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在网络通信中，网络链路是不稳定的，会经常发生异常，而异常的表现就是请求超时或者响应超时。这类异常对系统的可靠性产生重大影响。那么怎么监测通信异常呢？监测异常后又怎么处理呢？这本就来聊聊超时处理这个问题。
Netty 的超时类型
IdleState
主要分为以下3类：
ALL_IDLE : 一段时间内没有数据接收或者发送。
READER_IDLE ： 一段时间内没有数据接收。
WRITER_IDLE ： 一段时间内没有数据发送。
针对上面的 3 类超时异常，Netty 提供了 3 类
ChannelHandler
来进行监测。
IdleStateHandler ： 当 Channel 一段时间未执行读取、写入或者两者都未执行时，触发 IdleStateEvent 事件。
ReadTimeoutHandler ：在一定时间内未读取任何数据时，引发 ReadTimeoutEvent 事件。
WriteTimeoutHandler ：当写操作在一定时间内无法完成时，引发 WriteTimeoutEvent 事件。
IdleStateHandler类
IdleStateHandler 包括了读\写超时状态处理，观察以下 IdleStateHandler 类的构造函数源码。
public IdleStateHandler(int readerIdleTimeSeconds, int writerIdleTimeSeconds, int allIdleTimeSeconds) {
this((long)readerIdleTimeSeconds, (long)writerIdleTimeSeconds, (long)allIdleTimeSeconds, TimeUnit.SECONDS);
public IdleStateHandler(long readerIdleTime, long writerIdleTime, long allIdleTime, TimeUnit unit) {
this(false, readerIdleTime, writerIdleTime, allIdleTime, unit);
public IdleStateHandler(boolean observeOutput, long readerIdleTime, long writerIdleTime, long allIdleTime, TimeUnit unit) {
this.writeListener = new ChannelFutureListener() {
public void operationComplete(ChannelFuture future) throws Exception {
IdleStateHandler.this.lastWriteTime = IdleStateHandler.this.ticksInNanos();
IdleStateHandler.this.firstWriterIdleEvent = IdleStateHandler.this.firstAllIdleEvent = true;
this.firstReaderIdleEvent = true;
this.firstWriterIdleEvent = true;
this.firstAllIdleEvent = true;
ObjectUtil.checkNotNull(unit, "unit");
this.observeOutput = observeOutput;
if (readerIdleTime <= 0L) {
this.readerIdleTimeNanos = 0L;
} else {
this.readerIdleTimeNanos = Math.max(unit.toNanos(readerIdleTime), MIN_TIMEOUT_NANOS);
if (writerIdleTime <= 0L) {
this.writerIdleTimeNanos = 0L;
} else {
this.writerIdleTimeNanos = Math.max(unit.toNanos(writerIdleTime), MIN_TIMEOUT_NANOS);
if (allIdleTime <= 0L) {
this.allIdleTimeNanos = 0L;
} else {
this.allIdleTimeNanos = Math.max(unit.toNanos(allIdleTime), MIN_TIMEOUT_NANOS);
在上述源码中，构造函数可以接收以下参数：
readerIdleTimeSecond：指定读超时时间，指定 0 表明为禁用。
writerIdleTimeSecond：指定写超时时间，指定 0 表明为禁用。
allIdleTimeSecond：在指定读写超时时间，指定 0 表明为禁用。
IdleStateHandler 使用示例：
public class MyChannelInitializer extends ChannelInitializer<Channel> {
@Override
protected void initChannel(Channel channel) throws Exception {
channel.pipeline().addLast("idleStateHandler",new IdleStateHandler(60,30,0));
channel.pipeline().addLast("myHandler",new MyHandler());
public class MyHandler extends ChannelDuplexHandler {
@Override
public void userEventTriggered(ChannelHandlerContext ctx, Object evt) throws Exception {
if(evt instanceof IdleStateEvent){
IdleStateEvent e = (IdleStateEvent) evt;
if(e.state() == IdleState.READER_IDLE){
ctx.close();
}else if(e.state() == IdleState.WRITER_IDLE){
ctx.writeAndFlush(new PingMessage());
在上述示例中，IdleStateHandler 设置了读超时时间为 60 秒，写超时时间为 30 秒。MyHandler 是针对超时事件 IdleStateEvent 的处理。
如果 30 秒内没有出站流量（写超时）时发送 ping 消息的示例。
如果 60 秒内没有入站流量（读超时）时，连接关闭。
ReadTimeoutHandler类
ReadTimeoutHandler 类包括了读超时状态处理。ReadTimeoutHandler 类的源码如下：
public class ReadTimeoutHandler extends IdleStateHandler {
private boolean closed;
public ReadTimeoutHandler(int timeoutSeconds) {
this((long)timeoutSeconds, TimeUnit.SECONDS);
public ReadTimeoutHandler(long timeout, TimeUnit unit) {
super(timeout, 0L, 0L, unit);
protected final void channelIdle(ChannelHandlerContext ctx, IdleStateEvent evt) throws Exception {
assert evt.state() == IdleState.READER_IDLE;
this.readTimedOut(ctx);
protected void readTimedOut(ChannelHandlerContext ctx) throws Exception {
if (!this.closed) {
ctx.fireExceptionCaught(ReadTimeoutException.INSTANCE);
ctx.close();
this.closed = true;
从上述源码可以看出，ReadTimeoutHandler 继承自 IdleStateHandler，并在构造函数中禁用了写超时、读写超时，而且在处理超时时，只会针对 READER_IDLE状态进行处理，并引发 ReadTimeoutException 异常。
ReadTimeoutHandler 的使用示例如下：
public class MyChannelInitializer extends ChannelInitializer<Channel> {
@Override
protected void initChannel(Channel channel) throws Exception {
channel.pipeline().addLast("readTimeoutHandler",new ReadTimeoutHandler(30));
channel.pipeline().addLast("myHandler",new MyHandler());
public class MyHandler extends ChannelDuplexHandler {
@Override
public void exceptionCaught(ChannelHandlerContext ctx, Throwable cause) throws Exception {
if(cause instanceof ReadTimeoutException){
}else {
super.exceptionCaught(ctx,cause);
在上述示例中，ReadTimeoutHandler 设置了读超时时间是 30 秒。
WriteTimeoutHandler类
WriteTimeoutHandler 类包括了写超时状态处理。WriteTimeoutHandler 类的源码如下：
public class WriteTimeoutHandler extends ChannelOutboundHandlerAdapter {
private static final long MIN_TIMEOUT_NANOS;
private final long timeoutNanos;
private WriteTimeoutHandler.WriteTimeoutTask lastTask;
private boolean closed;
public WriteTimeoutHandler(int timeoutSeconds) {
this((long)timeoutSeconds, TimeUnit.SECONDS);
public WriteTimeoutHandler(long timeout, TimeUnit unit) {
ObjectUtil.checkNotNull(unit, "unit");
if (timeout <= 0L) {
this.timeoutNanos = 0L;
} else {
this.timeoutNanos = Math.max(unit.toNanos(timeout), MIN_TIMEOUT_NANOS);
public void write(ChannelHandlerContext ctx, Object msg, ChannelPromise promise) throws Exception {
if (this.timeoutNanos > 0L) {
promise = promise.unvoid();
this.scheduleTimeout(ctx, promise);
ctx.write(msg, promise);
public void handlerRemoved(ChannelHandlerContext ctx) throws Exception {
WriteTimeoutHandler.WriteTimeoutTask task = this.lastTask;
WriteTimeoutHandler.WriteTimeoutTask prev;
for(this.lastTask = null; task != null; task = prev) {
task.scheduledFuture.cancel(false);
prev = task.prev;
task.prev = null;
task.next = null;
private void scheduleTimeout(ChannelHandlerContext ctx, ChannelPromise promise) {
WriteTimeoutHandler.WriteTimeoutTask task = new WriteTimeoutHandler.WriteTimeoutTask(ctx, promise);
task.scheduledFuture = ctx.executor().schedule(task, this.timeoutNanos, TimeUnit.NANOSECONDS);
if (!task.scheduledFuture.isDone()) {
this.addWriteTimeoutTask(task);
promise.addListener(task);
private void addWriteTimeoutTask(WriteTimeoutHandler.WriteTimeoutTask task) {
if (this.lastTask != null) {
this.lastTask.next = task;
task.prev = this.lastTask;
this.lastTask = task;
private void removeWriteTimeoutTask(WriteTimeoutHandler.WriteTimeoutTask task) {
if (task == this.lastTask) {
assert task.next == null;
this.lastTask = this.lastTask.prev;
if (this.lastTask != null) {
this.lastTask.next = null;
} else {
if (task.prev == null && task.next == null) {
return;
if (task.prev == null) {
task.next.prev = null;
} else {
task.prev.next = task.next;
task.next.prev = task.prev;
task.prev = null;
task.next = null;
protected void writeTimedOut(ChannelHandlerContext ctx) throws Exception {
if (!this.closed) {
ctx.fireExceptionCaught(WriteTimeoutException.INSTANCE);
ctx.close();
this.closed = true;
从上述源码可以看出，WriteTimeoutHandler 在处理超时时，引发了 WriteTimeoutException 异常。
WriteTimeoutHandler 的使用示例如下：
public class MyChannelInitializer extends ChannelInitializer<Channel> {
@Override
protected void initChannel(Channel channel) throws Exception {
channel.pipeline().addLast("writeTimeoutHandler",new WriteTimeoutHandler(30));
channel.pipeline().addLast("myHandler",new MyHandler());
public class MyHandler extends ChannelDuplexHandler {
@Override
public void exceptionCaught(ChannelHandlerContext ctx, Throwable cause) throws Exception {
if(cause instanceof WriteTimeoutException ){
}else {
super.exceptionCaught(ctx,cause);
在上述示例中，WriteTimeoutHandler 设置了写超时时间是 30 秒。
实现心跳机制
针对超时的解决方案——心跳机制。
在程序开发中，心跳机制是非常常见的。其原理是，当连接闲置时可以发送一个心跳来维持连接。一般而言，心跳就是一段小的通信。
1.定义心跳处理器
public class HeartbeatServerHandler extends ChannelInboundHandlerAdapter {
private static final ByteBuf HEARTBEAT_SEQUENCE = Unpooled
.unreleasableBuffer(Unpooled.copiedBuffer("Heartbeat",
CharsetUtil.UTF_8));
@Override
public void userEventTriggered(ChannelHandlerContext ctx, Object evt)
throws Exception {
if (evt instanceof IdleStateEvent) {
IdleStateEvent event = (IdleStateEvent) evt;
String type = "";
if (event.state() == IdleState.READER_IDLE) {
type = "read idle";
} else if (event.state() == IdleState.WRITER_IDLE) {
type = "write idle";
} else if (event.state() == IdleState.ALL_IDLE) {
type = "all idle";
ctx.writeAndFlush(HEARTBEAT_SEQUENCE.duplicate()).addListener(
ChannelFutureListener.CLOSE_ON_FAILURE);
System.out.println( ctx.channel().remoteAddress()+"超时类型：" + type);
} else {
super.userEventTriggered(ctx, evt);
对上述代码说明：
定义了心跳时，要发送的内容。
判断是不是 IdleStateEvent 事件，是则处理。
将心跳内容发送给客户端。
2.定义 ChannelInitializer
HeartbeatHandlerInitializer用于封装各类ChannelHandler，代码如下：
public class HeartbeatHandlerInitializer extends ChannelInitializer<Channel> {
private static final int READ_IDEL_TIME_OUT = 4;
private static final int WRITE_IDEL_TIME_OUT = 5;
private static final int ALL_IDEL_TIME_OUT = 7;
@Override
protected void initChannel(Channel ch) throws Exception {
ChannelPipeline pipeline = ch.pipeline();
pipeline.addLast(new IdleStateHandler(READ_IDEL_TIME_OUT,
WRITE_IDEL_TIME_OUT, ALL_IDEL_TIME_OUT, TimeUnit.SECONDS));
pipeline.addLast(new HeartbeatServerHandler());
对上述代码说明如下：
添加了一个IdleStateHandler到 ChannelPipeline，并分别设置了读、写超时的时间。为了方便演示，将超时时间设置的比较短。
添加了HeartbeatServerHandler，用来处理超时时，发送心跳。
3.编写服务器
服务器代码比较简单，启动后侦听 8083 端口。
public final class HeartbeatServer {
static final int PORT = 8083;
public static void main(String[] args) 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, 100)
.handler(new LoggingHandler(LogLevel.INFO))
.childHandler(new HeartbeatHandlerInitializer());
ChannelFuture f = b.bind(PORT).sync();
f.channel().closeFuture().sync();
} finally {
bossGroup.shutdownGracefully();
workerGroup.shutdownGracefully();
首先启动 HeartbeatServer，客户端用操作系统自带的 Telnet 程序即可：
telnet 127.0.0.1 8083
可以看到客户端与服务器的交互效果如下图。
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