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Netty4实战

来源：互联网 发布：开实体店在淘宝上拿货 编辑：程序博客网 时间：2024/05/16 13:40

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  1. TCP黏包拆包
  2. 粘包问题的解决策略
  3. Netty粘包和拆包解决方案
    1. LineBasedFrameDecoder解码器
      1. Netty依赖
      2. 1 Server端
      3. 2 Client
    2. DelimiterBasedFrameDecoder解码器
    3. FixedLengthFrameDecoder解码器
    4. LengthFieldBasedFrameDecoder解码器
  4. 参考资料
  5. 源码下载

Netty是目前业界最流行的NIO框架之一，它的健壮性、高性能、可定制和可扩展性在同类框架中都是首屈一指。它已经得到了成百上千的商业项目的验证，例如Hadoop的RPC框架Avro就使用了Netty作为底层通信框架，其他的业界主流RPC框架，例如：Dubbo、Google 开源的gRPC、新浪微博开源的Motan、Twitter 开源的 finagle也使用Netty来构建高性能的异步通信能力。另外，阿里巴巴开源的消息中间件RocketMQ也使用Netty作为底层通信框架。

TCP黏包/拆包

TCP是一个“流”协议，所谓流，就是没有界限的一长串二进制数据。TCP作为传输层协议并不不了解上层业务数据的具体含义，它会根据TCP缓冲区的实际情况进行数据包的划分，所以在业务上认为是一个完整的包，可能会被TCP拆分成多个包进行发送，也有可能把多个小的包封装成一个大的数据包发送，这就是所谓的TCP粘包和拆包问题。

粘包问题的解决策略

由于底层的TCP无法理解上层的业务数据，所以在底层是无法保证数据包不被拆分和重组的，这个问题只能通过上层的应用协议栈设计来解决。业界的主流协议的解决方案，可以归纳如下： 
1. 消息定长，报文大小固定长度，例如每个报文的长度固定为200字节，如果不够空位补空格； 
2. 包尾添加特殊分隔符，例如每条报文结束都添加回车换行符（例如FTP协议）或者指定特殊字符作为报文分隔符，接收方通过特殊分隔符切分报文区分； 
3. 将消息分为消息头和消息体，消息头中包含表示信息的总长度（或者消息体长度）的字段； 
4. 更复杂的自定义应用层协议。

Netty粘包和拆包解决方案

Netty提供了多个解码器，可以进行分包的操作，分别是： 
* LineBasedFrameDecoder 
* DelimiterBasedFrameDecoder（添加特殊分隔符报文来分包） 
* FixedLengthFrameDecoder（使用定长的报文来分包） 
* LengthFieldBasedFrameDecoder

LineBasedFrameDecoder解码器

LineBasedFrameDecoder是回车换行解码器，如果用户发送的消息以回车换行符作为消息结束的标识，则可以直接使用Netty的LineBasedFrameDecoder对消息进行解码，只需要在初始化Netty服务端或者客户端时将LineBasedFrameDecoder正确的添加到ChannelPipeline中即可，不需要自己重新实现一套换行解码器。

Netty依赖

        <dependency>            <groupId>io.netty</groupId>            <artifactId>netty-all</artifactId>            <version>4.1.9.Final</version>        </dependency>
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1.1 Server端

import io.netty.bootstrap.ServerBootstrap;import io.netty.channel.*;import io.netty.channel.nio.NioEventLoopGroup;import io.netty.channel.socket.SocketChannel;import io.netty.channel.socket.nio.NioServerSocketChannel;import io.netty.handler.codec.LineBasedFrameDecoder;import io.netty.handler.codec.string.StringDecoder;import io.netty.handler.codec.string.StringEncoder;import org.slf4j.Logger;import org.slf4j.LoggerFactory;/** * * @author Ricky * */public class LineBasedServer {    private Logger logger = LoggerFactory.getLogger(getClass());    public void bind(int port) throws Exception {        EventLoopGroup bossGroup = new NioEventLoopGroup();        EventLoopGroup workerGroup = new NioEventLoopGroup();        try {            ServerBootstrap b = new ServerBootstrap();            b.group(bossGroup, workerGroup)            .channel(NioServerSocketChannel.class)            .option(ChannelOption.SO_BACKLOG, 1024)            .childHandler(new ChannelInitializer<SocketChannel>() {                @Override                public void initChannel(SocketChannel ch) throws Exception {                    ChannelPipeline p = ch.pipeline();                    p.addLast(new LineBasedFrameDecoder(1024));                    p.addLast(new StringDecoder());                    p.addLast(new StringEncoder());                    p.addLast(new LineServerHandler());                }            });            // Bind and start to accept incoming connections.            ChannelFuture f = b.bind(port).sync(); // (7)            logger.info("server bind port:{}", port);            // Wait until the server socket is closed.            f.channel().closeFuture().sync();        } finally {            bossGroup.shutdownGracefully();            workerGroup.shutdownGracefully();        }    }    public static void main(String[] args) throws Exception {        new LineBasedServer().bind(Constants.PORT);    }}
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import io.netty.channel.ChannelHandlerContext;import io.netty.channel.ChannelInboundHandlerAdapter;import org.slf4j.Logger;import org.slf4j.LoggerFactory;public class LineServerHandler extends ChannelInboundHandlerAdapter {    private Logger logger = LoggerFactory.getLogger(getClass());    private int count = 0;    @Override    public void channelRead(ChannelHandlerContext ctx, Object msg)            throws Exception {        count++;        String body = (String) msg;        logger.info("server read msg:{}, count:{}", body, count);        String response = "hello from server"+System.getProperty("line.separator");        ctx.writeAndFlush(response);    }    @Override    public void exceptionCaught(ChannelHandlerContext ctx, Throwable cause)            throws Exception {        logger.error("server caught exception", cause);        ctx.close();    }}
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1.2 Client

import io.netty.bootstrap.Bootstrap;import io.netty.channel.*;import io.netty.channel.nio.NioEventLoopGroup;import io.netty.channel.socket.SocketChannel;import io.netty.channel.socket.nio.NioSocketChannel;import io.netty.handler.codec.LineBasedFrameDecoder;import io.netty.handler.codec.string.StringDecoder;import io.netty.handler.codec.string.StringEncoder;public class LineBasedClient {    public void connect(String host, int port) throws InterruptedException {        EventLoopGroup group = new NioEventLoopGroup();        try {            Bootstrap b = new Bootstrap();            b.group(group)            .channel(NioSocketChannel.class)            .option(ChannelOption.TCP_NODELAY, true)            .handler(new ChannelInitializer<SocketChannel>() {                @Override                protected void initChannel(SocketChannel ch) throws Exception {                    ChannelPipeline p = ch.pipeline();                    p.addLast(new LineBasedFrameDecoder(1024));                    p.addLast(new StringDecoder());                    p.addLast(new StringEncoder());                    p.addLast(new LineClientHandler());                }            });            ChannelFuture future = b.connect(Constants.HOST, Constants.PORT).sync();            future.channel().closeFuture().sync();        } finally {            group.shutdownGracefully();        }    }    public static void main(String[] args) throws Exception {        new LineBasedClient().connect(Constants.HOST, Constants.PORT);    }}
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import io.netty.channel.ChannelHandlerContext;import io.netty.channel.ChannelInboundHandlerAdapter;import org.slf4j.Logger;import org.slf4j.LoggerFactory;public class LineClientHandler extends ChannelInboundHandlerAdapter {    private Logger logger = LoggerFactory.getLogger(getClass());    private int count =0;    @Override    public void channelActive(ChannelHandlerContext ctx) throws Exception {        // Send the message to Server       for(int i=0; i<100; i++){           String msg = "hello from client "+i;           logger.info("client send message:{}", msg);           ctx.writeAndFlush(msg+System.getProperty("line.separator"));       }    }    @Override    public void channelRead(ChannelHandlerContext ctx, Object msg)            throws Exception {        String body = (String) msg;        count++;        logger.info("client read msg:{}, count:{}", body, count);    }    @Override    public void exceptionCaught(ChannelHandlerContext ctx, Throwable cause)            throws Exception {        logger.error("client caught exception", cause);        ctx.close();    }}
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DelimiterBasedFrameDecoder解码器

DelimiterBasedFrameDecoder是分隔符解码器，用户可以指定消息结束的分隔符，它可以自动完成以分隔符作为码流结束标识的消息的解码。回车换行解码器实际上是一种特殊的DelimiterBasedFrameDecoder解码器。

import io.netty.bootstrap.ServerBootstrap;import io.netty.buffer.Unpooled;import io.netty.channel.*;import io.netty.channel.nio.NioEventLoopGroup;import io.netty.channel.socket.SocketChannel;import io.netty.channel.socket.nio.NioServerSocketChannel;import io.netty.handler.codec.DelimiterBasedFrameDecoder;import io.netty.handler.codec.string.StringDecoder;import io.netty.handler.codec.string.StringEncoder;import org.slf4j.Logger;import org.slf4j.LoggerFactory;/** *  * @author Ricky * */public class DelimiterServer {    private Logger logger = LoggerFactory.getLogger(getClass());    public void bind(int port) throws Exception {        EventLoopGroup bossGroup = new NioEventLoopGroup(1);        EventLoopGroup workerGroup = new NioEventLoopGroup();        try {            ServerBootstrap b = new ServerBootstrap();            b.group(bossGroup, workerGroup)            .channel(NioServerSocketChannel.class)            .option(ChannelOption.SO_BACKLOG, 1024)            .childHandler(new ChannelInitializer<SocketChannel>() {                @Override                public void initChannel(SocketChannel ch) throws Exception {                    ChannelPipeline p = ch.pipeline();                    p.addLast(new DelimiterBasedFrameDecoder(1024, Unpooled.copiedBuffer(Constants.DELIMITER.getBytes())));                    p.addLast(new StringDecoder());                    p.addLast(new StringEncoder());                    p.addLast(new DelimiterServerHandler());                }            });            // Bind and start to accept incoming connections.            ChannelFuture f = b.bind(port).sync(); // (7)            logger.info("server bind port:{}", port);            // Wait until the server socket is closed.            f.channel().closeFuture().sync();        } finally {            bossGroup.shutdownGracefully();            workerGroup.shutdownGracefully();        }    }    public static void main(String[] args) throws Exception {        new DelimiterServer().bind(Constants.PORT);    }}
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import io.netty.bootstrap.Bootstrap;import io.netty.buffer.Unpooled;import io.netty.channel.*;import io.netty.channel.nio.NioEventLoopGroup;import io.netty.channel.socket.SocketChannel;import io.netty.channel.socket.nio.NioSocketChannel;import io.netty.handler.codec.DelimiterBasedFrameDecoder;import io.netty.handler.codec.string.StringDecoder;import io.netty.handler.codec.string.StringEncoder;public class DelimiterClient {    public void connect(String host, int port) throws InterruptedException {        EventLoopGroup group = new NioEventLoopGroup();        try {            Bootstrap b = new Bootstrap();            b.group(group)            .channel(NioSocketChannel.class)            .option(ChannelOption.TCP_NODELAY, true)            .handler(new ChannelInitializer<SocketChannel>() {                @Override                protected void initChannel(SocketChannel ch) throws Exception {                    ChannelPipeline p = ch.pipeline();                    p.addLast(new DelimiterBasedFrameDecoder(1024, Unpooled.copiedBuffer(Constants.DELIMITER.getBytes())));                    p.addLast(new StringDecoder());                    p.addLast(new StringEncoder());                    p.addLast(new DelimiterClientHandler());                }            });            ChannelFuture future = b.connect(Constants.HOST, Constants.PORT).sync();            future.channel().closeFuture().sync();        } finally {            group.shutdownGracefully();        }    }    public static void main(String[] args) throws Exception {        new DelimiterClient().connect(Constants.HOST, Constants.PORT);    }}
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FixedLengthFrameDecoder解码器

FixedLengthFrameDecoder是固定长度解码器，它能够按照指定的长度对消息进行自动解码，开发者不需要考虑TCP的粘包/拆包等问题，非常实用。

对于定长消息，如果消息实际长度小于定长，则往往会进行补位操作，它在一定程度上导致了空间和资源的浪费。但是它的优点也是非常明显的，编解码比较简单，因此在实际项目中仍然有一定的应用场景。

import io.netty.bootstrap.ServerBootstrap;import io.netty.buffer.ByteBuf;import io.netty.buffer.Unpooled;import io.netty.channel.*;import io.netty.channel.nio.NioEventLoopGroup;import io.netty.channel.socket.SocketChannel;import io.netty.channel.socket.nio.NioServerSocketChannel;import io.netty.handler.codec.FixedLengthFrameDecoder;import io.netty.handler.codec.string.StringDecoder;import io.netty.handler.codec.string.StringEncoder;import io.netty.handler.logging.LogLevel;import io.netty.handler.logging.LoggingHandler;import org.slf4j.Logger;import org.slf4j.LoggerFactory;/** * @author Ricky Fung */public class NettyServer {    private Logger logger = LoggerFactory.getLogger(getClass());    public void bind(int port) throws InterruptedException {        EventLoopGroup bossGroup = new NioEventLoopGroup(1);        EventLoopGroup workerGroup = new NioEventLoopGroup();        try {            //配置服务器启动类            ServerBootstrap b = new ServerBootstrap();            b.group(bossGroup, workerGroup)                    .channel(NioServerSocketChannel.class)                    .option(ChannelOption.SO_BACKLOG, 100)                    .handler(new LoggingHandler(LogLevel.INFO))//配置日志输出                    .childHandler(new ChannelInitializer<SocketChannel>() {                        @Override                        protected void initChannel(SocketChannel ch)                                throws Exception {                            ch.pipeline().addLast(new FixedLengthFrameDecoder(1<<5));                            ch.pipeline().addLast(new StringDecoder());                            ch.pipeline().addLast(new StringEncoder());                            ch.pipeline().addLast(new ServerHandler());                        }                    });            ChannelFuture f = b.bind(port).sync();            //等待服务器退出            f.channel().closeFuture().sync();        } finally {            //释放线程资源            bossGroup.shutdownGracefully();            workerGroup.shutdownGracefully();        }    }    private class ServerHandler extends ChannelInboundHandlerAdapter {        private int counter = 0;        @Override        public void channelActive(ChannelHandlerContext ctx) throws Exception {            super.channelActive(ctx);        }        @Override        public void channelRead(ChannelHandlerContext ctx, Object msg) throws Exception {            logger.info("接收客户端msg:{}", msg);            ByteBuf echo = Unpooled.copiedBuffer(String.format("Hello from server:", counter).getBytes());            ctx.writeAndFlush(echo);        }    }    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {        new NettyServer().bind(Constants.PORT);    }}
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import io.netty.bootstrap.Bootstrap;import io.netty.channel.*;import io.netty.channel.nio.NioEventLoopGroup;import io.netty.channel.socket.SocketChannel;import io.netty.channel.socket.nio.NioSocketChannel;import io.netty.handler.codec.FixedLengthFrameDecoder;import io.netty.handler.codec.string.StringDecoder;import io.netty.handler.codec.string.StringEncoder;import org.slf4j.Logger;import org.slf4j.LoggerFactory;/** * @author Ricky Fung */public class NettyClient {    private Logger logger = LoggerFactory.getLogger(getClass());    public void connect(String host, int port) throws InterruptedException {        EventLoopGroup group = new NioEventLoopGroup();        try {            Bootstrap b = new Bootstrap();            b.group(group)                    .channel(NioSocketChannel.class)                    .option(ChannelOption.TCP_NODELAY, true)                    .handler(new ChannelInitializer<SocketChannel>() {                        @Override                        protected void initChannel(SocketChannel ch) throws Exception {                            ch.pipeline().addLast(new FixedLengthFrameDecoder(1<<5));                            ch.pipeline().addLast(new StringDecoder());                            ch.pipeline().addLast(new StringEncoder());                            ch.pipeline().addLast(new ClientHandler());                        }                    });            ChannelFuture future = b.connect(host, port).sync();            future.channel().closeFuture().sync();        } finally {            group.shutdownGracefully();        }    }    private class ClientHandler extends ChannelInboundHandlerAdapter {        @Override        public void channelActive(ChannelHandlerContext ctx) throws Exception {            for(int i=0; i<100; i++){                String msg = "hello from client "+i;                logger.info("client send message:{}", msg);                ctx.writeAndFlush(msg);            }        }        @Override        public void channelRead(ChannelHandlerContext ctx, Object msg)                throws Exception {            logger.info("接收服务端msg:{}", msg);        }        @Override        public void exceptionCaught(ChannelHandlerContext ctx, Throwable cause)                throws Exception {            cause.printStackTrace();            ctx.close();        }    }    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {        new NettyClient().connect(Constants.HOST, Constants.PORT);    }}
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LengthFieldBasedFrameDecoder解码器

大多数的协议（私有或者公有），协议头中会携带长度字段，用于标识消息体或者整包消息的长度，例如SMPP、HTTP协议等。由于基于长度解码需求的通用性，以及为了降低用户的协议开发难度，Netty提供了LengthFieldBasedFrameDecoder，自动屏蔽TCP底层的拆包和粘包问题，只需要传入正确的参数，即可轻松解决“读半包“问题。

Message.Java

import java.nio.charset.Charset;/** * @author Ricky Fung */public class Message {    private final Charset charset = Charset.forName("utf-8");    private byte magicType;    private byte type;//消息类型  0xAF 表示心跳包    0xBF 表示超时包  0xCF 业务信息包    private long requestId; //请求id    private int length;    private String body;    public Message(){    }    public Message(byte magicType, byte type, long requestId, byte[] data) {        this.magicType = magicType;        this.type = type;        this.requestId = requestId;        this.length = data.length;        this.body = new String(data, charset);    }    public Message(byte magicType, byte type, long requestId, String body) {        this.magicType = magicType;        this.type = type;        this.requestId = requestId;        this.length = body.getBytes(charset).length;        this.body = body;    }    ...setter/getter}
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MessageDecoder.java

import com.mindflow.netty4.unpack.model.Message;import io.netty.buffer.ByteBuf;import io.netty.channel.ChannelHandlerContext;import io.netty.handler.codec.LengthFieldBasedFrameDecoder;import org.slf4j.Logger;import org.slf4j.LoggerFactory;/** * @author Ricky Fung */public class MessageDecoder extends LengthFieldBasedFrameDecoder {    private Logger logger = LoggerFactory.getLogger(getClass());    //头部信息的大小应该是 byte+byte+int = 1+1+8+4 = 14    private static final int HEADER_SIZE = 14;    public MessageDecoder(int maxFrameLength, int lengthFieldOffset, int lengthFieldLength) {        super(maxFrameLength, lengthFieldOffset, lengthFieldLength);    }    @Override    protected Object decode(ChannelHandlerContext ctx, ByteBuf in) throws Exception {        if (in == null) {            return null;        }        if (in.readableBytes() <= HEADER_SIZE) {            return null;        }        in.markReaderIndex();        byte magic = in.readByte();        byte type = in.readByte();        long requestId = in.readLong();        int dataLength = in.readInt();        // FIXME 如果dataLength过大，可能导致问题        if (in.readableBytes() < dataLength) {            in.resetReaderIndex();            return null;        }        byte[] data = new byte[dataLength];        in.readBytes(data);        String body = new String(data, "UTF-8");        Message msg = new Message(magic, type, requestId, body);        return msg;    }}
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MessageEncoder.java

import com.mindflow.netty4.unpack.model.Message;import io.netty.buffer.ByteBuf;import io.netty.channel.ChannelHandlerContext;import io.netty.handler.codec.MessageToByteEncoder;import java.nio.charset.Charset;/** * @author Ricky Fung */public class MessageEncoder extends MessageToByteEncoder<Message> {    private final Charset charset = Charset.forName("utf-8");    @Override    protected void encode(ChannelHandlerContext ctx, Message msg, ByteBuf out) throws Exception {        //        out.writeByte(msg.getMagicType());        out.writeByte(msg.getType());        out.writeLong(msg.getRequestId());        byte[] data = msg.getBody().getBytes(charset);        out.writeInt(data.length);        out.writeBytes(data);    }}
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服务端：

import com.mindflow.netty4.unpack.model.Message;import io.netty.bootstrap.ServerBootstrap;import io.netty.channel.*;import io.netty.channel.nio.NioEventLoopGroup;import io.netty.channel.socket.SocketChannel;import io.netty.channel.socket.nio.NioServerSocketChannel;import org.slf4j.Logger;import org.slf4j.LoggerFactory;/** * @author Ricky Fung */public class NettyServer {    private Logger logger = LoggerFactory.getLogger(this.getClass());    public void bind(int port) throws InterruptedException {        EventLoopGroup bossGroup = new NioEventLoopGroup(1);        EventLoopGroup workerGroup = new NioEventLoopGroup();        try {            ServerBootstrap b = new ServerBootstrap();            b.group(bossGroup, workerGroup)                    .channel(NioServerSocketChannel.class)                    .option(ChannelOption.SO_BACKLOG, 128)                    .childHandler(new ChannelInitializer<SocketChannel>() {                        @Override                        public void initChannel(SocketChannel ch) throws Exception {                            ChannelPipeline p = ch.pipeline();                            p.addLast(new MessageDecoder(1<<20, 10, 4));                            p.addLast(new MessageEncoder());                            p.addLast(new ServerHandler());                        }                    });            // Bind and start to accept incoming connections.            ChannelFuture future = b.bind(port).sync(); // (7)            logger.info("server bind port:{}", port);            // Wait until the server socket is closed.            future.channel().closeFuture().sync();        } finally {            bossGroup.shutdownGracefully();            workerGroup.shutdownGracefully();        }    }    private class ServerHandler extends SimpleChannelInboundHandler<Message> {        @Override        protected void channelRead0(ChannelHandlerContext ctx, Message msg) throws Exception {            logger.info("server read msg:{}", msg);            Message resp = new Message(msg.getMagicType(), msg.getType(), msg.getRequestId(), "Hello world from server");            ctx.writeAndFlush(resp);        }    }    public static void main(String[] args) throws Exception {        new NettyServer().bind(Constants.PORT);    }}
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客户端：

import com.mindflow.netty4.unpack.model.Message;import io.netty.bootstrap.Bootstrap;import io.netty.channel.*;import io.netty.channel.nio.NioEventLoopGroup;import io.netty.channel.socket.SocketChannel;import io.netty.channel.socket.nio.NioSocketChannel;import org.slf4j.Logger;import org.slf4j.LoggerFactory;import java.util.concurrent.TimeUnit;/** * @author Ricky Fung */public class NettyClient {    public void connect(String host, int port) throws InterruptedException {        EventLoopGroup group = new NioEventLoopGroup();        try {            Bootstrap b = new Bootstrap();            b.group(group)                    .channel(NioSocketChannel.class)                    .option(ChannelOption.TCP_NODELAY, true)                    .handler(new ChannelInitializer<SocketChannel>() {                        @Override                        protected void initChannel(SocketChannel ch) throws Exception {                            ChannelPipeline p = ch.pipeline();                            p.addLast(new MessageDecoder(1<<20, 10, 4));                            p.addLast(new MessageEncoder());                            p.addLast(new ClientHandler());                        }                    });            ChannelFuture future = b.connect(host, port).sync();            future.awaitUninterruptibly(2000, TimeUnit.MILLISECONDS);            if(future.channel().isActive()){                for(int i=0; i<100; i++) {                    String body = "Hello world from client:"+ i;                    Message msg = new Message((byte) 0XAF, (byte) 0XBF, i, body);                    future.channel().writeAndFlush(msg);                }            }            future.channel().closeFuture().sync();        } finally {            group.shutdownGracefully();        }    }    private class ClientHandler extends ChannelInboundHandlerAdapter {        private Logger logger = LoggerFactory.getLogger(getClass());        @Override        public void channelRead(ChannelHandlerContext ctx, Object msg)                throws Exception {            logger.info("client read msg:{}, ", msg);        }        @Override        public void exceptionCaught(ChannelHandlerContext ctx, Throwable cause)                throws Exception {            logger.error("client caught exception", cause);            ctx.close();        }    }    public static void main(String[] args) throws Exception {        new NettyClient().connect(Constants.HOST, Constants.PORT);    }}
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参考资料

Netty API Reference 

Netty系列之Netty编解码框架分析

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