【第08章】【引导】

【第08章-引导】

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引导一个应用程序是指对它进行配置，并使它运行起来的过程。Netty处理引导的方式使你的应用程序和网络层相隔离，无论它是客户端还是服务器

8.1 Bootstrap 类

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引导类的层次结构包括一个抽象的父类和两个具体的引导子类，如图8-1 所示。

相对于将具体的引导类分别看作用于服务器和客户端的引导来说，记住它们的本意是用来支撑不同的应用程序的功能的将有所裨益。也就是说，服务器致力于使用一个父Channel 来接受来自客户端的连接，并创建子Channel 以用于它们之间的通信；而客户端将最可能只需要一个单独的、没有父Channel 的Channel 来用于所有的网络交互。（正如同我们将要看到的，这也适用于无连接的传输协议，如UDP，因为它们并不是每个连接都需要一个单独的Channel。）

我们在前面的几章中学习的几个Netty 组件都参与了引导的过程，而且其中一些在客户端和服务器都有用到。两种应用程序类型之间通用的引导步骤由AbstractBootstrap 处理，而特定于客户端或者服务器的引导步骤则分别由Bootstrap 或ServerBootstrap 处理。

在本章中接下来的部分，我们将详细地探讨这两个类，首先从不那么复杂的Bootstrap 类开始。

为什么引导类是Cloneable 的

你有时可能会需要创建多个具有类似配置或者完全相同配置的Channel。为了支持这种模式而又不需要为每个Channel 都创建并配置一个新的引导类实例， AbstractBootstrap 被标记为了Cloneable，在一个已经配置完成的引导类实例上调用clone()方法将返回另一个可以立即使用的引导类实例。

注意，这种方式只会创建引导类实例的EventLoopGroup的一个浅拷贝，所以，后者将在所有克隆的Channel实例之间共享。这是可以接受的，因为通常这些克隆的Channel的生命周期都很短暂，一个典型的场景是——创建一个Channel以进行一次HTTP请求。

AbstractBootstrap 类的完整声明是：

public abstract class AbstractBootstrap<B extends AbstractBootstrap<B,C>,C extends Channel>

在这个签名中，子类型B 是其父类型的一个类型参数，因此可以返回到运行时实例的引用以支持方法的链式调用（也就是所谓的流式语法）。

其子类的声明如下：

public class Bootstrap extends AbstractBootstrap<Bootstrap,Channel>

和

public class ServerBootstrap extends AbstractBootstrap<ServerBootstrap,ServerChannel>

8.2 引导客户端和无连接协议

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Bootstrap 类被用于客户端或者使用了无连接协议的应用程序中。表8-1 提供了该类的一个概览，其中许多方法都继承自AbstractBootstrap 类。

8.2.1 引导客户端

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Bootstrap 类负责为客户端和使用无连接协议的应用程序创建Channel，如图8-2 所示 。

// 代码清单8-1 引导一个客户端public class BootstrapClient {    public static void main(String args[]) {        BootstrapClient client = new BootstrapClient();        client.bootstrap();    }    public void bootstrap() {        EventLoopGroup group = new NioEventLoopGroup();        // 创建一个Bootstrap类的实例以创建和连接新的客户端Channel        Bootstrap bootstrap = new Bootstrap();        // 设置EventLoopGroup，提供用于处理Channel事件的EventLoop        bootstrap.group(group)                .channel(NioSocketChannel.class)                .handler(new SimpleChannelInboundHandler<ByteBuf>() {                    @Override                    protected void channelRead0(                            ChannelHandlerContext channelHandlerContext,                            ByteBuf byteBuf) throws Exception {                        System.out.println("Received data");                    }                });        // 连接到远程主机        ChannelFuture future = bootstrap.connect(                new InetSocketAddress("www.manning.com", 80));        future.addListener(new ChannelFutureListener() {            @Override            public void operationComplete(ChannelFuture channelFuture) throws Exception {                if (channelFuture.isSuccess()) {                    System.out.println("Connection established");                } else {                    System.err.println("Connection attempt failed");                    channelFuture.cause().printStackTrace();                }            }        });    }}

这个示例使用了前面提到的流式语法；这些方法（除了connect()方法以外）将通过每次方法调用所返回的对Bootstrap 实例的引用链接在一起。

channel├───nio│               NioEventLoopGroup├───oio│               OioEventLoopGroup└───socket        ├───nio        │             NioDatagramChannel        │             NioServerSocketChannel        │             NioSocketChannel        └───oio                      OioDatagramChannel                      OioServerSocketChannel                      OioSocketChannel

必须保持这种兼容性，不能混用具有不同前缀的组件，如NioEventLoopGroup 和OioSocketChannel。代码清单8-3 展示了试图这样做的一个例子。

// 代码清单8-3 不兼容的Channel 和EventLoopGrouppublic void bootstrap() {    EventLoopGroup group = new NioEventLoopGroup();    // 创建一个新的Bootstrap类的实例，以创建新的客户端Channel    Bootstrap bootstrap = new Bootstrap();    // 指定一个适用于NIO 的EventLoopGroup 实现    bootstrap.group(group)            // 指定一个适用于OIO 的Channel实现类            .channel(OioSocketChannel.class)            .handler(new SimpleChannelInboundHandler<ByteBuf>() {                @Override                protected void channelRead0(ChannelHandlerContext ctx, ByteBuf buf) throws Exception {                    System.out.println("Received data");                }            });    // 尝试连接到远程节点    ChannelFuture future = bootstrap.connect(            new InetSocketAddress("www.manning.com", 80));    future.syncUninterruptibly();}

这段代码将会导致IllegalStateException，因为它混用了不兼容的传输。

Exception in thread "main" java.lang.IllegalStateException:incompatible event loop type: io.netty.channel.nio.NioEventLoop atio.netty.channel.AbstractChannel$AbstractUnsafe.register(Abstrac tChannel.java:571)

关于IllegalStateException 的更多讨论

在引导的过程中，在调用bind()或者connect()方法之前，必须调用以下方法来设置所需的组件：

• group()；

• channel()或者channelFactory()；

• handler()。

如果不这样做，则将会导致IllegalStateException。对handler()方法的调用尤其重要，因为它需要配置好ChannelPipeline。

8.3 引导服务器

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我们将从ServerBootstrap API 的概要视图开始我们对服务器引导过程的概述。然后，我们将会探讨引导服务器过程中所涉及的几个步骤，以及几个相关的主题，包含从一个ServerChannel 的子Channel 中引导一个客户端这样的特殊情况。

8.3.1 ServerBootstrap 类

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表8-2 列出了ServerBootstrap 类的方法。

8.3.2 引导服务器

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你可能已经注意到了，表8-2 中列出了一些在表8-1 中不存在的方法：childHandler()、childAttr()和childOption()。这些调用支持特别用于服务器应用程序的操作。具体来说，ServerChannel 的实现负责创建子Channel，这些子Channel 代表了已被接受的连接。因此，负责引导ServerChannel 的ServerBootstrap 提供了这些方法，以简化将设置应用到已被接受的子Channel 的ChannelConfig 的任务。

图8-3 展示了ServerBootstrap 在bind()方法被调用时创建了一个ServerChannel，并且该ServerChannel 管理了多个子Channel。

代码清单8-4 中的代码实现了图8-3 中所展示的服务器的引导过程。

// 代码清单8-4 引导服务器public void bootstrap() {    NioEventLoopGroup group = new NioEventLoopGroup();    // 创建ServerBootstrap    ServerBootstrap bootstrap = new ServerBootstrap();    // 设置EventLoopGroup，其提供了用于处理Channel 事件的EventLoop    bootstrap.group(group)            // 指定要使用的Channel 实现            .channel(NioServerSocketChannel.class)            // 设 置用于处理已被接受的子Channel的I/O及数据的ChannelInboundHandler            .childHandler(new SimpleChannelInboundHandler<ByteBuf>() {                @Override                protected void channelRead0(ChannelHandlerContext channelHandlerContext, ByteBuf byteBuf) throws Exception {                    System.out.println("Received data");                }            });    ChannelFuture future = bootstrap.bind(new InetSocketAddress(8080));    future.addListener(new ChannelFutureListener() {        @Override        public void operationComplete(ChannelFuture channelFuture) throws Exception {            if (channelFuture.isSuccess()) {                System.out.println("Server bound");            } else {                System.err.println("Bind attempt failed");                channelFuture.cause().printStackTrace();            }        }    });}

我们在这一节中所讨论的主题以及所提出的解决方案都反映了编写Netty 应用程序的一个一般准则：尽可能地重用EventLoop，以减少线程创建所带来的开销。

8.4 从Channel 引导客户端

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假设你的服务器正在处理一个客户端的请求，这个请求需要它充当第三方系统的客户端。当一个应用程序（如一个代理服务器）必须要和组织现有的系统（如Web 服务或者数据库）集成时，就可能发生这种情况。在这种情况下，将需要从已经被接受的子Channel 中引导一个客户端Channel。

你可以按照8.2.1 节中所描述的方式创建新的Bootstrap 实例，但是这并不是最高效的解决方案，因为它将要求你为每个新创建的客户端Channel 定义另一个EventLoop。这会产生额外的线程，以及在已被接受的子Channel 和客户端Channel 之间交换数据时不可避免的上下文切换。

一个更好的解决方案是：通过将已被接受的子Channel 的EventLoop 传递给Bootstrap的group()方法来共享该EventLoop。因为分配给EventLoop 的所有Channel 都使用同一个线程，所以这避免了额外的线程创建，以及前面所提到的相关的上下文切换。这个共享的解决

方案如图8-4 所示。

实现EventLoop 共享涉及通过调用group()方法来设置EventLoop，如代码清单8-5 所示。

// 代码清单8-5 引导服务器public void bootstrap() {    // 创建ServerBootstrap 以创建ServerSocketChannel，并绑定它    ServerBootstrap bootstrap = new ServerBootstrap();    // 设置EventLoopGroup，其将提供用以处理Channel 事件的EventLoop    bootstrap.group(new NioEventLoopGroup(), new NioEventLoopGroup())            // 指定要使用的Channel 实现            .channel(NioServerSocketChannel.class)            // 设置用于处理已被接受的子Channel 的I/O 和数据的ChannelInboundHandler            .childHandler(new SimpleChannelInboundHandler<ByteBuf>() {                ChannelFuture connectFuture;                @Override                public void channelActive(ChannelHandlerContext ctx)                        throws Exception {                    // 创建一个Bootstrap类的实例以连接到远程主机                    Bootstrap bootstrap = new Bootstrap();                    // 指定Channel的实现                    bootstrap.channel(NioSocketChannel.class)                            // 为入站I/O 设置ChannelInboundHandler                            .handler(new SimpleChannelInboundHandler<ByteBuf>() {                                @Override                                protected void channelRead0(ChannelHandlerContext ctx, ByteBuf in) throws Exception {                                    System.out.println("Received data");                                }                            });                    // 使用与分配给已被接受的子Channel 相同的EventLoop                    bootstrap.group(ctx.channel().eventLoop());                    // 连接到远程节点                    connectFuture = bootstrap.connect(new InetSocketAddress("www.manning.com", 80));                }                @Override                protected void channelRead0(ChannelHandlerContext channelHandlerContext, ByteBuf byteBuf) throws Exception {                    if (connectFuture.isDone()) {                        // 当连接完成时，执行一些数据操作（如代理）                        // do something with the data                    }                }            });    // 通过配置好的ServerBootstrap绑定该ServerSocketChannel    ChannelFuture future = bootstrap.bind(new InetSocketAddress(8080));    future.addListener(new ChannelFutureListener() {        @Override        public void operationComplete(ChannelFuture channelFuture) throws Exception {            if (channelFuture.isSuccess()) {                System.out.println("Server bound");            } else {                System.err.println("Bind attempt failed");                channelFuture.cause().printStackTrace();            }        }    });}

8.5 在引导过程中添加多个ChannelHandler

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在所有我们展示过的代码示例中，我们都在引导的过程中调用了handler()或者childHandler()方法来添加单个的ChannelHandler。这对于简单的应用程序来说可能已经足够了，但是它不能满足更加复杂的需求。例如，一个必须要支持多种协议的应用程序将会有很多的ChannelHandler，而不会是一个庞大而又笨重的类。

正如你经常所看到的一样，你可以根据需要，通过在ChannelPipeline 中将它们链接在一起来部署尽可能多的ChannelHandler。但是，如果在引导的过程中你只能设置一个ChannelHandler，那么你应该怎么做到这一点呢？

正是针对于这个用例，Netty 提供了一个特殊的ChannelInboundHandlerAdapter 子类：

public abstract class ChannelInitializer<C extends Channel> extends ChannelInboundHandlerAdapter

它定义了下面的方法：

protected abstract void initChannel(C ch) throws Exception;

这个方法提供了一种将多个ChannelHandler 添加到一个ChannelPipeline 中的简便方法。你只需要简单地向Bootstrap 或ServerBootstrap 的实例提供你的ChannelInitializer 实现即可，并且一旦Channel 被注册到了它的EventLoop 之后，就会调用你的initChannel()版本。在该方法返回之后，ChannelInitializer 的实例将会从ChannelPipeline 中移除它自己。

代码清单8-6 定义了ChannelInitializerImpl 类， 并通过ServerBootstrap 的childHandler()方法注册它，在大部分的场景下，如果你不需要使用只存在于SocketChannel 上的方法，使用ChannelInitializer就可以了，否则你可以使用ChannelInitializer，其中SocketChannel扩展了Channel。。你可以看到，这个看似复杂的操作实际上是相当简单直接的。

// 代码清单8-6 引导和使用ChannelInitializerpublic void bootstrap() throws InterruptedException {    // 创建ServerBootstrap 以创建和绑定新的Channel    ServerBootstrap bootstrap = new ServerBootstrap();    // 设置EventLoopGroup，其将提供用以处理Channel事件的EventLoop    bootstrap.group(            new NioEventLoopGroup(),            new NioEventLoopGroup()) // 指定Channel的实现        .channel(NioServerSocketChannel.class)//        .childHandler(new ChannelInitializerImpl()); // 注册一个ChannelInitializerImpl 的实例来设置ChannelPipeline    ChannelFuture future = bootstrap.bind(new InetSocketAddress(8080)); //绑定到地址    future.sync();}// 用以设置ChannelPipeline 的自定义ChannelInitializerImpl 实现// 在大部分的场景下，如果你不需要使用只存在于SocketChannel 上的方法，// 使用ChannelInitializer<Channel>就可以了，否则你可以使用// ChannelInitializer<SocketChannel>，其中SocketChannel扩展了Channel。final class ChannelInitializerImpl extends ChannelInitializer<Channel> {    @Override    protected void initChannel(Channel ch) throws Exception {        ChannelPipeline pipeline = ch.pipeline();        pipeline.addLast(new HttpClientCodec());        pipeline.addLast(new HttpObjectAggregator(Integer.MAX_VALUE));    }}

如果你的应用程序使用了多个ChannelHandler，请定义你自己的ChannelInitializer实现来将它们安装到ChannelPipeline 中。

8.6 使用Netty 的ChannelOption 和属性

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在每个Channel 创建时都手动配置它可能会变得相当乏味。幸运的是，你不必这样做。相反，你可以使用option()方法来将ChannelOption 应用到引导。你所提供的值将会被自动应用到引导所创建的所有Channel。可用的ChannelOption 包括了底层连接的详细信息，如keep-alive 或者超时属性以及缓冲区设置。

Netty 应用程序通常与组织的专有软件集成在一起，而像Channel 这样的组件可能甚至会在正常的Netty 生命周期之外被使用。在某些常用的属性和数据不可用时，Netty 提供了AttributeMap 抽象（一个由Channel 和引导类提供的集合）以及AttributeKey（一个用于插入和获取属性值的泛型类）。使用这些工具，便可以安全地将任何类型的数据项与客户端和服务器Channel（包含ServerChannel 的子Channel）相关联了。

例如，考虑一个用于跟踪用户和Channel 之间的关系的服务器应用程序。这可以通过将用户的ID 存储为Channel 的一个属性来完成。类似的技术可以被用来基于用户的ID 将消息路由给用户，或者关闭活动较少的Channel。

代码清单8-7 展示了可以如何使用ChannelOption 来配置Channel，以及如果使用属性来存储整型值。

// 代码清单8-7 使用属性值public void bootstrap() {    // 创建一个AttributeKey以标识该属性    final AttributeKey<Integer> id = AttributeKey.newInstance("ID");    // 创建一个Bootstrap 类的实例以创建客户端Channel 并连接它们    Bootstrap bootstrap = new Bootstrap();    // 设置EventLoopGroup，其提供了用以处理Channel事件的EventLoop    bootstrap.group(new NioEventLoopGroup())            .channel(NioSocketChannel.class) // 指定Channel的实现            // 设置用以处理Channel 的I/O 以及数据的ChannelInboundHandler            .handler(new SimpleChannelInboundHandler<ByteBuf>() {                @Override                public void channelRegistered(ChannelHandlerContext ctx) throws Exception {                    // 使用AttributeKey 检索属性以及它的值                    Integer idValue = ctx.channel().attr(id).get();                    // do something with the idValue                }                @Override                protected void channelRead0(ChannelHandlerContext channelHandlerContext, ByteBuf byteBuf) throws Exception {                    System.out.println("Received data");                }            });    bootstrap.option(ChannelOption.SO_KEEPALIVE, true)            // 设置ChannelOption，其将在connect()或者bind()方法被调用时被设置到已经创建的Channel 上            .option(ChannelOption.CONNECT_TIMEOUT_MILLIS, 5000);    // 存储该id 属性    bootstrap.attr(id, 123456);    ChannelFuture future = bootstrap.connect(            // 使用配置好的Bootstrap实例连接到远程主机            new InetSocketAddress("www.manning.com", 80));    future.syncUninterruptibly();}

8.7 引导DatagramChannel

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前面的引导代码示例使用的都是基于TCP 协议的SocketChannel，但是Bootstrap 类也可以被用于无连接的协议。为此，Netty 提供了各种DatagramChannel 的实现。唯一区别就是，不再调用connect()方法，而是只调用bind()方法，如代码清单8-8 所示。

// 代码清单8-8 使用Bootstrap 和DatagramChannelpublic void bootstrap() {    // 创建一个Bootstrap 的实例以创建和绑定新的数据报Channel    Bootstrap bootstrap = new Bootstrap();    // 设置EventLoopGroup，其提供了用以处理Channel 事件的EventLoop    bootstrap.group(new OioEventLoopGroup())            // 指定Channel的实现            .channel(OioDatagramChannel.class)            // 设置用以处理Channel 的I/O 以及数据的ChannelInboundHandler            .handler(new SimpleChannelInboundHandler<DatagramPacket>() {                @Override                public void channelRead0(ChannelHandlerContext ctx,                        DatagramPacket msg) throws Exception {                    // Do something with the packet                }            });    // 调用bind()方法，因为该协议是无连接的    ChannelFuture future = bootstrap.bind(new InetSocketAddress(0));    future.addListener(new ChannelFutureListener() {        @Override        public void operationComplete(ChannelFuture channelFuture) throws Exception {            if (channelFuture.isSuccess()) {                System.out.println("Channel bound");            } else {                System.err.println("Bind attempt failed");                channelFuture.cause().printStackTrace();            }        }    });}

8.8 关闭

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引导使你的应用程序启动并且运行起来，但是迟早你都需要优雅地将它关闭。当然，你也可以让JVM 在退出时处理好一切，但是这不符合优雅的定义，优雅是指干净地释放资源。关闭Netty应用程序并没有太多的魔法，但是还是有些事情需要记在心上。

最重要的是，你需要关闭EventLoopGroup，它将处理任何挂起的事件和任务，并且随后释放所有活动的线程。这就是调用EventLoopGroup.shutdownGracefully()方法的作用。这个方法调用将会返回一个Future，这个Future 将在关闭完成时接收到通知。需要注意的是，shutdownGracefully()方法也是一个异步的操作，所以你需要阻塞等待直到它完成，或者向所返回的Future 注册一个监听器以在关闭完成时获得通知。
代码清单8-9 符合优雅关闭的定义。

// 代码清单8-9 优雅关闭public void bootstrap() {    // 创建处理I/O 的EventLoopGroup    EventLoopGroup group = new NioEventLoopGroup();    // 创建一个Bootstrap类的实例并配置它    Bootstrap bootstrap = new Bootstrap();    bootstrap.group(group)            .channel(NioSocketChannel.class)            //...            .handler(new SimpleChannelInboundHandler<ByteBuf>() {                @Override                protected void channelRead0(                        ChannelHandlerContext channelHandlerContext,                        ByteBuf byteBuf) throws Exception {                    System.out.println("Received data");                }            });    bootstrap.connect(new InetSocketAddress("www.manning.com", 80)).syncUninterruptibly();    //,,,    // shutdownGracefully()方法将释放所有的资源，并且关闭所有的当前正在使用中的Channel    Future<?> future = group.shutdownGracefully();    // block until the group has shutdown    future.syncUninterruptibly();}

或者，你也可以在调用EventLoopGroup.shutdownGracefully()方法之前，显式地在所有活动的Channel 上调用Channel.close()方法。但是在任何情况下，都请记得关闭EventLoopGroup 本身。