Netty实战八之引导

通过前面的学习,我们可能要考虑一个问题:如何将这些部分组织起来,成为一个可实际运行的应用程序呢?

答案是引导。简单来说,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——尽管该过程的具体细节可能并不如它定义那样简单,尤其是对于一个网络应用程序来说。

引导是我们一直以来都在组装的完整拼图中缺失的那一块。当你把它放到正确的位置上时,你的Netty应用程序就完整了。

1、Bootstarp类

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,如下图所示。

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(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)

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。

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 ,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。

其子类的声明如下:

public class Bootstrap extends AbstractBootstrap

public class ServerBootstrap extends AbstractBootstrap

2、引导客户端和无连接协议

Bootstrap类被用于客户端或者使用了无连接协议的应用程序中。Bootstrap类负责为客户端和使用无连接协议的应用程序创建Channel,如下图所示。

以下代码引导了一个使用NIO TCP传输的客户端

这个示例使用了前面提到的流式语法,这些方法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。

3、Channel和EventLoopGroup的兼容性

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

关于IllegalStateException的更多讨论

在引导过程中,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。

4、引导服务器

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。

下图展示了ServerBootstrap在bind()方法被调用时创建了一个ServerChannel,并且该ServerChannel管理多个子Channel。

以下代码实现了服务器的引导过程。

5、从Channel引导客户端

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。当一个应用程序必须要和组织现有的系统集成时,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。

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下图所示。

实现EventLoop共享涉及通过调用group()方法来设置EventLoop,如下代码所示。

以上示例都反应了编写Netty应用程序的一个一般准则:尽可能地重用EventLoop,以减少线程创建带来的开销。

6、在引导过程中添加多个ChannelHandler

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 extends ChannInboundHandlerAdapter

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。

以下代码定义了ChannelInitializer类,并通过ServerBootstrap的childHandler()方法注册了它。

7、使用Netty的ChannelOption和属性

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-aliva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。

以下代码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。

8、引导DatagramChannel

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(),如下代码所示。

9、关闭

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,所返回的Future注册一个监听器以在关闭完成时获得通知。

或者,你也可以调用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。

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