一起来读Netty In Action（一）

Netty是一款异步事件驱动的网络应用程序框架，支持快速的开发可维护的高性能的面向协议的服务器和客户端。在网络编程中，阻塞、非阻塞、同步、异步经常被提到。同步（synchronous） IO和异步（asynchronous） IO，阻塞（blocking） IO和非阻塞（non-blocking）IO分别是什么，到底有什么区别？

常见的I/O模型有如下几种：

我们举一个场景来说明上面各是什么意思：

周末我和宝宝逛街，中午饿了，我们准备去吃饭。周末人多，吃饭需要排队，我和宝宝有以下几种方案：

（1）阻塞：我和宝宝点完餐后，不知道什么时候能做好，只好坐在餐厅里面等，直到做好，然后吃完才离开。宝宝本想还和我一起逛街的，但是不知道饭能什么时候做好，只好和我一起在餐厅等，而不能去逛街，直到吃完饭才能去逛街，中间等待做饭的时间浪费掉了。这就是典型的阻塞。

（2）非阻塞：宝宝不甘心白白在这等，又想去逛商场，又担心饭好了。所以我们逛一会，回来询问服务员饭好了没有，来来回回好多次，饭都还没吃都快累死了啦。这就是非阻塞。需要不断的轮询，是否准备好了。

（3）多路复用：与第二个方案差不多，餐厅安装了电子屏幕用来显示点餐的状态，这样我和宝宝逛街一会，回来就不用去询问服务员了，直接看电子屏幕就可以了。这样每个人的餐是否好了，都直接看电子屏幕就可以了，这就是典型的IO多路复用，如select、poll、epoll。

（4）异步：宝宝不想逛街，又嫌餐厅太吵了，想好好休息一下。于是我们叫外卖，打个电话点餐，然后我和宝宝可以在家好好休息一下(此处忽略带宝宝回家的细节)，饭好了送货员送到家里来。这就是典型的异步，只需要打个电话说一下，然后可以做自己的事情，饭好了就送来了。

所以阻塞非阻塞的区别在于：简单理解为需要做一件事能不能立即得到返回应答，如果不能立即获得应答，需要等待，那就阻塞了，否则就可以理解为非阻塞。

而其实同步和异步的区别：就是在线程在等待的过程中能不能去做另外的事情，如果是同步，则线程一直等待或者去轮询结果；如果是异步，线程直接返回，去做其他的工作，而本次I/O完成之后会主动通知线程完成。实际上同步与异步是针对应用程序与内核的交互而言的。同步过程中进程触发IO操作并等待或者轮询的去查看IO操作是否完成。异步过程中进程触发IO操作以后，直接返回，做自己的事情，IO交给内核来处理，完成后内核通知进程IO完成。

其实我们经常用的ajax就是异步的JavaScript与XML技术，在jquery中我们可以配置async: false属性设置ajax为同步请求，其实在js处理处理ajax的时候，会开启单独的ajax工作线程来处理请求，随后，主线程就去做其他的事情了，在主线程收到该请求的回调通知的时候，他才会回来处理该请求结果。

下面两幅图展示了java网络编程中的阻塞I/O和java nio提供的非阻塞I/O的模型：

使用阻塞I/O处理多个连接                             使用selector的非阻塞I/O

使用selector的模型有如下的好处：

（1）较少的线程处理许多连接，减少内存管理和上下文切换带来的开销。

（2）没有I/O需要处理的时候，线程也可以被用于其他任务。

介绍完这些概念，我们来看一下netty有哪些核心构件吧。

1.channel

channel是java NIO的一个基本构造，代表着一个到实体的开发连接，如读操作和写操作。Channel通道和流非常相似，主要有以下几点区别：

• 通道可以读也可以写，流一般来说是单向的（只能读或者写）。
• 通道可以异步读写。
• 通道总是基于缓冲区Buffer来读写。

在java中channel有如下的实现：

• FileChannel
• DatagramChannel
• SocketChannel
• ServerSocketChannel

FileChannel用于文件的数据读写。 DatagramChannel用于UDP的数据读写。 SocketChannel用于TCP的数据读写。 ServerSocketChannel允许我们监听TCP链接请求，每个请求会创建会一个SocketChannel.所以ServerSocketChannel并不传输数据。

2.回调

一个回调其实就是一个方法。在netty内部使用了回调来处理事件，当一个回调被触发，相关的事件可以被ChannelHandler的实现处理。

3.Future

Future提供了另一种在操作完成时通知应用程序的方式，它提供了对此次异步操作的的结果的访问。在java的concurrent包下的 Future只允许手动的检查对应的操作是否已经完成，或者一直阻塞到它完成，所以netty提供了它的实现-channelFuture用于在执行异步的时候调用。channelFuture还提供了额外的方法这些方法使得我们能够注册一个或者多个channelFutureListener 实例，这些监听器的回调方法：operationComplete(),将会在对应的操作完成时被调用每个netty的出站I/O操作都会返回一个ChannelFuture,如下代码中connect ()方法将会直接返回，不会阻塞。

 Channel channel = ...;
 ChannelFuture future = channel.connect(new InetSocketAddress("192.168.0.1",25)); //异步的连接到远程节点

下面的例子展示了ChannelFuture和回调的用法：

 Channel channel = ...;
 ChannelFuture future = channel.connect(new InetSocketAddress("192.168.9.1",25));  //异步连接到远程节点
 future.addListener(new ChannelFutureListener(){    //注册一个ChannelFutureListener，以便在操作完成时获得通知
      @Override
      public void operationComplete(ChannelFuture future){
               if(future.isSuccess()){    //如果操作是成功的，执行相应的操作
                 //...

          }else{
             Throwable cause = future.cause();   //操作失败的异常处理
             cause.printStackTrace();
          }
      }
 });

其实可以把ChannelFutureListener看作是回调的一个更加精细的版本。回调和ChannelFutureListener相互补充，构成netty最为关键的组件之一。

4.事件和channelHandler

netty使用不同的事件开通知我们状态的改变或者是操作的状态，可能由入站数据或者相关的状态更改而触发的事件包括：

（1）连接激活或者连接失活

（2）数据读取

（3）用户事件

（4）错误事件

出站事件是未来将会触发的某个动作的操作结果，这些动作包括：

（1）打开或者关闭到远程节点的连接。

（2）将数据写到或者冲刷到套接字。

每个事件都可以被分发到ChannelHandler类中的某个用户实现的方法，下图展示了ChannelHandler链是怎么处理入站事件的（出站事件也是一样的）：

netty的ChannelHandler为处理器提供了基本的抽象，netty也提供了大量的预定义的可以开箱即用的ChannelHandler 实现，包括用于各种协议的（如http或ssl/tls）的 ChannelHandler，在内部，ChannelHandler自己也使用了事件和future。

5.总结

netty通过触发事件将selector从应用程序抽象出来，消除了所有本来将需手动编写的派发代码，在内部，将会为每个Channel分配一个EventLoop，用于处理所有的事件，包括：

（1）注册感兴趣的事件

（2）将事件派发给ChannelHandler

（3）安排进一步的动作

EventLoop本身只由一个线程驱动，其处理了一个channel的所有的I/O事件，并且在该channel整个生命周期内都不会变，这种设计消除了可以在你的ChannelHandler中需要进行同步的顾虑。

下一节我们将深入的探讨netty的API和编程模型的基本知识。