netty

Coding求生存
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1.介绍

Netty是由JBOSS提供的一个java开源框架。 Netty是一个高性能、异步事件驱动的NIO框架，它提供了对 TCP、UDP和文件传输的支持。作为当前最流行的NIO框架， Netty在互联网领域、大数据分布式计算领域、游戏行业、通 信行业等获得了广泛的应用，一些业界著名的开源组件也基于 Netty的NIO框架构建(文章尾有详细介绍)。

2.Netty的特点

  • 高并发 Netty是一款基于NIO（Nonblocking I/O，非阻塞IO）开发的 网络通信框架，对比于BIO（Blocking I/O，阻塞IO），他的 并发性能得到了很大提高 。
  • 传输快 Netty的传输快其实也是依赖了NIO的一个特性——零拷贝。
  • 封装好 Netty封装了NIO操作的很多细节，提供易于使用的API。

3.什么选择Netty

JDK 原生也有一套网络应用程序 API，但是存在一系列问 题，主要如下：
1）NIO 的类库和 API 繁杂，使用麻烦：你需要熟练掌握 Selector、ServerSocketChannel、SocketChannel、 ByteBuffer 等。
2）需要具备其他的额外技能做铺垫：例如熟悉 Java 多线程编 程，因为 NIO 编程涉及到 Reactor 模式，你必须对多线程和网 路编程非常熟悉，才能编写出高质量的 NIO 程序。
3）可靠性能力补齐，开发工作量和难度都非常大：例如客户 端面临断连重连、网络闪断、半包读写、失败缓存、网络拥塞 和异常码流的处理等等。NIO 编程的特点是功能开发相对容 易，但是可靠性能力补齐工作量和难度都非常大。
4）JDK NIO 的 Bug：例如臭名昭著的 Epoll Bug，它会导致 Selector 空轮询，最终导致 CPU 100%。官方声称在 JDK 1.6 版本的 update 18 修复了该问题，但是直到 JDK 1.7 版本 该问题仍旧存在，只不过该 Bug 发生概率降低了一些而已，它并没有被根本解决。

4.Netty框架的优势

  • API使用简单，开发门槛低；
  • 功能强大，预置了多种编解码功能，支持多种主流协 议；
  • 定制能力强，可以通过ChannelHandler对通信框架进 行灵活地扩展；
  • 性能高，通过与其他业界主流的NIO框架对比，Netty 的综合性能最优；
  • 成熟、稳定，Netty修复了已经发现的所有JDK NIO BUG，业务开发人员不需要再为NIO的BUG而烦恼；
  • 社区活跃，版本迭代周期短，发现的BUG可以被及时 修复，同时，更多的新功能会加入；
  • 经历了大规模的商业应用考验，质量得到验证。在互 联网、大数据、网络游戏、企业应用、电信软件等众多 行业得到成功商用，证明了它已经完全能够满足不同行 业的商业应用了。

5.Netty的架构设计

总体结构 Netty 采用了比较典型的三层网络架构进行设计，逻辑架构图 如下所示：

image.png 1）传输服务：支持 BIO 和 NIO；
2）容器集成：支持 OSGI、JBossMC、Spring、Guice 容器；
3）协议支持：HTTP、Protobuf、二进制、文本、WebSocket 等一系列常见协议都支持。还支持通过实行编码解码逻辑来实 现自定义协议；
4）Core 核心：可扩展事件模型、通用通信 API、支持零拷贝 的 ByteBuf 缓冲对象。

6.Netty的高性能设计

  1. 高性能的三大要素
    1. 传输：用什么样的通道将数据发送给对方，BIO、NIO或者 AIO，IO模型在很大程度上决定了框架的性能。
    2. 协议：采用什么样的通信协议，HTTP或者内部私有协议。 协议的选择不同，性能模型也不同。相比于公有协议，内部私 有协议的性能通常可以被设计的更优。
    3. 线程：数据报如何读取？读取之后的编解码在哪个线程进 行，编解码后的消息如何派发，Reactor线程模型的不同，对 性能的影响也非常大。
  2. IO模型
    Netty的I/O模型基于非阻塞I/O实现，底层依赖的是JDK NIO框 架的Selector。
  3. Reactor线程模型
    关于Java NIO 构造Reator模式，Doug lea在《Scalable IO in Java》中给了很好的阐述，这里截取PPT对Reator模式的实现 进行说明。
    1. Reactor单线程模型：Reactor单线程模型，指的是所有的I/O 操作都在同一个NIO线程上面完成。对于一些小容量应用场 景，可以使用单线程模型。

image.png 2) Reactor多线程模型：Rector多线程模型与单线程模型最大的 区别就是有一组NIO线程处理I/O操作。主要用于高并发、大 业务量场景。

image.png 3)主从Reactor多线程模型：主从Reactor线程模型的特点是服 务端用于接收客户端连接的不再是个1个单独的NIO线程，而 是一个独立的NIO线程池。利用主从NIO线程模型，可以解决1 个服务端监听线程无法有效处理所有客户端连接的性能不足问 题。

image.png

4.Netty的线程模型

说完了Reactor的三种模型，那么Netty是哪一种呢？其实 Netty的线程模型是Reactor模型的变种，那就是去掉线程池的 第三种形式的变种，这也是Netty NIO的默认模式。

7.Netty的核心组件

Netty应用中必不可少的组件：

  • Bootstrap or ServerBootstrap
  • EventLoop
  • EventLoopGroup
  • ChannelPipeline
  • Channel
  • Future or ChannelFuture
  • ChannelInitializer
  • ChannelHandler
  1. Bootstrap 一个Netty应用通常由一个Bootstrap开始，它主要作用是配置 整个Netty程序，串联起各个组件。 Handler，为了支持各种协议和处理数据的方式，便诞生了 Handler组件。Handler主要用来处理各种事件，这里的事件很 广泛，比如可以是连接、数据接收、异常、数据转换等。
  2. ChannelInboundHandler 一个最常用的Handler。这个Handler的作用就是处理接收到数 据时的事件，也就是说，我们的业务逻辑一般就是写在这个 Handler里面的，ChannelInboundHandler就是用来处理我们 的核心业务逻辑。
  3. ChannelInitializer 当一个链接建立时，我们需要知道怎么来接收或者发送数据， 当然，我们有各种各样的Handler实现来处理它，那么 ChannelInitializer便是用来配置这些Handler，它会提供一个 ChannelPipeline，并把Handler加入到ChannelPipeline。
  4. ChannelPipeline 一个Netty应用基于ChannelPipeline机制，这种机制需要依赖 于EventLoop和EventLoopGroup，因为它们三个都和事件或 者事件处理相关。 EventLoops的目的是为Channel处理IO操作，一个EventLoop 可以为多个Channel服务。 EventLoopGroup会包含多个EventLoop。
  5. Channel 代表了一个Socket链接，或者其它和IO操作相关的组件，它和 EventLoop一起用来参与IO处理。
  6. Future 在Netty中所有的IO操作都是异步的，因此，你不能立刻得知 消息是否被正确处理，但是我们可以过一会等它执行完成或者 直接注册一个监听，具体的实现就是通过Future和 ChannelFutures,他们可以注册一个监听，当操作执行成功或 失败时监听会自动触发。

总之，所有的操作都会返回一个ChannelFuture。

6. 扩展内容

Netty的应用场景?
高并发编程系列：NIO、BIO、AIO的区别，及NIO的 应用?

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