Netty入门教程——认识Netty

什么是Netty？

Netty 是一个利用 Java 的高级网络的能力，隐藏其背后的复杂性而提供一个易于使用的 API 的客户端/服务器框架。
Netty 是一个广泛使用的 Java 网络编程框架（Netty 在 2011 年获得了Duke's Choice Award，见https://www.java.net/dukeschoice/2011）。它活跃和成长于用户社区，像大型公司 Facebook 和 Instagram 以及流行开源项目如 Infinispan, HornetQ, Vert.x, Apache Cassandra 和 Elasticsearch 等，都利用其强大的对于网络抽象的核心代码。

以上是摘自《Essential Netty In Action》这本书，本文的内容也是本人读了这本书之后的一些整理心得，如有不当之处欢迎大虾们指正

Netty和Tomcat有什么区别？

Netty和Tomcat最大的区别就在于通信协议，Tomcat是基于Http协议的，他的实质是一个基于http协议的web容器，但是Netty不一样，他能通过编程自定义各种协议，因为netty能够通过codec自己来编码/解码字节流，完成类似redis访问的功能，这就是netty和tomcat最大的不同。

有人说netty的性能就一定比tomcat性能高，其实不然，tomcat从6.x开始就支持了nio模式，并且后续还有APR模式——一种通过jni调用apache网络库的模式，相比于旧的bio模式，并发性能得到了很大提高，特别是APR模式，而netty是否比tomcat性能更高，则要取决于netty程序作者的技术实力了。

为什么Netty受欢迎？

如第一部分所述，netty是一款收到大公司青睐的框架，在我看来，netty能够受到青睐的原因有三：

并发高
传输快
封装好

Netty为什么并发高

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，两张图让你了解BIO和NIO的区别：

阻塞IO的通信方式

非阻塞IO的通信方式

从这两图可以看出，NIO的单线程能处理连接的数量比BIO要高出很多，而为什么单线程能处理更多的连接呢？原因就是图二中出现的Selector。
当一个连接建立之后，他有两个步骤要做，第一步是接收完客户端发过来的全部数据，第二步是服务端处理完请求业务之后返回response给客户端。NIO和BIO的区别主要是在第一步。
在BIO中，等待客户端发数据这个过程是阻塞的，这样就造成了一个线程只能处理一个请求的情况，而机器能支持的最大线程数是有限的，这就是为什么BIO不能支持高并发的原因。
而NIO中，当一个Socket建立好之后，Thread并不会阻塞去接受这个Socket，而是将这个请求交给Selector，Selector会不断的去遍历所有的Socket，一旦有一个Socket建立完成，他会通知Thread，然后Thread处理完数据再返回给客户端——这个过程是阻塞的，这样就能让一个Thread处理更多的请求了。
下面两张图是基于BIO的处理流程和netty的处理流程，辅助你理解两种方式的差别：

BIO的处理流程

NIO的处理流程

除了BIO和NIO之外，还有一些其他的IO模型，下面这张图就表示了五种IO模型的处理流程：

五种常见的IO模型

BIO，同步阻塞IO，阻塞整个步骤，如果连接少，他的延迟是最低的，因为一个线程只处理一个连接，适用于少连接且延迟低的场景，比如说数据库连接。
NIO，同步非阻塞IO，阻塞业务处理但不阻塞数据接收，适用于高并发且处理简单的场景，比如聊天软件。
多路复用IO，他的两个步骤处理是分开的，也就是说，一个连接可能他的数据接收是线程a完成的，数据处理是线程b完成的，他比BIO能处理更多请求，但是比不上NIO，但是他的处理性能又比BIO更差，因为一个连接他需要两次system call，而BIO只需要一次，所以这种IO模型应用的不多。
信号驱动IO，这种IO模型主要用在嵌入式开发，不参与讨论。
异步IO，他的数据请求和数据处理都是异步的，数据请求一次返回一次，适用于长连接的业务场景。

以上摘自Linux IO模式及 select、poll、epoll详解

Netty为什么传输快

Netty的传输快其实也是依赖了NIO的一个特性——零拷贝。我们知道，Java的内存有堆内存、栈内存和字符串常量池等等，其中堆内存是占用内存空间最大的一块，也是Java对象存放的地方，一般我们的数据如果需要从IO读取到堆内存，中间需要经过Socket缓冲区，也就是说一个数据会被拷贝两次才能到达他的的终点，如果数据量大，就会造成不必要的资源浪费。
Netty针对这种情况，使用了NIO中的另一大特性——零拷贝，当他需要接收数据的时候，他会在堆内存之外开辟一块内存，数据就直接从IO读到了那块内存中去，在netty里面通过ByteBuf可以直接对这些数据进行直接操作，从而加快了传输速度。
下两图就介绍了两种拷贝方式的区别，摘自Linux 中的零拷贝技术，第 1 部分

传统数据拷贝

零拷贝

上文介绍的ByteBuf是Netty的一个重要概念，他是netty数据处理的容器，也是Netty封装好的一个重要体现，将在下一部分做详细介绍。

为什么说Netty封装好？

要说Netty为什么封装好，这种用文字是说不清的，直接上代码：

阻塞I/O

public class PlainOioServer {

    public void serve(int port) throws IOException {

        final ServerSocket socket = new ServerSocket(port);     //1

        try {

            for (;;) {

                final Socket clientSocket = socket.accept();    //2

                System.out.println("Accepted connection from " + clientSocket);

                new Thread(new Runnable() {                        //3

                    @Override

                    public void run() {

                        OutputStream out;

                        try {

                            out = clientSocket.getOutputStream();

                            out.write("Hi!\r\n".getBytes(Charset.forName("UTF-8")));                            //4

                            out.flush();

                            clientSocket.close();                //5

                        } catch (IOException e) {

                            e.printStackTrace();

                            try {

                                clientSocket.close();

                            } catch (IOException ex) {

                                // ignore on close

                            }

                        }

                    }

                }).start();                                        //6

            }

        } catch (IOException e) {

            e.printStackTrace();

        }

    }

}

作者：追那个小女孩

链接：https://www.jianshu.com/p/b9f3f6a16911

來源：简书

简书著作权归作者所有，任何形式的转载都请联系作者获得授权并注明出处。

非阻塞IO

public class PlainNioServer {

    public void serve(int port) throws IOException {

        ServerSocketChannel serverChannel = ServerSocketChannel.open();

        serverChannel.configureBlocking(false);

        ServerSocket ss = serverChannel.socket();

        InetSocketAddress address = new InetSocketAddress(port);

        ss.bind(address);                                            //1

        Selector selector = Selector.open();                        //2

        serverChannel.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT);    //3

        final ByteBuffer msg = ByteBuffer.wrap("Hi!\r\n".getBytes());

        for (;;) {

            try {

                selector.select();                                    //4

            } catch (IOException ex) {

                ex.printStackTrace();

                // handle exception

                break;

            }

            Set<SelectionKey> readyKeys = selector.selectedKeys();    //5

            Iterator<SelectionKey> iterator = readyKeys.iterator();

            while (iterator.hasNext()) {

                SelectionKey key = iterator.next();

                iterator.remove();

                try {

                    if (key.isAcceptable()) {                //6

                        ServerSocketChannel server =

                                (ServerSocketChannel)key.channel();

                        SocketChannel client = server.accept();

                        client.configureBlocking(false);

                        client.register(selector, SelectionKey.OP_WRITE |

                                SelectionKey.OP_READ, msg.duplicate());    //7

                        System.out.println(

                                "Accepted connection from " + client);

                    }

                    if (key.isWritable()) {                //8

                        SocketChannel client =

                                (SocketChannel)key.channel();

                        ByteBuffer buffer =

                                (ByteBuffer)key.attachment();

                        while (buffer.hasRemaining()) {

                            if (client.write(buffer) == 0) {        //9

                                break;

                            }

                        }

                        client.close();                    //10

                    }

                } catch (IOException ex) {

                    key.cancel();

                    try {

                        key.channel().close();

                    } catch (IOException cex) {

                        // 在关闭时忽略

                    }

                }

            }

        }

    }

}

作者：追那个小女孩

链接：https://www.jianshu.com/p/b9f3f6a16911

來源：简书

简书著作权归作者所有，任何形式的转载都请联系作者获得授权并注明出处。

Netty

public class NettyOioServer {

    public void server(int port) throws Exception {

        final ByteBuf buf = Unpooled.unreleasableBuffer(

                Unpooled.copiedBuffer("Hi!\r\n", Charset.forName("UTF-8")));

        EventLoopGroup group = new OioEventLoopGroup();

        try {

            ServerBootstrap b = new ServerBootstrap();        //1

            b.group(group)                                    //2

             .channel(OioServerSocketChannel.class)

             .localAddress(new InetSocketAddress(port))

             .childHandler(new ChannelInitializer<SocketChannel>() {//3

                 @Override

                 public void initChannel(SocketChannel ch)

                     throws Exception {

                     ch.pipeline().addLast(new ChannelInboundHandlerAdapter() {            //4

                         @Override

                         public void channelActive(ChannelHandlerContext ctx) throws Exception {

                             ctx.writeAndFlush(buf.duplicate()).addListener(ChannelFutureListener.CLOSE);//5

                         }

                     });

                 }

             });

            ChannelFuture f = b.bind().sync();  //6

            f.channel().closeFuture().sync();

        } finally {

            group.shutdownGracefully().sync();        //7

        }

    }

}

作者：追那个小女孩

链接：https://www.jianshu.com/p/b9f3f6a16911

來源：简书

简书著作权归作者所有，任何形式的转载都请联系作者获得授权并注明出处。

从代码量上来看，Netty就已经秒杀传统Socket编程了，但是这一部分博大精深，仅仅贴几个代码岂能说明问题，在这里给大家介绍一下Netty的一些重要概念，让大家更理解Netty。

Channel
数据传输流，与channel相关的概念有以下四个，上一张图让你了解netty里面的Channel。

Channel一览
- Channel，表示一个连接，可以理解为每一个请求，就是一个Channel。
- ChannelHandler，核心处理业务就在这里，用于处理业务请求。
- ChannelHandlerContext，用于传输业务数据。
- ChannelPipeline，用于保存处理过程需要用到的ChannelHandler和ChannelHandlerContext。
ByteBuf
ByteBuf是一个存储字节的容器，最大特点就是使用方便，它既有自己的读索引和写索引，方便你对整段字节缓存进行读写，也支持get/set，方便你对其中每一个字节进行读写，他的数据结构如下图所示：

ByteBuf数据结构

他有三种使用模式：

Heap Buffer 堆缓冲区
堆缓冲区是ByteBuf最常用的模式，他将数据存储在堆空间。
Direct Buffer 直接缓冲区
直接缓冲区是ByteBuf的另外一种常用模式，他的内存分配都不发生在堆，jdk1.4引入的nio的ByteBuffer类允许jvm通过本地方法调用分配内存，这样做有两个好处
- 通过免去中间交换的内存拷贝, 提升IO处理速度; 直接缓冲区的内容可以驻留在垃圾回收扫描的堆区以外。
- DirectBuffer 在 -XX:MaxDirectMemorySize=xxM大小限制下, 使用 Heap 之外的内存, GC对此”无能为力”,也就意味着规避了在高负载下频繁的GC过程对应用线程的中断影响.
Composite Buffer 复合缓冲区
复合缓冲区相当于多个不同ByteBuf的视图，这是netty提供的，jdk不提供这样的功能。

除此之外，他还提供一大堆api方便你使用，在这里我就不一一列出了，具体参见ByteBuf字节缓存。

Codec
Netty中的编码/解码器，通过他你能完成字节与pojo、pojo与pojo的相互转换，从而达到自定义协议的目的。
在Netty里面最有名的就是HttpRequestDecoder和HttpResponseEncoder了。

Netty入门教程2——动手搭建HttpServer
Netty入门教程3——Decoder和Encoder
Netty入门教程4——如何实现长连接

以上就是我对《Netty实战》这本书的一些心得和书外的一些相关知识整理，如果有不同的见解，欢迎讨论！

作者：追那个小女孩
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