米哈游一面：Netty 采用了哪些經(jīng)典的設(shè)計(jì)模式？
Netty 是一個(gè)優(yōu)秀的、高性能、異步的事件驅(qū)動(dòng)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用框架，它內(nèi)部使用了許多經(jīng)典的設(shè)計(jì)模式。這篇文章，我們來詳細(xì)分析 Netty到底使用了哪些優(yōu)秀的設(shè)計(jì)模式，并且結(jié)合 Netty 的具體實(shí)現(xiàn)來探討這些模式的應(yīng)用。
1. 責(zé)任鏈模式
(1) 概念：
責(zé)任鏈模式(Chain of Responsibility)用于將請(qǐng)求沿著處理鏈傳播，每個(gè)對(duì)象都有機(jī)會(huì)處理請(qǐng)求或?qū)⑵鋫鬟f給下一個(gè)對(duì)象。
(2) Netty 中的應(yīng)用：
Netty 的 ChannelPipeline 和 ChannelHandler 正是責(zé)任鏈模式的經(jīng)典實(shí)現(xiàn)。ChannelPipeline 是一組互相連接的 ChannelHandler 對(duì)象，每個(gè) ChannelHandler 執(zhí)行對(duì)數(shù)據(jù)流的處理。
(3) 實(shí)現(xiàn)案例：
- 在 Netty 中，ChannelPipeline 提供了一組按順序工作的 ChannelHandler，可分為入站（inbound）和出站（outbound）。
- 當(dāng)接收到數(shù)據(jù)時(shí)，它會(huì)沿入站處理鏈傳播，各個(gè)入站 ChannelHandler 依次處理該數(shù)據(jù)（如解碼、業(yè)務(wù)邏輯處理等）。
- 當(dāng)發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，它會(huì)沿出站處理鏈傳播，各個(gè)出站 ChannelHandler 依次處理該數(shù)據(jù)（如編碼、壓縮等）。
(4) 代碼示例：
ChannelPipeline pipeline = channel.pipeline();
pipeline.addLast(new DecoderHandler());
pipeline.addLast(new BusinessLogicHandler());
pipeline.addLast(new EncoderHandler());每個(gè)處理器都會(huì)處理其關(guān)心的部分，并將其余的事情交給鏈內(nèi)的下一個(gè)處理器。
2. 觀察者模式
(1) 概念：
觀察者模式(Observer)定義了對(duì)象之間的一對(duì)多依賴關(guān)系，當(dāng)目標(biāo)對(duì)象狀態(tài)發(fā)生改變時(shí)，其依賴者（觀察者）會(huì)收到通知并自動(dòng)更新。
(2) Netty 中的應(yīng)用：
Netty 的事件驅(qū)動(dòng)模型通過觀察者模式實(shí)現(xiàn)。當(dāng) Selector 檢測到特定事件（如 read 或 write 準(zhǔn)備完成）后會(huì)通知對(duì)應(yīng)的 Channel。Channel 會(huì)觸發(fā)事件并將任務(wù)提交到合適的處理器執(zhí)行。
(3) 實(shí)現(xiàn)案例：
- ChannelFuture 是 Netty 中觀察者模式的典型應(yīng)用，例如，當(dāng)你向服務(wù)器發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，可以通過 ChannelFuture 注冊(cè)監(jiān)聽器，來監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)發(fā)送是否完成。
- 當(dāng)操作完成時(shí)，監(jiān)聽器會(huì)被通知從而執(zhí)行用戶定義的回調(diào)邏輯。
(4) 代碼示例：
ChannelFuture future = channel.writeAndFlush(message);
future.addListener(new ChannelFutureListener() {
@Override
public void operationComplete(ChannelFuture future) throws Exception {
if (future.isSuccess()) {
System.out.println("Write successful!");
} else {
System.out.println("Write failed: " + future.cause());
}
}
});ChannelFutureListener 是典型的觀察者，當(dāng) ChannelFuture 的狀態(tài)變化時(shí)會(huì)收到通知。
3. 工廠模式
(1) 概念：
工廠模式(Factory)用于創(chuàng)建對(duì)象的實(shí)例，屏蔽了對(duì)象創(chuàng)建的復(fù)雜性。
(2) Netty 中的應(yīng)用：
Netty 使用工廠模式隱藏了創(chuàng)建復(fù)雜對(duì)象的細(xì)節(jié)，常見的是 EventLoopGroup 和 Bootstrap 等組件。
(3) 實(shí)現(xiàn)案例：
- EventLoopGroup 是執(zhí)行事件循環(huán)的關(guān)鍵組件，Netty 提供了多種實(shí)現(xiàn)（如 NIO 的 NioEventLoopGroup 和 Epoll 的 EpollEventLoopGroup），用戶可以通過抽象工廠模式指定自己需要的實(shí)現(xiàn)。
- Bootstrap 和 ServerBootstrap 也是工廠模式的經(jīng)典應(yīng)用，它們用于構(gòu)造客戶端和服務(wù)端配置。
(4) 代碼示例：
EventLoopGroup group = new NioEventLoopGroup();
Bootstrap bootstrap = new Bootstrap();
bootstrap.group(group)
.channel(NioSocketChannel.class)
.handler(new ChannelInitializer<SocketChannel>() {
@Override
protected void initChannel(SocketChannel ch) throws Exception {
ch.pipeline().addLast(new MyHandler());
}
});用戶只需要調(diào)用 Bootstrap 的方法即可完成工廠的配置，隱藏了復(fù)雜的配置邏輯。
4. 適配器模式
(1) 概念：
適配器模式(Adapter)用來將一個(gè)類的接口轉(zhuǎn)換為另一個(gè)接口，以實(shí)現(xiàn)接口之間的兼容。
(2) Netty 中的應(yīng)用：
Netty 的 ChannelHandlerAdapter 和 ChannelInboundHandlerAdapter 是典型的適配器模式應(yīng)用，它們簡化了 ChannelHandler 的實(shí)現(xiàn)。
(3) 實(shí)現(xiàn)案例：
Netty 的 ChannelHandler 提供了很多接口方法，但用戶可能只需要實(shí)現(xiàn)一小部分邏輯。在這種情況下，用戶無需全部實(shí)現(xiàn)所有方法，可以繼承 ChannelInboundHandlerAdapter 或 ChannelOutboundHandlerAdapter 來簡化代碼。
(4) 代碼示例：
public class MyHandler extends ChannelInboundHandlerAdapter {
@Override
public void channelRead(ChannelHandlerContext ctx, Object msg) throws Exception {
System.out.println("Message received: " + msg);
ctx.fireChannelRead(msg);
}
}通過適配器，用戶不需要實(shí)現(xiàn) ChannelHandler 的所有方法，同時(shí)保留了靈活性。
5. 策略模式
(1) 概念：
策略模式(Strategy)將一組算法封裝起來，使得它們可以互換，同時(shí)將算法的選擇獨(dú)立于使用這些算法的客戶。
(2) Netty 中的應(yīng)用：
Netty 在其 EventLoopGroup 和處理 IO 的任務(wù)分配中采用了策略模式。通過抽象的 EventLoop，Netty 支持多種不同的多路復(fù)用機(jī)制（如 NIO、Epoll 等）。
(3) 實(shí)現(xiàn)案例：
- EventLoopGroup 支持多種實(shí)現(xiàn)，并根據(jù)運(yùn)行環(huán)境動(dòng)態(tài)選擇策略，例如在 Linux 平臺(tái)優(yōu)先選擇 Epoll。
- Netty 的序列化與解碼器也使用了策略模式，不同的序列化方式可以互相替換（如 protobuf、JSON 等）。
(4) 代碼示例：
EventLoopGroup group = new EpollEventLoopGroup(); // Linux 平臺(tái)下的高性能實(shí)現(xiàn)
Bootstrap bootstrap = new Bootstrap();
bootstrap.group(group)
.channel(EpollSocketChannel.class);用戶可以靈活替換實(shí)現(xiàn)以適配特定需求。
6. 原型模式
(1) 概念：
原型模式 (Prototype)通過克隆的方式創(chuàng)建對(duì)象，而不是直接實(shí)例化。
(2) Netty 中的應(yīng)用：
Netty 的緩沖區(qū)分配（ByteBufAllocator）中使用了原型模式。為了減少內(nèi)存分配和回收的開銷，Netty 提供了池化的緩沖區(qū)，通過克隆和回收來重復(fù)利用緩沖區(qū)。
(3) 實(shí)現(xiàn)案例：
- PooledByteBufAllocator 負(fù)責(zé)提供緩沖區(qū)，其內(nèi)部維護(hù)了一系列固定大小的內(nèi)存塊，用于內(nèi)存分配和回收。
- 使用原型模式減少了頻繁的內(nèi)存分配成本。
7. 單例模式
(1) 概念：
單例模式(Singleton)保證一個(gè)類只存在一個(gè)實(shí)例，并提供全局訪問點(diǎn)。
(2) Netty 中的應(yīng)用：
Netty 中某些共享的組件采用單例模式，例如 Unpooled 類和一些內(nèi)部工具類。
(3) 實(shí)現(xiàn)案例：
Unpooled 是非池化緩沖區(qū)的工廠類，它使用單例模式提供緩沖區(qū)操作的統(tǒng)一入口。
(4) 代碼示例：
ByteBuf buf = Unpooled.buffer(256);8. 模板方法模式
(1) 概念：
模板方法模式(Template Method)允許在基類定義操作的框架，而將具體實(shí)現(xiàn)延遲到子類。
(2) Netty 中的應(yīng)用：
Netty 的很多組件都提供了模板方法模式的實(shí)現(xiàn)，例如 ChannelInitializer 用于設(shè)置 ChannelPipeline。
(3) 實(shí)現(xiàn)案例：
用戶通過繼承 ChannelInitializer 定義自己的邏輯，而底層框架負(fù)責(zé)調(diào)用和執(zhí)行。
(4) 代碼示例：
public class MyChannelInitializer extends ChannelInitializer<SocketChannel> {
@Override
protected void initChannel(SocketChannel ch) throws Exception {
ch.pipeline().addLast(new MyHandler());
}
}9. 總結(jié)
這篇文章，我們?cè)敿?xì)地分析了 Netty 包含的經(jīng)典設(shè)計(jì)模式，并結(jié)合 Netty 的具體實(shí)現(xiàn)來探討這些模式的應(yīng)用。因?yàn)槠邢蓿覀冎环治隽?8種有代表性的模型，但是 Netty的設(shè)計(jì)模式絕不僅僅只有這些，它們都是經(jīng)典的設(shè)計(jì)模式。作為Java領(lǐng)域一款經(jīng)典的網(wǎng)絡(luò)通信工具，Netty絕對(duì)值得我們花時(shí)間去琢磨。
