                    args
            );
            // 2. 将消息对象发送出去
            getChannel().writeAndFlush(msg);

            // 3. 准备一个空 Promise 对象，来接收结果             指定 promise 对象异步接收结果线程
            DefaultPromise<Object> promise = new DefaultPromise<>(getChannel().eventLoop());
            RpcResponseMessageHandler.PROMISES.put(sequenceId, promise);

//            promise.addListener(future -> {
//                // 线程
//            });

            // 4. 等待 promise 结果
            promise.await();
            if(promise.isSuccess()) {
                // 调用正常
                return promise.getNow();
            } else {
                // 调用失败
                throw new RuntimeException(promise.cause());
            }
        });
        return (T) o;
    }

    private static Channel channel = null;
    private static final Object LOCK = new Object();

    // 获取唯一的 channel 对象
    public static Channel getChannel() {
        if (channel != null) {
            return channel;
        }
        synchronized (LOCK) { //  t2
            if (channel != null) { // t1
                return channel;
            }
            initChannel();
            return channel;
        }
    }

    // 初始化 channel 方法
    private static void initChannel() {
        NioEventLoopGroup group = new NioEventLoopGroup();
        LoggingHandler LOGGING_HANDLER = new LoggingHandler(LogLevel.DEBUG);
        MessageCodecSharable MESSAGE_CODEC = new MessageCodecSharable();
        RpcResponseMessageHandler RPC_HANDLER = new RpcResponseMessageHandler();
        Bootstrap bootstrap = new Bootstrap();
        bootstrap.channel(NioSocketChannel.class);
        bootstrap.group(group);
        bootstrap.handler(new ChannelInitializer<SocketChannel>() {
            @Override
            protected void initChannel(SocketChannel ch) throws Exception {
                ch.pipeline().addLast(new ProcotolFrameDecoder());
                ch.pipeline().addLast(LOGGING_HANDLER);
                ch.pipeline().addLast(MESSAGE_CODEC);
                ch.pipeline().addLast(RPC_HANDLER);
            }
        });
        try {
            channel = bootstrap.connect("localhost", 8080).sync().channel();
            channel.closeFuture().addListener(future -> {
                group.shutdownGracefully();
            });
        } catch (Exception e) {
            log.error("client error", e);
        }
    }
}
6）客户端 handler 第二版
代码语言：javascript复制
@Slf4j
@ChannelHandler.Sharable
public class RpcResponseMessageHandler extends SimpleChannelInboundHandler<RpcResponseMessage> {

    //                       序号      用来接收结果的 promise 对象
    public static final Map<Integer, Promise<Object>> PROMISES = new ConcurrentHashMap<>();

    @Override

    protected void channelRead0(ChannelHandlerContext ctx, RpcResponseMessage msg) throws Exception {
        log.debug("{}", msg);
        // 拿到空的 promise
        Promise<Object> promise = PROMISES.remove(msg.getSequenceId());
        if (promise != null) {
            Object returnValue = msg.getReturnValue();
            Exception exceptionValue = msg.getExceptionValue();
            if(exceptionValue != null) {
                promise.setFailure(exceptionValue);
            } else {
                promise.setSuccess(returnValue);
            }
        }
    }
}
思路整理

具体执行流程

2.所以我们客户端需要构建和服务器端能接收的通用请求

我们本地写和服务器端一样的接口 然后用代理模式 发送请求给服务器端 服务器端返回结果响应

这里我对注册中心没有进行实现，包括负载均衡也是

还有一个重点是,这里没有设置心跳机制，是一个缺陷，可能会出现客户端假死的情况

当然这里考虑到功能的需要，客户端需要手动通过EnableRpcMain注解开启rpc远程调用服务，为什么服务端不需要加?

  • 只有客户端开启了该服务，客户端采用通过代理对象调用方法，发送请求到服务端，然后阻塞等待结果
  • 服务器这边只有客户端发送请求过来，才会去执行对应的方法，然后返回方法结果
gitee仓库rpc框架源码链接

自己手写的半成品RPC框架

2. 源码分析

2.1 启动剖析

我们就来看看 netty 中对下面的代码是怎样进行处理的

下面是nio时期的基本步骤,包括netty在nio不同时期做的一些事件的简要概述:

代码语言：javascript复制
//1 netty 中使用 NioEventLoopGroup （简称 nio boss 线程）来封装线程和 selector
Selector selector = Selector.open(); 

//2 创建 NioServerSocketChannel，同时会初始化它关联的 handler，以及为原生 ssc 存储 config
//这里NioServerSocketChannel继承至ServerSocketChannel
NioServerSocketChannel attachment = new NioServerSocketChannel();

//3 创建 NioServerSocketChannel 时，创建了 java 原生的 ServerSocketChannel
ServerSocketChannel serverSocketChannel = ServerSocketChannel.open(); 
serverSocketChannel.configureBlocking(false);

//4 启动 nio boss 线程执行接下来的操作

//5 注册（仅关联 selector 和 NioServerSocketChannel），未关注事件
SelectionKey selectionKey = serverSocketChannel.register(selector, 0, attachment);

//6 head -> 初始化器 -> ServerBootstrapAcceptor -> tail，初始化器是一次性的，只为添加 acceptor

//7 绑定端口
serverSocketChannel.bind(new InetSocketAddress(8080));

//8 触发 channel active 事件，在 head 中关注 op_accept 事件
selectionKey.interestOps(SelectionKey.OP_ACCEPT);

入口 io.netty.bootstrap.ServerBootstrap#bind

关键代码 io.netty.bootstrap.AbstractBootstrap#doBind

doBind()方法做的工作比较多,下面我先对方法进行拆分讲解，在对局部进行深入分析

代码语言：javascript复制
private ChannelFuture doBind(final SocketAddress localAddress) {
	// 1. 执行初始化和注册 regFuture 会由 initAndRegister 设置其是否完成，从而回调 3.2 处代码
    final ChannelFuture regFuture = initAndRegister();
    final Channel channel = regFuture.channel();
    if (regFuture.cause() != null) {
        return regFuture;
    }

    // 2. 因为是 initAndRegister 异步执行，需要分两种情况来看，调试时也需要通过 suspend 断点类型加以区分
    // 2.1 如果已经完成
    if (regFuture.isDone()) {
        ChannelPromise promise = channel.newPromise();
        // 3.1 立刻调用 doBind0
        doBind0(regFuture, channel, localAddress, promise);
        return promise;
    } 
    // 2.2 还没有完成
    else {
        final PendingRegistrationPromise promise = new PendingRegistrationPromise(channel);
        // 3.2 回调 doBind0
        regFuture.addListener(new ChannelFutureListener() {
            @Override
            public void operationComplete(ChannelFuture future) throws Exception {
                Throwable cause = future.cause();
                if (cause != null) {
                    // 处理异常...
                    promise.setFailure(cause);
                } else {
                    promise.registered();
					// 3. 由注册线程去执行 doBind0
                    doBind0(regFuture, channel, localAddress, promise);
                }
            }
        });
        return promise;
    }
}

关键代码 io.netty.bootstrap.AbstractBootstrap#initAndRegister

到此为止,ServerSocketChannel创建完毕

init方法探究

一会在初始化器被调用的时候，再进行深入分析,下面来看register部分

eventLoop本质是一个线程池,线程池中的线程都是懒加载的，只有用到的时候才会创建，从register0方法开始，注册的一些工作就都由nio线程完成了，而不是主线程

下面进入register0方法，线程切换发生在这里

doregister方法结束，回到register0方法体内部

探究initChannel方法

下面执行的这行代码，大概可以猜出，是通知事件完成的信息，可能会唤醒或者通过监听器机制回调其他接口，那么这里会去唤醒或者回调什么呢？

  • 让我们回到最开始的doBind()方法中

这里就是通过同一个promise对象，完成回调

doBind0方法调用链比较长，我们只看最终的调用方法

绑定完端口，通道基本就绪，下一步就是唤醒干活的处理器了

默认通道上面有三个handler,是head--->accpetor--->tail处理器，上面会依次触发每个handler的active事件

初始时，active事件的触发主要是在head处理器中完成，下面我们来追踪一下

继续往下追踪，看看头处理都干了啥

read方法调用链很长，我们直接追踪到最终的调用方法

头处理器这里注册的是accept事件，不是读事件，不要被名字误导

到此为止，netty启动创建channel，绑定选择器，绑定端口，注册accept事件的流程就走完了

下面使用代码演示最后一遍流程

入口 io.netty.bootstrap.ServerBootstrap#bind

关键代码 io.netty.bootstrap.AbstractBootstrap#doBind

代码语言：javascript复制
private ChannelFuture doBind(final SocketAddress localAddress) {
	// 1. 执行初始化和注册 regFuture 会由 initAndRegister 设置其是否完成，从而回调 3.2 处代码
    final ChannelFuture regFuture = initAndRegister();
    final Channel channel = regFuture.channel();
    if (regFuture.cause() != null) {
        return regFuture;
    }

    // 2. 因为是 initAndRegister 异步执行，需要分两种情况来看，调试时也需要通过 suspend 断点类型加以区分
    // 2.1 如果已经完成
    if (regFuture.isDone()) {
        ChannelPromise promise = channel.newPromise();
        // 3.1 立刻调用 doBind0
        doBind0(regFuture, channel, localAddress, promise);
        return promise;
    } 
    // 2.2 还没有完成
    else {
        final PendingRegistrationPromise promise = new PendingRegistrationPromise(channel);
        // 3.2 回调 doBind0
        regFuture.addListener(new ChannelFutureListener() {
            @Override
            public void operationComplete(ChannelFuture future) throws Exception {
                Throwable cause = future.cause();
                if (cause != null) {
                    // 处理异常...
                    promise.setFailure(cause);
                } else {
                    promise.registered();
					// 3. 由注册线程去执行 doBind0
                    doBind0(regFuture, channel, localAddress, promise);
                }
            }
        });
        return promise;
    }
}

关键代码 io.netty.bootstrap.AbstractBootstrap#initAndRegister

代码语言：javascript复制
final ChannelFuture initAndRegister() {
    Channel channel = null;
    try {
        channel = channelFactory.newChannel();
        // 1.1 初始化 - 做的事就是添加一个初始化器 ChannelInitializer
        init(channel);
    } catch (Throwable t) {
        // 处理异常...
        return new DefaultChannelPromise(new FailedChannel(), GlobalEventExecutor.INSTANCE).setFailure(t);
    }

    // 1.2 注册 - 做的事就是将原生 channel 注册到 selector 上
    ChannelFuture regFuture = config().group().register(channel);
    if (regFuture.cause() != null) {
        // 处理异常...
    }
    return regFuture;
}

关键代码 io.netty.bootstrap.ServerBootstrap#init

代码语言：javascript复制
// 这里 channel 实际上是 NioServerSocketChannel
void init(Channel channel) throws Exception {
    final Map<ChannelOption<?>, Object> options = options0();
    synchronized (options) {
        setChannelOptions(channel, options, logger);
    }

    final Map<AttributeKey<?>, Object> attrs = attrs0();
    synchronized (attrs) {
        for (Entry<AttributeKey<?>, Object> e: attrs.entrySet()) {
            @SuppressWarnings("unchecked")
            AttributeKey<Object> key = (AttributeKey<Object>) e.getKey();
            channel.attr(key).set(e.getValue());
        }
    }

    ChannelPipeline p = channel.pipeline();

    final EventLoopGroup currentChildGroup = childGroup;
    final ChannelHandler currentChildHandler = childHandler;
    final Entry<ChannelOption<?>, Object>[] currentChildOptions;
    final Entry<AttributeKey<?>, Object>[] currentChildAttrs;
    synchronized (childOptions) {
        currentChildOptions = childOptions.entrySet().toArray(newOptionArray(0));
    }
    synchronized (childAttrs) {
        currentChildAttrs = childAttrs.entrySet().toArray(newAttrArray(0));
    }
	
    // 为 NioServerSocketChannel 添加初始化器
    p.addLast(new ChannelInitializer<Channel>() {
        @Override
        public void initChannel(final Channel ch) throws Exception {
            final ChannelPipeline pipeline = ch.pipeline();
            ChannelHandler handler = config.handler();
            if (handler != null) {
                pipeline.addLast(handler);
            }

            // 初始化器的职责是将 ServerBootstrapAcceptor 加入至 NioServerSocketChannel
            ch.eventLoop().execute(new Runnable() {
                @Override
                public void run() {
                    pipeline.addLast(new ServerBootstrapAcceptor(
                            ch, currentChildGroup, currentChildHandler, currentChildOptions, currentChildAttrs));
                }
            });
        }
    });
}

关键代码 io.netty.channel.AbstractChannel.AbstractUnsafe#register

代码语言：javascript复制
public final void register(EventLoop eventLoop, final ChannelPromise promise) {
    // 一些检查，略...

    AbstractChannel.this.eventLoop = eventLoop;

    if (eventLoop.inEventLoop()) {
        register0(promise);
    } else {
        try {
            // 首次执行 execute 方法时，会启动 nio 线程，之后注册等操作在 nio 线程上执行
            // 因为只有一个 NioServerSocketChannel 因此，也只会有一个 boss nio 线程
            // 这行代码完成的事实是 main -> nio boss 线程的切换
            eventLoop.execute(new Runnable() {
                @Override
                public void run() {
                    register0(promise);
                }
            });
        } catch (Throwable t) {
            // 日志记录...
            closeForcibly();
            closeFuture.setClosed();
            safeSetFailure(promise, t);
        }
    }
}

io.netty.channel.AbstractChannel.AbstractUnsafe#register0

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private void register0(ChannelPromise promise) {
    try {
        if (!promise.setUncancellable() || !ensureOpen(promise)) {
            return;
        }
        boolean firstRegistration = neverRegistered;
        // 1.2.1 原生的 nio channel 绑定到 selector 上，注意此时没有注册 selector 关注事件，附件为 NioServerSocketChannel
        doRegister();
        neverRegistered = false;
        registered = true;

        // 1.2.2 执行 NioServerSocketChannel 初始化器的 initChannel
        pipeline.invokeHandlerAddedIfNeeded();

        // 回调 3.2 io.netty.bootstrap.AbstractBootstrap#doBind0
        safeSetSuccess(promise);
        pipeline.fireChannelRegistered();
        
        // 对应 server socket channel 还未绑定，isActive 为 false
        if (isActive()) {
            if (firstRegistration) {
                pipeline.fireChannelActive();
            } else if (config().isAutoRead()) {
                beginRead();
            }
        }
    } catch (Throwable t) {
        // Close the channel directly to avoid FD leak.
        closeForcibly();
        closeFuture.setClosed();
        safeSetFailure(promise, t);
    }
}

关键代码 io.netty.channel.ChannelInitializer#initChannel

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private boolean initChannel(ChannelHandlerContext ctx) throws Exception {
    if (initMap.add(ctx)) { // Guard against re-entrance.
        try {
            // 1.2.2.1 执行初始化
            initChannel((C) ctx.channel());
        } catch (Throwable cause) {
            exceptionCaught(ctx, cause);
        } finally {
            // 1.2.2.2 移除初始化器
            ChannelPipeline pipeline = ctx.pipeline();
            if (pipeline.context(this) != null) {
                pipeline.remove(this);
            }
        }
        return true;
    }
    return false;
}

关键代码 io.netty.bootstrap.AbstractBootstrap#doBind0

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// 3.1 或 3.2 执行 doBind0
private static void doBind0(
        final ChannelFuture regFuture, final Channel channel,
        final SocketAddress localAddress, final ChannelPromise promise) {

    channel.eventLoop().execute(new Runnable() {
        @Override
        public void run() {
            if (regFuture.isSuccess()) {
                channel.bind(localAddress, promise).addListener(ChannelFutureListener.CLOSE_ON_FAILURE);
            } else {
                promise.setFailure(regFuture.cause());
            }
        }
    });
}

关键代码 io.netty.channel.AbstractChannel.AbstractUnsafe#bind

代码语言：javascript复制
public final void bind(final SocketAddress localAddress, final ChannelPromise promise) {
    assertEventLoop();

    if (!promise.setUncancellable() || !ensureOpen(promise)) {
        return;
    }

    if (Boolean.TRUE.equals(config().getOption(ChannelOption.SO_BROADCAST)) &&
        localAddress instanceof InetSocketAddress &&
        !((InetSocketAddress) localAddress).getAddress().isAnyLocalAddress() &&
        !PlatformDependent.isWindows() && !PlatformDependent.maybeSuperUser()) {
        // 记录日志...
    }

    boolean wasActive = isActive();
    try {
        // 3.3 执行端口绑定
        doBind(localAddress);
    } catch (Throwable t) {
        safeSetFailure(promise, t);
        closeIfClosed();
        return;
    }

    if (!wasActive && isActive()) {
        invokeLater(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                // 3.4 触发 active 事件
                pipeline.fireChannelActive();
            }
        });
    }

    safeSetSuccess(promise);
}

3.3 关键代码 io.netty.channel.socket.nio.NioServerSocketChannel#doBind

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protected void doBind(SocketAddress localAddress) throws Exception {
    if (PlatformDependent.javaVersion() >= 7) {
        javaChannel().bind(localAddress, config.getBacklog());
    } else {
        javaChannel().socket().bind(localAddress, config.getBacklog());
    }
}

3.4 关键代码 io.netty.channel.DefaultChannelPipeline.HeadContext#channelActive

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public void channelActive(ChannelHandlerContext ctx) {
    ctx.fireChannelActive();
	// 触发 read (NioServerSocketChannel 上的 read 不是读取数据，只是为了触发 channel 的事件注册)
    readIfIsAutoRead();
}

关键代码 io.netty.channel.nio.AbstractNioChannel#doBeginRead

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protected void doBeginRead() throws Exception {
    // Channel.read() or ChannelHandlerContext.read() was called
    final SelectionKey selectionKey = this.selectionKey;
    if (!selectionKey.isValid()) {
        return;
    }

    readPending = true;

    final int interestOps = selectionKey.interestOps();
    // readInterestOp 取值是 16，在 NioServerSocketChannel 创建时初始化好，代表关注 accept 事件
    if ((interestOps & readInterestOp) == 0) {
        selectionKey.interestOps(interestOps | readInterestOp);
    }
}

下面会对EventLoop的整体架构进行分析，更多详情请关注本专栏netty网络编程第五卷

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