Netty入门6

第二章. 架构总览

 

在这个章节，我们将阐述Netty提供的核心功能以及在此基础之上如何构建一个完备的网络应用。

2.1. 丰富的缓冲实现

Netty使用自建的buffer API，而不是使用NIO的ByteBuffer来代表一个连续的字节序列。与ByteBuffer相比这种方式拥有明显的优势。Netty使用新的 buffer类型ChannelBuffer，ChannelBuffer被设计为一个可从底层解决ByteBuffer问题，并可满足日常网络应用开发 需要的缓冲类型。这些很酷的特性包括：

 

如果需要，允许使用自定义的缓冲类型。

复合缓冲类型中内置的透明的零拷贝实现。

开箱即用的动态缓冲类型，具有像StringBuffer一样的动态缓冲能力。

不再需要调用的flip()方法。

正常情况下具有比ByteBuffer更快的响应速度。

更多信息请参考：org.jboss.netty.buffer package description

2.2. 统一的异步 I/O API

传统的Java I/O API在应对不同的传输协议时需要使用不同的类型和方法。例如：java.net.Socket 和 java.net.DatagramSocket它们并不具有相同的超类型，因此，这就需要使用不同的调用方式执行socket操作。

这种模式上的不匹配使得在更换一个网络应用的传输协议时变得繁杂和困难。由于（Java I/O API）缺乏协议间的移植性，当你试图在不修改网络传输层的前提下增加多种协议的支持，这时便会产生问题。并且理论上讲，多种应用层协议可运行在多种传输 层协议之上例如TCP/IP,UDP/IP,SCTP和串口通信。

让这种情况变得更糟的是，Java新的I/O（NIO）API与原有的阻塞式的I/O（OIO）API并不兼容，NIO.2(AIO)也是如此。由于所有的API无论是在其设计上还是性能上的特性都与彼此不同，在进入开发阶段，你常常会被迫的选择一种你需要的API。

例如，在用户数较小的时候你可能会选择使用传统的OIO(Old I/O) API，毕竟与NIO相比使用OIO将更加容易一些。然而，当你的业务呈指数增长并且服务器需要同时处理成千上万的客户连接时你便会遇到问题。这种情况下 你可能会尝试使用NIO，但是复杂的NIO Selector编程接口又会耗费你大量时间并最终会阻碍你的快速开发。

Netty有一个叫做Channel的统一的异步I/O编程接口，这个编程接口抽象了所有点对点的通信操作。也就是说，如果你的应用是基于 Netty的某一种传输实现，那么同样的，你的应用也可以运行在Netty的另一种传输实现上。Netty提供了几种拥有相同编程接口的基本传输实现：

 

NIO-based TCP/IP transport (See org.jboss.netty.channel.socket.nio),

OIO-based TCP/IP transport (See org.jboss.netty.channel.socket.oio),

OIO-based UDP/IP transport, and

Local transport (See org.jboss.netty.channel.local).

切换不同的传输实现通常只需对代码进行几行的修改调整，例如选择一个不同的ChannelFactory实现。

此外，你甚至可以利用新的传输实现没有写入的优势，只需替换一些构造器的调用方法即可，例如串口通信。而且由于核心API具有高度的可扩展性，你还可以完成自己的传输实现。

2.3. 基于拦截链模式的事件模型

一个定义良好并具有扩展能力的事件模型是事件驱动开发的必要条件。Netty具有定义良好的I/O事件模型。由于严格的层次结构区分了不同 的事件类型，因此Netty也允许你在不破坏现有代码的情况下实现自己的事件类型。这是与其他框架相比另一个不同的地方。很多NIO框架没有或者仅有有限 的事件模型概念；在你试图添加一个新的事件类型的时候常常需要修改已有的代码，或者根本就不允许你进行这种扩展。

 

在一个ChannelPipeline内部一个ChannelEvent被一组ChannelHandler处理。这个管道是拦截过滤器 模式的一种高级形式的实现，因此对于一个事件如何被处理以及管道内部处理器间的交互过程，你都将拥有绝对的控制力。例如，你可以定义一个从socket读 取到数据后的操作：

public class MyReadHandler implements SimpleChannelHandler {  
    public void messageReceived(ChannelHandlerContext ctx, MessageEvent evt) {  
        Object message = evt.getMessage();  
        // Do something with the received message. 
        ...  
 
        // And forward the event to the next handler. 
        ctx.sendUpstream(evt);  
    }  
} 

 同时你也可以定义一种操作响应其他处理器的写操作请求：

public class MyWriteHandler implements SimpleChannelHandler {  
    public void writeRequested(ChannelHandlerContext ctx, MessageEvent evt) {  
        Object message = evt.getMessage();  
        // Do something with the message to be written. 
        ...  
 
        // And forward the event to the next handler. 
        ctx.sendDownstream(evt);  
    }  
} 

 有关事件模型的更多信息，请参考API文档ChannelEvent和ChannelPipeline部分。

2.4. 适用快速开发的高级组件

上述所提及的核心组件已经足够实现各种类型的网络应用，除此之外，Netty也提供了一系列的高级组件来加速你的开发过程。

2.4.1. Codec框架

就像“1.8. 使用POJO代替ChannelBuffer”一节所展示的那样，从业务逻辑代码中分离协议处理部分总是一个很不错的想法。然而如果一切从零开始便会遭遇 到实现上的复杂性。你不得不处理分段的消息。一些协议是多层的（例如构建在其他低层协议之上的协议）。一些协议过于复杂以致难以在一台主机（single state machine）上实现。

因此，一个好的网络应用框架应该提供一种可扩展，可重用，可单元测试并且是多层的codec框架，为用户提供易维护的codec代码。

Netty提供了一组构建在其核心模块之上的codec实现，这些简单的或者高级的codec实现帮你解决了大部分在你进行协议处理开发过程会遇到的问题，无论这些协议是简单的还是复杂的，二进制的或是简单文本的。

2.4.2. SSL / TLS 支持

不同于传统阻塞式的I/O实现，在NIO模式下支持SSL功能是一个艰难的工作。你不能只是简单的包装一下流数据并进行加密或解密工作，你 不得不借助于javax.net.ssl.SSLEngine，SSLEngine是一个有状态的实现，其复杂性不亚于SSL自身。你必须管理所有可能的 状态，例如密码套件，密钥协商（或重新协商），证书交换以及认证等。此外，与通常期望情况相反的是SSLEngine甚至不是一个绝对的线程安全实现。

在Netty内部，SslHandler封装了所有艰难的细节以及使用SSLEngine可能带来的陷阱。你所做的仅是配置并将该 SslHandler插入到你的ChannelPipeline中。同样Netty也允许你实现像StartTlS 那样所拥有的高级特性，这很容易。

2.4.3. HTTP实现

HTTP无疑是互联网上最受欢迎的协议，并且已经有了一些例如Servlet容器这样的HTTP实现。因此，为什么Netty还要在其核心模块之上构建一套HTTP实现？

与现有的HTTP实现相比Netty的HTTP实现是相当与众不同的。在HTTP消息的低层交互过程中你将拥有绝对的控制力。这是因为Netty的 HTTP实现只是一些HTTP codec和HTTP消息类的简单组合，这里不存在任何限制——例如那种被迫选择的线程模型。你可以随心所欲的编写那种可以完全按照你期望的工作方式工作 的客户端或服务器端代码。这包括线程模型，连接生命期，快编码，以及所有HTTP协议允许你做的，所有的一切，你都将拥有绝对的控制力。

由于这种高度可定制化的特性，你可以开发一个非常高效的HTTP服务器，例如：

要求持久化链接以及服务器端推送技术的聊天服务（e.g. Comet ）

需要保持链接直至整个文件下载完成的媒体流服务（e.g. 2小时长的电影）

需要上传大文件并且没有内存压力的文件服务（e.g. 上传1GB文件的请求）

支持大规模mash-up应用以及数以万计连接的第三方web services异步处理平台

2.4.4. Google Protocol Buffer 整合

Google Protocol Buffers 是快速实现一个高效的二进制协议的理想方案。通过使用ProtobufEncoder和ProtobufDecoder，你可以把Google Protocol Buffers 编译器 (protoc)生成的消息类放入到Netty的codec实现中。请参考“LocalTime ”实例，这个例子也同时显示出开发一个由简单协议定义 的客户及服务端是多么的容易。

2.5. 总述
在这一章节，我们从功能特性的角度回顾了Netty的整体架构。Netty有一个简单却不失强大的架构。这个架构由三部分组 成——缓冲（buffer），通道（channel），事件模型（event model）——所有的高级特性都构建在这三个核心组件之上。一旦你理解了它们之间的工作原理，你便不难理解在本章简要提及的更多高级特性。

你可能对Netty的整体架构以及每一部分的工作原理仍旧存有疑问。如果是这样，最好的方式是告诉我们 应该如何改进这份指南。