netty基础概念

约定不等于承诺〃 2022-07-11 08:52 180阅读 0赞

### 一、先理解相关概念 ###

<table> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td>BIO阻塞</td> 
   <td>排队点餐，阻塞等待取餐</td> 
   <td>耗资源，效率低，基本已被废弃</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>NIO非阻塞</td> 
   <td>先取号，等待被叫，再去取餐</td> 
   <td>&nbsp;</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>AIO异步</td> 
   <td>包厢，点餐后等待端上来就行</td> 
   <td> <p>1、windows实现成熟，但windows很少用来作为服务器；</p> <p>2、linux常用来作为服务器，但AIO实现不够成熟；</p> <p>3、linux下AIO相比NIO性能提升不够明显；</p> </td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

<table> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td>阻塞</td> 
   <td>1、读取数据没准备好时，等待数据返回（死等）；2、写操作时缓冲区数据满了，等待数据被消费（死等）；</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>非阻塞</td> 
   <td>读取数据没准备好或写缓冲满时，都直接返回。</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

<table> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td>同步</td> 
   <td>数据准备就绪后需要调用方主动来读就是同步；</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>异步</td> 
   <td>数据准备好在回调给程序就是异步</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

### 二、BIO的阻塞问题 ###

随着各类NIO框架的发展，以及基于NIO的Web服务器的发展，Java在很多领域取代了C和C++，成为企业服务端应用开发的首选语言。在JDK 1.4推出Java NIO之前，基于Java的所有Socket通信都采用了同步阻塞模式（BIO），这种一请求一应答的通信模型简化了上层的应用开发，但是在性能和可靠性方面却存在着巨大的瓶颈。当并发访问量增大、响应时间增大之后，采用Java BIO开发的服务端软件只有通过硬件的不断扩容来满足高并发和低时延，它极大地增加了企业的成本，并且随着集群规模的不断膨胀，系统的可维护性也面临巨大的挑战，只能通过采购性能更高的硬件服务器来解决问题，这会导致恶性循环。显然BIO无法满足高性能、高并发接入的场景。

同步阻塞是一请求一连接，socket服务端有个Acceptor来处理所有的请求，然后分发给一个对应的线程去处理，每个客户端请求对应一个线程，当请求并发量高的时候，就会出现阻塞，后面会出现大量的连接请求超时，导致客户端以为服务已经挂掉。后面的伪异步I/O只是在此基础上将线程的创建交给线程池来完成，client建立连接作为线程池的一个任务来执行，虽做了一点优化，仍然还是面对同样的阻塞问题。

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### 三、使用NIO编程的优点有什么? ###

1）客户端发起的连接操作是异步的，可以通过在多路复用器Selector上注册请求，用一个线程来处理多个channel  
2）SocketChannel的读写操作都是异步的，如果没有可读写的数据它不会同步等待，直接返回，这样I/O通信线程就可以处理其他的链路，不需要同步等待这个链路可用。  
3）线程模型的优化：一个Selector线程可以同时处理成千上万个客户端连接，而且性能不会随着客户端的增加而线性下降，因此，它非常适合做高性能、高负载的网络服务器。

### 四、主要的模块 ###

1）Buffer（缓冲区）：buffer是一个对象，NIO的API相对以前的inputstream和outputstream来说的，所有的数据都是通过缓冲区来处理的（读写），缓冲区实际上是一个数组，通常他是一个字节数组（ByteBuffer）,但是这样的buffer是非常难用的。

ByteBuffer.allocate(8) // 初始化

2）Channel（管道）：  
3）Selector（多路复用器）：  
selector用一个线程长轮询多个Channel，根据其状态对缓冲区和通道的数据进行操作

4）CharSet 用于将Unicode编解码为对应的序列化码流

### 五、应用场景有哪些？ ###

在互联网、大数据、网络游戏、企业应用、电信软件等众多行业得到成功商用，证明了它已经完全能够满足不同行业的商业应用了。

数据库：Cassandra

大数据处理：Spark、Hadoop

Message Queue：RocketMQ

检索：Elasticsearch

框架：gRPC、Apache Dubbo、Spring5

分布式协调器：ZooKeeper

工具类：async-http-client

其他参考：[https://netty.io/wiki/adopters.html][https_netty.io_wiki_adopters.html]

### 六、为什么用Netty？ ###

使用jdk提供的NIO API开发异步通信十分复杂，Netty是一个通信框架，有着简单的API,开发容易上手。

1、Netty做得更多：

• 支持常用应用层协议；

• 解决传输问题：粘包、半包现象；

• 支持流量整形;

• 完善的断连、Idle等异常处理等。

2、Netty做得更好之一：规避JDK NIO bug：

3、Netty做得更好之二：API更友好更强大

JDK的NIO一些API不够友好，功能薄弱，例如ByteBuffer-> Netty’sByteBuf

除了NIO外，也提供了其他一些增强：Theadlocal-> Netty’sFastThreadLocal

### 七、netty实现通信的步骤 ###

1、创建两个NIO线程组，一个专门用于网络事件处理（接受客户端连接），另一个则进行网络通信处理。  
2、创建一个ServerBootStrap，配置netty的一些列参数，例如接收传出数据的缓存大小等。  
3、创建一个实际处理数据的类ChannelInitializer，进行初始化的准备工作，比如设置传出数据的字符集、格式、已经实际处理数据的接口。  
4、绑定端口，执行同步阻塞方法等待服务器端启动即可。  
通过这么简单的几个步骤，就可以实现一个健壮、稳定的服务端通信，这在之前的NIO是不可能实现的。

### 八、Reactor的三种模式 ###

<table> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td>Reactor单线程</td> 
   <td> <p>单个线程处理所有事情，如饭店迎宾、点菜、做菜、上菜、结账、送客一系列操作</p> </td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>Reactor多线程</td> 
   <td>多线程分别处理以上所有事情</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>主从Reactor</td> 
   <td> <p>一个线程专门处理连接建立和关闭，其他线程处理业务bossGroup和workerGroup</p> </td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

### 九、二次编解码器 ###

<table style="width:500px;"> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td>一次解码器</td> 
   <td>ByteToMessageDecoder</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>二次解码器</td> 
   <td>MessageToMessageDecoder</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

netty内置的三种编解码器依次为FixedLengthFrameDecoder、LengthFieldBasedFrameDecoder 、DelimiterBasedFrameDecoder，由于一次解码的结果是字节，为了方便和项目中所使用的对象做转化，就需要二次解码

常用二次编解码器：

Java序列化、Marshaling、XML、JSON、MessagePack、Protobuf

### 十、心跳keepalive+idle ###

前者即心跳消息，后者为时间间隔，好比和别人通电话，对方突然不讲话了，等待几秒后，询问还在吗，或者直接挂断，或者重拨。Idle监测，只是负责诊断，诊断后作出不同的行为。

实际应用中：结合起来使用。按需keepalive，保证不会空闲，如果空闲，关闭连接。

1、Server端开启TCP keepalive

bootstrap.childOption(ChannelOption.SO_KEEPALIVE,true) bootstrap.childOption(NioChannelOption.of(StandardSocketOptions.SO_KEEPALIVE), true)

提示：.option(ChannelOption.SO\_KEEPALIVE,true) 存在但是无效

2、 开启不同的Idle Check:

ch.pipeline().addLast(“idleCheckHandler", new IdleStateHandler(0, 20, 0, TimeUnit.SECONDS));

[Center]: /images/20220711/5f52145e633d4aaea828a06438c9c4f7.png
[https_netty.io_wiki_adopters.html]: https://netty.io/wiki/adopters.html