通俗地讲,Netty 能做什么?

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文章来源知乎,作者:老钱

作为一个学Java的,如果没有研究过Netty,那么你对Java语言的使用和理解仅仅停留在表面水平,会点SSH,写几个MVC,访问数据库和缓存,这些只是初等Java程序员干的事。如果你要进阶,想了解Java服务器的深层高阶知识,Netty绝对是一个必须要过的门槛。

有了Netty,你可以实现自己的HTTP服务器,FTP服务器,UDP服务器,RPC服务器,WebSocket服务器,Redis的Proxy服务器,MySQL的Proxy服务器等等。

如果你想知道Nginx是怎么写出来的,如果你想知道Tomcat和Jetty是如何实现的,如果你也想实现一个简单的Redis服务器,那都应该好好理解一下Netty,它们高性能的原理都是类似的。

  1. 创建一个ServerSocket,监听并绑定一个端口
  2. 一系列客户端来请求这个端口
  3. 服务器使用Accept,获得一个来自客户端的Socket连接对象
  4. 启动一个新线程处理连接

4.1 读Socket,得到字节流 4.2 解码协议,得到Http请求对象 4.3 处理Http请求,得到一个结果,封装成一个HttpResponse对象 4.4 编码协议,将结果序列化字节流 4.5 写Socket,将字节流发给客户端继续 5. 循环步骤3

HTTP服务器之所以称为HTTP服务器,是因为编码解码协议是HTTP协议,如果协议是Redis协议,那它就成了Redis服务器,如果协议是WebSocket,那它就成了WebSocket服务器,等等。

使用Netty你就可以定制编解码协议,实现自己的特定协议的服务器。

上面我们说的是一个传统的多线程服务器,这个也是Apache处理请求的模式。在高并发环境下,线程数量可能会创建太多,操作系统的任务调度压力大,系统负载也会比较高。那怎么办呢?

于是NIO诞生了,NIO并不是Java独有的概念,NIO代表的一个词汇叫着IO多路复用。它是由操作系统提供的系统调用,早期这个操作系统调用的名字是select,但是性能低下,后来渐渐演化成了Linux下的epoll和Mac里的kqueue。我们一般就说是epoll,因为没有人拿苹果电脑作为服务器使用对外提供服务。而Netty就是基于Java NIO技术封装的一套框架。为什么要封装,因为原生的Java NIO使用起来没那么方便,而且还有臭名昭著的bug,Netty把它封装之后,提供了一个易于操作的使用模式和接口,用户使用起来也就便捷多了。

那NIO究竟是什么东西呢? NIO的全称是NoneBlocking IO,非阻塞IO,区别与BIO,BIO的全称是Blocking IO,阻塞IO。那这个阻塞是什么意思呢?

  • Accept是阻塞的,只有新连接来了,Accept才会返回,主线程才能继
  • Read是阻塞的,只有请求消息来了,Read才能返回,子线程才能继续处理
  • Write是阻塞的,只有客户端把消息收了,Write才能返回,子线程才能继续读取下一个请求

所以传统的多线程服务器是BlockingIO模式的,从头到尾所有的线程都是阻塞的。这些线程就干等在哪里,占用了操作系统的调度资源,什么事也不干,是浪费。

么NIO是怎么做到非阻塞的呢。它用的是事件机制。它可以用一个线程把Accept,读写操作,请求处理的逻辑全干了。如果什么事都没得做,它也不会死循环,它会将线程休眠起来,直到下一个事件来了再继续干活,这样的一个线程称之为NIO线程。

while true {
    events = takeEvents(fds)  // 获取事件,如果没有事件,线程就休眠
    for event in events {
        if event.isAcceptable {
            doAccept() // 新链接来了
        } elif event.isReadable {
            request = doRead() // 读消息
            if request.isComplete() {
                doProcess()
            }
        } elif event.isWriteable {
            doWrite()  // 写消息
        }
    }
}
复制代码

NIO的流程大致就是上面的伪代码描述的过程,跟实际真实的代码有较多差异,不过对于初学者,这样理解也是足够了。

Netty是建立在NIO基础之上,Netty在NIO之上又提供了更高层次的抽象。

在Netty里面,Accept连接可以使用单独的线程池去处理,读写操作又是另外的线程池来处理。

Accept连接和读写操作也可以使用同一个线程池来进行处理。而请求处理逻辑既可以使用单独的线程池进行处理,也可以跟放在读写线程一块处理。线程池中的每一个线程都是NIO线程。用户可以根据实际情况进行组装,构造出满足系统需求的并发模型。

Netty提供了内置的常用编解码器,包括行编解码器[一行一个请求],前缀长度编解码器[前N个字节定义请求的字节长度],可重放解码器[记录半包消息的状态],HTTP编解码器,WebSocket消息编解码器等等

Netty提供了一些列生命周期回调接口,当一个完整的请求到达时,当一个连接关闭时,当一个连接建立时,用户都会收到回调事件,然后进行逻辑处理。

Netty可以同时管理多个端口,可以使用NIO客户端模型,这些对于RPC服务是很有必要的。 Netty除了可以处理TCP Socket之外,还可以处理UDP Socket。在消息读写过程中,需要大量使用ByteBuffer,Netty对ByteBuffer在性能和使用的便捷性上都进行了优化和抽象。

总之,Netty是Java程序员进阶的必备神奇。如果你知其然,还想知其所以然,一定要好好研究下Netty。如果你觉得Java枯燥无谓,Netty则是重新开启你对Java兴趣大门的钥匙。 读完一整篇也许你对Netty还不是特别清晰,可以关注公众号「八戒程序猿」,发送「netty教程」即可获取一套让你少花时间,少走弯路的 netty教程。

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