Netty简介

Netty简介徐经纬2016.1.4JAVAI/O的演进在JDK1.4发布之前，基于JAVA的所有Socket通信都采用了同步阻塞模式（BIO），其在性能和可靠性上都存在着巨大的瓶颈，因此服务端应用的开发基本被C和C++占据JDK1.4推出了非阻塞I/O的NIO类库，提供了很多进行异步I/O开发的API和类库，极大促进了基于JAVA的异步非阻塞编程的发展和应用JDK1.7对NIO进行了升级，被称为NIO2.0，进一步强化和丰富了JAVA异步I/O的功能BIO在网络编程中面临的问题同步阻塞I/O服务端通信模型（一客户端一线程）BIO在网络编程中面临的问题上述模型的问题：缺乏弹性伸缩能力1.服务端的线程数和客户端并发访问数呈1:1的关系2.线程数膨胀后，系统的性能急剧下降3.最终进程宕机或者僵死，不能继续对外提供服务改进：线程池+消息队列？仍然使用BIO，当网络较差或者对方处理数据较慢时，线程会被阻塞，后续的请求慢慢填满消息队列。而消息队列的实现也是阻塞的，因此之后的入队列操作会被阻塞，即Acceptor被阻塞，从而也不能继续向外提供服务NIO的解决方式NIO基于一种多路复用的技术：在NIO中，每一个网络连接被抽象为一个Channel，我们可以在Selector上对打开的Channels进行注册，并标明我们感兴趣的事件。当Channels被注册后，通过Selector.select()方法进行阻塞，直到我们监听的事件发生。此时我们会获得一个SelectionKey的集合，表示处于就绪状态的Channel，于是就可以进行后续的I/O处理了。这样，我们仅仅通过一个线程就能对多个连接进行处理了代码…NIO的解决方式JAVA原生NIO类库的复杂性NIO服务端通信序列图当前网络协议使用中的问题当前已有的通用的协议有时并不能满足我们特定的需求我们需要对现有协议进行优化，或者按需实现全新的协议如何快速的进行开发？WhatisNetty?“Nettyisanasynchronousevent-drivennetworkapplicationframeworkforrapiddevelopmentofmaintainablehighperformanceprotocolservers&clients.”Netty是一个异步、事件驱动（asynchronousevent-driven）的用以开发高性能、高可靠性协议服务器和客户端的网络应用框架换句话说，Netty是一个NIO服务器-客户端框架，它在JAVANIO的基础上进行封装并提供出一套便于用户开发的API，使用它可以快速简单地开发网络应用程序，比如协议服务器和客户端Netty的重要组件Bootstrap一个Netty应用通常由一个Bootstrap开始，它的主要作用是配置整个Netty程序，串联起各个组件。Bootstrap有两种类型，ServerBootstrap和Bootstrap，分别用于Server端和Client端Channel代表一个Socket连接，或者其他和I/O相关的组件EventLoop为Channel处理I/O操作，一个EventLoop可以为多个Channel服务，可理解为一个线程EventLoopGroup一个EventLoopGroup包含多个EventLoop，可以将其理解为一个线程池Netty的重要组件Handler用来处理各种事件，比如连接、数据接收、异常、数据转换、编解码等。按照输入输出来分，分为ChannelInboundHandler和ChannelOutboundHandler。前者对从客户端发往服务器的报文进行处理，一般用来执行编码、读数据、业务处理等；后者处理服务器发往客户端的数据，如编码ChannelPipelineChannelHandler的容器。每个Channel会绑定一个ChannelPipeline，用于处理该Channel上产生的事件ChannelFutureNetty中所有的I/O操作都是异步的，所以不能立刻得知消息的处理结果。因此，我们需要通过ChannelFuture注册一个监听，当操作执行成功或失败时进行一些处理Netty的线程模型Netty的线程模型工作流程：1.从主线程池中随机选择一个Reactor线程作为Acceptor线程，用于绑定监听端口，接收客户端连接2.Acceptor线程接收客户端连接请求之后创建新的SocketChannel，将其注册到主线程池的其它Reactor线程上，由其负责接入认证、IP黑白名单过滤、握手等操作3.步骤2完成之后，业务层的链路正式建立，将SocketChannel从主线程池的Reactor线程的多路复用器上摘除，重新注册到Sub线程池的线程上，用于处理I/O的读写操作Netty的线程模型Netty是个异步高性能的NIO框架，它并不是个业务运行容器，因此它不需要也不应该提供业务容器和业务线程。合理的设计模式是Netty只负责提供和管理NIO线程，其它的业务层线程模型由用户自己集成，Netty不应该提供此类功能，只要将分层划分清楚，就会更有利于用户集成和扩展Netty的逻辑架构Reactor通信调度层•监听网络的读写和连接操作•将网络层数据读取到内存缓冲区中•触发各种网络事件，如连接创建、连接激活、读事件、写事件等职责链ChannelPipeline•负责事件在职责链中的有序传播•动态编排职责链•各种Handler对事件进行过滤业务逻辑编排层•具体的业务逻辑的处理Netty的具体处理流程连接当一个连接到达时，Netty会产生一个Channel，然后从EventLoopGroup中选出一个EventLoop将该Channel注册在其上，标明感兴趣的I/O事件，如：OP_READ。EventLoop对Channel的监听即为上面讲到的I/O多路复用技术（selector）数据处理当某个Channel上有数据到来时，EventLoop会选出对应的Channel，读取数据，并且触发网络事件交由ChannelPipeline处理。ChannelPipeline中是一系列的Handler，数据在ChannelPipeline中流动，并经由一个个Handler处理，每个Handler处理完成后将数据交给下一个Handler处理Netty为我们提供了一些ChannelHandlerAdapter，我们可以通过使用它们简化Handler的编写，从而可以将注意力集中在具体的业务逻辑上Netty的具体处理流程关于编解码由于网络传输只能传输字节流，因此在发送数据前需要把message类型的数据转化为bytes；相对应的，在接收到数据后，我们需要把bytes解析成message。这就是编解码过程编解码其实也就是某种特殊的Handler，Netty提供了许多现成的编解码器可供使用，如：HttpRequestDecoder，MessagetoByteEncoder。当然我们也可以实现自己的编码解码器Netty架构可扩展的事件模型•基于拦截链模式•由一个ChannelPipeline对一组ChannelHandler进行管理•很方便在ChannelPipeline中添加自定义的Handler•对事件如何被处理以及管道内部处理器间的交互过程绝对控制统一的异步I/OAPI•传统JAVAI/O在面对不同传输协议时需要使用不同的类型和方法•JAVANIO与传统的BIO不兼容•Netty有一个叫做Channel的统一的I/O编程接口，抽象了所有点对点的通信操作零拷贝和丰富的缓冲实现•避免数据在用户空间和内存空间之间的拷贝，提高性能•提供组合Buffer对象，可以聚合多个Buffer，并方便地对其操作。不需要使用传统的内存拷贝的方式讲几个小的Buffer合并成一个大的Buffer•Netty中自建的缓冲实现ByteBuf，对NIO中的ByteBuffer进行了优化一个Echo服务器的例子Thanks！