Netty初探-基本概念和相關類介紹

基本概念

• 概念

  Netty是由JBOSS提供的一個Java NIO開源框架。Netty提供異步的、事件驅動的網絡應用程序框架和工具，用以快速開發高性能、高可靠性的網絡服務器和客戶端程序。可實現的功能見下圖：
  

• Netty vs Mina vs Grizzly

  • Mina的設計理念最爲優雅，Netty和Mina的主導作者是同一人。
  • Mina出自於Apache，Netty出身於商業開源大亨Jboss，而Grizzly則出身於土鱉Sun公司。

• Netty作爲NIO框架的優勢

  • API使用簡單
  • 功能強大，預置了多種編解碼功能，支持多種主流協議
  • 定製能力強，可以通過ChannelHandler對通信框架進行靈活擴展
  • 性能高
  • 社區活躍

相關類

• ByteBuf

  使用數據傳輸，需要使用到緩衝區。ByteBuf是個Byte數組的緩衝區，基本功能和JDK的ByteBuffer一致。

  • 兩個指針維持緩衝區的讀寫操作：readerIndex標識讀索引，writerIndex標識寫索引。
  • 順序讀操作(read)
  • 順序寫操作(write)
  • Discardable bytes，重用緩衝區，因爲緩衝區的分配和釋放是個耗時的操作。
  • clear操作，並不是清空緩衝區內容本身，而是將readerIndex和writerIndex還原爲初始分配值。
  • Mark和Rest，回滾操作實現，備份readerIndex、WriterIndex
  • 查找操作
  • Derived buffers，類似於數據庫的視圖。duplicate、copy、slice
  • 轉換爲標準的ByteBuffer
  • 隨機讀寫（set和get）

  • ByteBuf類圖
    

  • 堆內存：內存的分配和回收速度快，被JVM自動回收。

  • 直接內存：與Socket Channel通信，少了一次內存複製，速度比堆快。
  • 基於對象池的ByteBuf和普通ByteBuf
  • ByteBuf相關輔助類
    
    • ByteBufHolder，是ByteBuf的容器，對ByteBuf進行包裝和抽象。
    • ByteBufAllocator，字節緩衝區分配器：基於內存池和普通的。
    • CompositeByteBuf，將多個ByteBuf的實例組裝到一起，形成一個統一的視圖。
    • ByteBufUtil，提供了一些靜態方法用於操作ByteBuf對象。例如字符串的編碼和解碼。

• Channel 和 Unsafe
  Channel用於異步I/O操作，Unsafe是個內部接口，聚合在Channel中協助進行網絡讀寫相關的操作。

• ChannelPipeline和ChannelHandler

  類似於Servlet和Filter過濾器，是職責鏈模式的一種變形，主要是爲了方便事件的攔截和用戶業務邏輯的定製。將Channel的數據管道抽象爲ChannelPipeline，消息在ChannelPipeline中流動和傳遞，ChannelPipeline持有I/O事件攔截器ChannelHandler的鏈表，由ChannelHandler對I/O事件進行攔截和處理，可以方便地通過新增和刪除ChannelHandler來實現不同的業務邏輯定製。

  • inbound事件通常由I/O線程觸發（fire），outbound事件通常由用戶主動發起的網絡I/O操作。
  • 用戶不需要自己創建pipeline，因爲使用ServerBootstrap和Bootstrap啓動後，Netty會爲每個Channel連接創建一個獨立的pipeline，用戶只需要將自定義的攔截器加入到pipeline中即可。
  • ChannelHandlerAdapter
  • ByteToMessageDecoder：ByteBuf解碼爲業務POJO對象
  • MessageToMessageDecoder：Netty的二次解碼器，將一個對象二次解碼爲其他對象。
  • LengthFieldBasedFrameDecoder：半包解碼器
  • 類圖
    

• EventLoop 和EventLoopGroup

  線程模型，Netty框架的主要線程就是I/O線程，被精心設計，即提升了框架的併發性性能，又在很大程度避免鎖，局部實現了無鎖化機制。

  • Reactor單線程模型，異步非阻塞I/O，理論上一個線程可以獨立處理所有I/O相關的操作。

  • Reactor多線程模型
    

    • Acceptor線程：監聽服務端，接受客戶端的TCP連接請求，專門的NIO線程。
    • 網絡I/O操作
    • 一個NIO線程可以處理N條鏈路，但是一個鏈路只對應一個NIO線程，防止併發操作的問題。
    -

  • 主從Reactor多線程模型
    NIO線程池的引入。

  • Netty線程模型
    並不是一成不變，取決於用戶的啓動參數配置。
    

  • NioEventLoop，需要處理I/O事件，所以必須聚合多路複用其Selector。
    
• Future和Promise
  Future用於獲取異步操作的結果
  ChannelFuture有兩種狀態：upcompleted和completed；ChannelFuture可以同時增加一個或多個GenericFutureListener。需要注意的是，不要在ChannelHandler中調用ChannelFuture的await()方法，否則會導致死鎖。如果I/O線程和用戶線程是同一個線程，就會導致I/O線程等待自己通知操作系統，屬於自己把自己掛死。
  Promise是可寫的Future，對Future進行擴展，用於設置I/O操作的結果。強烈建議通過增加監聽器Listener的方式接受異步I/O操作結果的通知，而不是調用wait或者sync阻塞用戶線程。

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