轻量级框架开发

1. RPC原理学习

1.1. 什么是RPC

    RPC（Remote Procedure Call Protocol）——远程过程调用协议，它是一种通过网络从远程计算机程序上请求服务，而不需要了解底层网络技术的协议。RPC协议假定某些传输协议的存在，如TCP或UDP，为通信程序之间携带信息数据。在OSI网络通信模型中，RPC跨越了传输层和应用层。RPC使得开发包括网络分布式多程序在内的应用程序更加容易。

    RPC采用客户机/服务器模式。请求程序就是一个客户机，而服务提供程序就是一个服务器。首先，客户机调用进程发送一个有进程参数的调用信息到服务进程，然后等待应答信息。在服务器端，进程保持睡眠状态直到调用信息到达为止。当一个调用信息到达，服务器获得进程参数，计算结果，发送答复信息，然后等待下一个调用信息，最后，客户端调用进程接收答复信息，获得进程结果，然后调用执行继续进行。

1.2. RPC原理

 

运行时,一次客户机对服务器的RPC调用,其内部操作大致有如下十步：

1.调用客户端句柄；执行传送参数

2.调用本地系统内核发送网络消息

3.消息传送到远程主机

4.服务器句柄得到消息并取得参数

5.执行远程过程

6.执行的过程将结果返回服务器句柄

7.服务器句柄返回结果，调用远程系统内核

8.消息传回本地主机

9.客户句柄由内核接收消息

10.客户接收句柄返回的数据

1.3. hadoopRPC演示

见代码

2. nio原理学习(nio的优势不在于数据传送的速度)

2.1. 简介

nio 是New IO的简称，在jdk1.4里提供的新api。Sun官方标榜的特性如下： 为所有的原始类型提供(Buffer)缓存支持。字符集编码解码解决方案。Channel ：一个新的原始I/O抽象。 支持锁和内存映射文件的文件访问接口。 提供多路(non-bloking)非阻塞式的高伸缩性网络I/O。

2.2. 传统socket和socket nio代码

见代码

2.3. socket nio原理

2.3.1. 传统的I/O

使用传统的I/O程序读取文件内容,并写入到另一个文件(或Socket),如下程序:

File.read(fileDesc, buf, len);

Socket.send(socket, buf, len);

会有较大的性能开销, 主要表现在一下两方面:

1. 上下文切换(context switch),此处有4次用户态和内核态的切换

2. Buffer内存开销,一个是应用程序buffer,另一个是系统读取buffer以及socket buffer

其运行示意图如下

 

1) 先将文件内容从磁盘中拷贝到操作系统buffer

2) 再从操作系统buffer拷贝到程序应用buffer

3) 从程序buffer拷贝到socket buffer

4) 从socket buffer拷贝到协议引擎.

2.3.2. NIO

NIO技术省去了将操作系统的read buffer拷贝到程序的buffer,以及从程序buffer拷贝到socket buffer的步骤,直接将 read buffer拷贝到 socket buffer. java的 FileChannel.transferTo()方法就是这样的实现,这个实现是依赖于操作系统底层的sendFile()实现的.

publicvoid transferTo(long position, long count, WritableByteChannel target);

他的底层调用的是系统调用sendFile()方法

sendfile(int out_fd, int in_fd, off_t *offset, size_t count);

如下图

  

3. netty常用API学习

3.1. netty简介

Netty是基于Java NIO的网络应用框架.

    Netty是一个NIO client-server(客户端服务器)框架，使用Netty可以快速开发网络应用，例如服务器和客户端协议。Netty提供了一种新的方式来使开发网络应用程序，这种新的方式使得它很容易使用和有很强的扩展性。Netty的内部实现时很复杂的，但是Netty提供了简单易用的api从网络处理代码中解耦业务逻辑。Netty是完全基于NIO实现的，所以整个Netty都是异步的。

        网络应用程序通常需要有较高的可扩展性，无论是Netty还是其他的基于Java NIO的框架，都会提供可扩展性的解决方案。Netty中一个关键组成部分是它的异步特性.

3.2. netty的helloworld

3.2.1. 下载netty包

• 下载netty包，下载地址http://netty.io/

3.2.2. 服务端启动类

package com.netty.demo.server;

 

import io.netty.bootstrap.ServerBootstrap;

import io.netty.channel.Channel;

import io.netty.channel.ChannelFuture;

import io.netty.channel.ChannelInitializer;

import io.netty.channel.EventLoopGroup;

import io.netty.channel.nio.NioEventLoopGroup;

import io.netty.channel.socket.nio.NioServerSocketChannel;

 

/**

 * • 配置服务器功能，如线程、端口 • 实现服务器处理程序，它包含业务逻辑，决定当有一个请求连接或接收数据时该做什么

 *

 * @author wilson

 *

 */

public class EchoServer {

 

private final int port;

 

public EchoServer(int port) {

this.port = port;

}

 

public void start() throws Exception {

EventLoopGroup eventLoopGroup = null;

try {

//创建ServerBootstrap实例来引导绑定和启动服务器

ServerBootstrap serverBootstrap = new ServerBootstrap();

//创建NioEventLoopGroup对象来处理事件，如接受新连接、接收数据、写数据等等

eventLoopGroup = new NioEventLoopGroup();

//指定通道类型为NioServerSocketChannel，设置InetSocketAddress让服务器监听某个端口已等待客户端连接。

serverBootstrap.group(eventLoopGroup).channel(NioServerSocketChannel.class).localAddress("localhost",port).childHandler(new ChannelInitializer<Channel>() {

//设置childHandler执行所有的连接请求

@Override

protected void initChannel(Channel ch) throws Exception {

ch.pipeline().addLast(new EchoServerHandler());

}

});

// 最后绑定服务器等待直到绑定完成，调用sync()方法会阻塞直到服务器完成绑定,然后服务器等待通道关闭，因为使用sync()，所以关闭操作也会被阻塞。

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

System.out.println("开始监听，端口为：" + channelFuture.channel().localAddress());

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

} finally {

eventLoopGroup.shutdownGracefully().sync();

}

}

 

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

new EchoServer(20000).start();

}

}

3.2.3. 服务端回调方法

package com.netty.demo.server;

 

import io.netty.buffer.ByteBuf;

import io.netty.buffer.Unpooled;

import io.netty.channel.ChannelFutureListener;

import io.netty.channel.ChannelHandlerContext;

import io.netty.channel.ChannelInboundHandlerAdapter;

 

import java.util.Date;

 

public class EchoServerHandler extends ChannelInboundHandlerAdapter {

 

@Override

public void channelRead(ChannelHandlerContext ctx, Object msg)

throws Exception {

System.out.println("server 读取数据……");

//读取数据

        ByteBuf buf = (ByteBuf) msg;

        byte[] req = new byte[buf.readableBytes()];

        buf.readBytes(req);

        String body = new String(req, "UTF-8");

        System.out.println("接收客户端数据:" + body);

        //向客户端写数据

        System.out.println("server向client发送数据");

        String currentTime = new Date(System.currentTimeMillis()).toString();

        ByteBuf resp = Unpooled.copiedBuffer(currentTime.getBytes());

        ctx.write(resp);

}

 

@Override

public void channelReadComplete(ChannelHandlerContext ctx) throws Exception {

System.out.println("server 读取数据完毕..");

        ctx.flush();//刷新后才将数据发出到SocketChannel

}

 

@Override

public void exceptionCaught(ChannelHandlerContext ctx, Throwable cause)

throws Exception {

cause.printStackTrace();

ctx.close();

}

 

}

3.2.4. 客户端启动类

package com.netty.demo.client;

 

import io.netty.bootstrap.Bootstrap;

import io.netty.channel.ChannelFuture;

import io.netty.channel.ChannelInitializer;

import io.netty.channel.EventLoopGroup;

import io.netty.channel.nio.NioEventLoopGroup;

import io.netty.channel.socket.SocketChannel;

import io.netty.channel.socket.nio.NioSocketChannel;

 

import java.net.InetSocketAddress;

 

/**

 * • 连接服务器 • 写数据到服务器 • 等待接受服务器返回相同的数据 • 关闭连接

 *

 * @author wilson

 *

 */

public class EchoClient {

 

private final String host;

private final int port;

 

public EchoClient(String host, int port) {

this.host = host;

this.port = port;

}

 

public void start() throws Exception {

EventLoopGroup nioEventLoopGroup = null;

try {

//创建Bootstrap对象用来引导启动客户端

Bootstrap bootstrap = new Bootstrap();

//创建EventLoopGroup对象并设置到Bootstrap中，EventLoopGroup可以理解为是一个线程池，这个线程池用来处理连接、接受数据、发送数据

nioEventLoopGroup = new NioEventLoopGroup();

//创建InetSocketAddress并设置到Bootstrap中，InetSocketAddress是指定连接的服务器地址

bootstrap.group(nioEventLoopGroup).channel(NioSocketChannel.class).remoteAddress(new InetSocketAddress(host, port))

.handler(new ChannelInitializer<SocketChannel>() {

//添加一个ChannelHandler，客户端成功连接服务器后就会被执行

@Override

protected void initChannel(SocketChannel ch)

throws Exception {

ch.pipeline().addLast(new EchoClientHandler());

}

});

// • 调用Bootstrap.connect()来连接服务器

ChannelFuture f = bootstrap.connect().sync();

// • 最后关闭EventLoopGroup来释放资源

f.channel().closeFuture().sync();

} finally {

nioEventLoopGroup.shutdownGracefully().sync();

}

}

 

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

new EchoClient("localhost", 20000).start();

}

}

3.2.5. 客户端回调方法

package com.netty.demo.client;

 

import io.netty.buffer.ByteBuf;

import io.netty.buffer.ByteBufUtil;

import io.netty.buffer.Unpooled;

import io.netty.channel.ChannelHandlerContext;

import io.netty.channel.SimpleChannelInboundHandler;

  

public class EchoClientHandler extends SimpleChannelInboundHandler<ByteBuf> {  

      //客户端连接服务器后被调用

    @Override  

    public void channelActive(ChannelHandlerContext ctx) throws Exception {  

     System.out.println("客户端连接服务器，开始发送数据……");

     byte[] req = "QUERY TIME ORDER".getBytes();

     ByteBuf  firstMessage = Unpooled.buffer(req.length);

        firstMessage.writeBytes(req);

        ctx.writeAndFlush(firstMessage);  

    }  

  //• 从服务器接收到数据后调用

    @Override  

    protected void channelRead0(ChannelHandlerContext ctx, ByteBuf msg) throws Exception {  

      System.out.println("client 读取server数据..");

         //服务端返回消息后

         ByteBuf buf = (ByteBuf) msg;

         byte[] req = new byte[buf.readableBytes()];

         buf.readBytes(req);

         String body = new String(req, "UTF-8");

         System.out.println("服务端数据为:" + body);

}  

  //• 发生异常时被调用

    @Override  

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

      System.out.println("client exceptionCaught..");

         // 释放资源

         ctx.close();

    }  

}  

3.3. netty中handler的执行顺序

3.3.1. 简介

Handler在netty中，无疑占据着非常重要的地位。Handler与Servlet中的filter很像，通过Handler可以完成通讯报文的解码编码、拦截指定的报文、统一对日志错误进行处理、统一对请求进行计数、控制Handler执行与否。一句话，没有它做不到的只有你想不到的。

 

Netty中的所有handler都实现自ChannelHandler接口。按照输出输出来分，分为ChannelInboundHandler、ChannelOutboundHandler两大类。ChannelInboundHandler对从客户端发往服务器的报文进行处理，一般用来执行解码、读取客户端数据、进行业务处理等；ChannelOutboundHandler对从服务器发往客户端的报文进行处理，一般用来进行编码、发送报文到客户端。

 

Netty中，可以注册多个handler。ChannelInboundHandler按照注册的先后顺序执行；ChannelOutboundHandler按照注册的先后顺序逆序执行，如下图所示，按照注册的先后顺序对Handler进行排序，request进入Netty后的执行顺序为：

 

3.3.2. 代码

见代码

3.3.3. 总结

在使用Handler的过程中，需要注意：

1、ChannelInboundHandler之间的传递，通过调用ctx.fireChannelRead(msg) 实现；调用ctx.write(msg)将传递到ChannelOutboundHandler。

2、ctx.write()方法执行后，需要调用flush()方法才能令它立即执行。

3、流水线pipeline中outhandler不能放在最后，否则不生效

4、Handler的消费处理放在最后一个处理。

3.4. netty发送对象

3.4.1. 简介

Netty中，通讯的双方建立连接后，会把数据按照ByteBuf的方式进行传输，例如http协议中，就是通过HttpRequestDecoder对ByteBuf数据流进行处理，转换成http的对象。基于这个思路，我自定义一种通讯协议：Server和客户端直接传输java对象。

 

实现的原理是通过Encoder把java对象转换成ByteBuf流进行传输，通过Decoder把ByteBuf转换成java对象进行处理，处理逻辑如下图所示：

 

3.4.2. 代码

见代码

4. Spring（IOC/AOP）注解学习

4.1. spring的初始化顺序

在spring的配置文件中配置bean，如下

 

在One类和Two类中，分别实现一个参数的构造如下

 

 

加载spring配置文件，初始化bean如下

 

那么。结果如何呢？

 

结论：spring会按照bean的顺序依次初始化xml中配置的所有bean

4.1.1. 通过ApplicationContextAware加载Spring上下文环境

在One中实现ApplicationContextAware接口会出现如何的变换呢？

 

结果

 

4.1.2. InitializingBean的作用

在One中实现InitializingBean接口呢?

 

结果：

 

4.1.3. 如果使用注解@Component

使用@Component注入类，那么它的顺序是如何呢？

4.1.4. 结论

1、 spring先检查注解注入的bean，并将它们实例化

2、 然后spring初始化bean的顺序是按照xml中配置的顺序依次执行构造

3、 如果某个类实现了ApplicationContextAware接口，会在类初始化完成后调用setApplicationContext（）方法进行操作

4、 如果某个类实现了InitializingBean接口，会在类初始化完成后，并在setApplicationContext（）方法执行完毕后，调用afterPropertiesSet（）方法进行操作

4.2. 注解使用回顾

1、在spring中，用注解来向Spring容器注册Bean。需要在applicationContext.xml中注册<context:component-scan base-package=”pagkage1[,pagkage2,…,pagkageN]”/>。

2、如果某个类的头上带有特定的注解@Component/@Repository/@Service/@Controller，就会将这个对象作为Bean注册进Spring容器

3、在使用spring管理的bean时，无需在对调用的对象进行new的过程，只需使用@Autowired将需要的bean注入本类即可

4.3. 自定义注解

4.3.1. 解释

1、自定义注解的作用：在反射中获取注解，以取得注解修饰的“类、方法、属性”的相关解释。

2、java内置注解

     @Target 表示该注解用于什么地方，可能的ElemenetType 参数包括：  

            ElemenetType.CONSTRUCTOR   构造器声明  

            ElemenetType.FIELD   域声明（包括enum 实例）  

            ElemenetType.LOCAL_VARIABLE   局部变量声明  

            ElemenetType.METHOD   方法声明  

            ElemenetType.PACKAGE   包声明  

            ElemenetType.PARAMETER   参数声明  

            ElemenetType.TYPE   类，接口（包括注解类型）或enum声明

      @Retention 表示在什么级别保存该注解信息。可选的RetentionPolicy 参数包括：  

           RetentionPolicy.SOURCE   注解将被编译器丢弃  

           RetentionPolicy.CLASS   注解在class文件中可用，但会被VM丢弃  

           RetentionPolicy.RUNTIME   JVM将在运行期也保留注释，因此可以通过反射机制读取注解的信息。

4.3.2. 实现

定义自定义注解

@Target({ ElementType.TYPE })//注解用在接口上

@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)//VM将在运行期也保留注释，因此可以通过反射机制读取注解的信息

@Component

public @interface RpcService {

String value();

}

2、将直接类加到需要使用的类上，我们可以通过获取注解，来得到这个类

@RpcService("HelloService")

public class HelloServiceImpl implements HelloService {

    public String hello(String name) {

        return "Hello! " + name;

    }

}

3、类实现的接口

public interface HelloService {

    String hello(String name);

}

4、通过ApplicationContext获取所有标记这个注解的类

@Component

public class MyServer implements ApplicationContextAware {

@SuppressWarnings("resource")

public static void main(String[] args) {

       new ClassPathXmlApplicationContext("spring2.xml");

    }

public void setApplicationContext(ApplicationContext ctx)

throws BeansException {

Map<String, Object> serviceBeanMap = ctx

.getBeansWithAnnotation(RpcService.class);

for (Object serviceBean : serviceBeanMap.values()) {

try {

Method method = serviceBean.getClass().getMethod("hello", new Class[]{String.class});

Object invoke = method.invoke(serviceBean, "bbb");

System.out.println(invoke);

} catch (Exception e) {

e.printStackTrace();

}

}

}

}

5、 结合spring实现junit测试

@RunWith(SpringJUnit4ClassRunner.class)

@ContextConfiguration(locations = "classpath:spring2.xml")

public class MyServer implements ApplicationContextAware {

@Test

public void helloTest1() {

 

}

 

public void setApplicationContext(ApplicationContext ctx)

throws BeansException {

Map<String, Object> serviceBeanMap = ctx

.getBeansWithAnnotation(RpcService.class);

for (Object serviceBean : serviceBeanMap.values()) {

try {

Method method = serviceBean.getClass().getMethod("hello",

new Class[] { String.class });

Object invoke = method.invoke(serviceBean, "bbb");

System.out.println(invoke);

} catch (Exception e) {

e.printStackTrace();

}

}

}

 

}

5. 轻量级RPC框架开发

5.1. 轻量级RPC框架需求分析及原理分析

5.1.1. netty实现的RPC的缺点

在我们平常使用的RPC中，例如webservice，使用的习惯类似于下图

 

但是netty的实现过于底层，我们不能够像以前一样只关心方法的调用，而是要关心数据的传输，对于不熟悉netty的开发者，需要了解很多netty的概念和逻辑，才能实现RPC的调用。

应上面的需求，我们需要基于netty实现一个我们熟悉的RPC框架。逻辑如下：

 

5.2. 轻量级RPC框架开发

见代码

5.3. zookeeper API简单使用及框架介绍

5.3.1. zk简介和单机版搭建

见文档

5.3.2. zk简单api使用

见代码

5.3.3. zk在框架中的实现

在上面的框架中，server端存在着一个问题，就是单点问题，也就是说，当服务端“挂了”之后，框架的使用就造成了单点屏障。

我们可以通过zookeeper来实现服务端的负载均衡