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概念
Netty 是一個高性能、異步事件驅動的 NIO 框架，它提供了對 TCP、UDP 和文件傳輸的支持，作爲一個異步 NIO 框架，Netty 的所有 IO 操作都是異步非阻塞的，通過 Future-Listener 機制，用戶可以方便的主動獲取或者通過通知機制獲得 IO 操作結果。
作爲當前最流行的 NIO 框架，Netty 在互聯網領域、大數據分佈式計算領域、遊戲行業、通信行業等獲得了廣泛的應用，一些業界著名的開源組件也基於 Netty 的 NIO 框架構建。
本系列學習基於 Netty 4.1 展開介紹相關理論模型，使用場景，基本組件、整體架構，知其然且知其所以然，希望給大家在實際開發實踐、學習開源項目方面提供參考。
JDK 原生 NIO 程序的問題
JDK 原生也有一套網絡應用程序 API，但是存在一系列問題，主要如下：
1）NIO 的類庫和 API 繁雜，使用麻煩：你需要熟練掌握 Selector、ServerSocketChannel、SocketChannel、ByteBuffer 等。
2）需要具備其他的額外技能做鋪墊：例如熟悉 Java 多線程編程，因爲 NIO 編程涉及到 Reactor 模式，你必須對多線程和網路編程非常熟悉，才能編寫出高質量的 NIO 程序。
3）可靠性能力補齊，開發工作量和難度都非常大：例如客戶端面臨斷連重連、網絡閃斷、半包讀寫、失敗緩存、網絡擁塞和異常碼流的處理等等。NIO 編程的特點是功能開發相對容易，但是可靠性能力補齊工作量和難度都非常大。
4）JDK NIO 的 Bug：例如臭名昭著的 Epoll Bug，它會導致 Selector 空輪詢，最終導致 CPU 100%。官方聲稱在 JDK 1.6 版本的 update 18 修復了該問題，但是直到 JDK 1.7 版本該問題仍舊存在，只不過該 Bug 發生概率降低了一些而已，它並沒有被根本解決。
Netty 的特點
Netty 對 JDK 自帶的 NIO 的 API 進行了封裝，解決了上述問題。
Netty的主要特點有：
設計：
針對多種傳輸類型的同一接口-阻塞和非阻塞；
簡單但更強大的線程模型；
真正的無連接的數據報套接字支持；
連接邏輯支持複用。
易用性：
大量的javadoc和代碼實例；
除了在JDK1.6+額外的限制。
性能：
比核心Java API更好的吞吐量，較低的延時；
資源消耗更少，這個得益於於共享池和重用；
減少內存拷貝。
健壯性：
消除由於慢、快、活重載連接產生的OutOfMemoryError；
消除經常發現在NIO在告訴網絡中的應用中的不公平的讀/寫比。
安全：
完整的SSL/TLS和StartTLS的支持；
運行在受限的環境例如Applet活OSGI。
社區：
發佈的更早和更頻繁；
社區驅動。
各種io介紹
BIO
同步阻塞IO，阻塞整個步驟，如果連接少，他的延遲是最低的，因爲一個線程只處理一個連接，適用於少連接且延遲低的場景，比如說數據庫連接。
NIO
同步非阻塞IO，阻塞業務處理但不阻塞數據接收，適用於高併發且處理簡單的場景，比如聊天軟件。
多路複用IO
他的兩個步驟處理是分開的，也就是說，一個連接可能他的數據接收是線程a完成的，數據處理是線程b完成的，他比BIO能處理更多請求。
信號驅動IO
這種IO模型主要用在嵌入式開發，不參與討論。
異步IO
他的數據請求和數據處理都是異步的，數據請求一次返回一次，適用於長連接的業務場景。
Netty中幾個主要組件
- Channel：代表了一個鏈接，與EventLoop一起用來參與IO處理。
- ChannelHandler：爲了支持各種協議和處理數據的方式，便誕生了Handler組件。Handler主要用來處理各種事件，這裏的事件很廣泛，比如可以是連接、數據接收、異常、數據轉換等。
- ChannelHandlerContext，用於傳輸業務數據。
- ChannelPipeline：提供了 ChannelHandler 鏈的容器，並定義了用於在該鏈上傳播入站
和出站事件流的 API。 用於保存處理過程需要用到的ChannelHandler和ChannelHandlerContext。 - EventLoop：Channel處理IO操作，一個EventLoop可以爲多個Channel服務。
- EventLoopGroup：會包含多個EventLoop。
Netty中核心部分
- Channels
- Buffers
- Selectors
Channel 和 Buffer
基本上，所有的 IO 在NIO 中都從一個Channel 開始。Channel 有點象流。 數據可以從Channel讀到Buffer中，也可以從Buffer 寫到Channel中。這裏有個圖示：
[外鏈圖片轉存失敗,源站可能有防盜鏈機制,建議將圖片保存下來直接上傳(img-awIrSz35-1592151833560)(E:\技術帖子\筆記\netty\圖片資源\netty介紹1.png)]
Channel和Buffer有好幾種類型。下面是JAVA NIO中的一些主要Channel的實現：
- FileChannel
- DatagramChannel
- SocketChannel
- ServerSocketChannel
正如你所看到的，這些通道涵蓋了UDP 和 TCP 網絡IO，以及文件IO。
與這些類一起的有一些有趣的接口，但爲簡單起見，我儘量在概述中不提到它們。本教程其它章節與它們相關的地方我會進行解釋。
以下是Java NIO裏關鍵的Buffer實現：
- ByteBuffer
- CharBuffer
- DoubleBuffer
- FloatBuffer
- IntBuffer
- LongBuffer
- ShortBuffer
這些Buffer覆蓋了你能通過IO發送的基本數據類型：byte, short, int, long, float, double 和 char。
Java NIO 還有個 MappedByteBuffer，用於表示內存映射文件， 我也不打算在概述中說明。
Selector
Selector允許單線程處理多個 Channel。如果你的應用打開了多個連接（通道），但每個連接的流量都很低，使用Selector就會很方便。例如，在一個聊天服務器中。
這是在一個單線程中使用一個Selector處理3個Channel的圖示：
[外鏈圖片轉存失敗,源站可能有防盜鏈機制,建議將圖片保存下來直接上傳(img-WXSWWVXC-1592151833562)(E:\技術帖子\筆記\netty\圖片資源\netty介紹2.png)]
要使用Selector，得向Selector註冊Channel，然後調用它的select()方法。這個方法會一直阻塞到某個註冊的通道有事件就緒。一旦這個方法返回，線程就可以處理這些事件，事件的例子有如新連接進來，數據接收等。
Netty異步和事件驅動
所有的網絡應用程序需要被設計爲可擴展性，可以被界定爲“一個系統，網絡能力，或過程中能夠處理越來越多的工作方式或可擴大到容納增長的能力”,Netty 利用非阻塞 I/O 完成這一目標，通常稱爲“異步 I/O”
爲什麼Netty受歡迎？
-
併發高
-
傳輸快
-
封裝好
Netty爲什麼併發高?
Selector, 當一個Socket建立好之後，Thread並不會阻塞去接受這個Socket，而是將這個請求交給Selector，Selector會不斷的去遍歷所有的Socket，一旦有一個Socket建立完成，他會通知Thread，然後Thread處理完數據再返回給客戶端——這個過程是不阻塞的，這樣就能讓一個Thread處理更多的請求了。
Netty爲什麼傳輸快？
零拷貝，當它需要接收數據的時候，它會在堆內存之外開闢一塊內存，數據就直接從IO讀到了那塊內存中去，在netty裏面通過ByteBuf可以直接對這些數據進行直接操作，從而加快了傳輸速度。
Netty和Tomcat有什麼區別？
Netty和Tomcat最大的區別就在於通信協議，Tomcat是基於Http協議的，他的實質是一個基於http協議的web容器，但是Netty不一樣，他能通過編程自定義各種協議，因爲netty能夠通過codec自己來編碼/解碼字節流，完成類似redis訪問的功能，這就是netty和tomcat最大的不同。
有人說netty的性能就一定比tomcat性能高，其實不然，tomcat從6.x開始就支持了nio模式，並且後續還有APR模式——一種通過jni調用apache網絡庫的模式，相比於舊的bio模式，併發性能得到了很大提高，特別是APR模式，而netty是否比tomcat性能更高，則要取決於netty程序作者的技術實力了。
Netty 常見使用場景
1）**互聯網行業：**在分佈式系統中，各個節點之間需要遠程服務調用，高性能的 RPC 框架必不可少，Netty 作爲異步高性能的通信框架，往往作爲基礎通信組件被這些 RPC 框架使用。典型的應用有：阿里分佈式服務框架 Dubbo 的 RPC 框架使用 Dubbo 協議進行節點間通信，Dubbo 協議默認使用 Netty 作爲基礎通信組件，用於實現各進程節點之間的內部通信。
2）**遊戲行業：**無論是手遊服務端還是大型的網絡遊戲，Java 語言得到了越來越廣泛的應用。Netty 作爲高性能的基礎通信組件，它本身提供了 TCP/UDP 和 HTTP 協議棧。
非常方便定製和開發私有協議棧，賬號登錄服務器，地圖服務器之間可以方便的通過 Netty 進行高性能的通信。
3）**大數據領域：**經典的 Hadoop 的高性能通信和序列化組件 Avro 的 RPC 框架，默認採用 Netty 進行跨界點通信，它的 Netty Service 基於 Netty 框架二次封裝實現。
如果大家對java架構相關感興趣，可以關注下面公衆號，會持續更新java基礎面試題, netty, spring boot,spring cloud等系列文章，一系列乾貨隨時送達, 超神之路從此展開, BTAJ不再是夢想!