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開源架構。Netty提供異步的、事件驅動的網絡應用程式架構和工具，用以快速開發高性能、高可靠性的網絡伺服器和用戶端程式。可實作的功能見下圖：

  

• Netty vs Mina vs Grizzly
  • Mina的設計理念最為優雅，Netty和Mina的主導作者是同一人。
  • Mina出自于Apache，Netty出身于商業開源大亨Jboss，而Grizzly則出身于土鼈Sun公司。
• Netty作為NIO架構的優勢
  • API使用簡單
  • 功能強大，預置了多種編解碼功能，支援多種主流協定
  • 定制能力強，可以通過ChannelHandler對通信架構進行靈活擴充
  • 性能高
  • 社群活躍

相關類

• ByteBuf

  使用資料傳輸，需要使用到緩沖區。ByteBuf是個Byte數組的緩沖區，基本功能和JDK的ByteBuffer一緻。

  • 兩個指針維持緩沖區的讀寫操作：readerIndex辨別讀索引，writerIndex辨別寫索引。
  • 順序讀操作(read)
  • 順序寫操作(write)
  • Discardable bytes，重用緩沖區，因為緩沖區的配置設定和釋放是個耗時的操作。
  • clear操作，并不是清空緩沖區内容本身，而是将readerIndex和writerIndex還原為初始配置設定值。
  • Mark和Rest，復原操作實作，備份readerIndex、WriterIndex
  • 查找操作
  • Derived buffers，類似于資料庫的視圖。duplicate、copy、slice
  • 轉換為标準的ByteBuffer
  • 随機讀寫（set和get）
  • ByteBuf類圖

    

  • 堆記憶體：記憶體的配置設定和回收速度快，被JVM自動回收。
  • 直接記憶體：與Socket Channel通信，少了一次記憶體複制，速度比堆快。
  • 基于對象池的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，位元組緩沖區配置設定器：基于記憶體池和普通的。
    • CompositeByteBuf，将多個ByteBuf的執行個體組裝到一起，形成一個統一的視圖。
    • ByteBufUtil，提供了一些靜态方法用于操作ByteBuf對象。例如字元串的編碼和解碼。

• Channel 和 Unsafe

  Channel用于異步I/O操作，Unsafe是個内部接口，聚合在Channel中協助進行網絡讀寫相關的操作。

• ChannelPipeline和ChannelHandler

  類似于Servlet和Filter過濾器，是職責鍊模式的一種變形，主要是為了友善事件的攔截和使用者業務邏輯的定制。将Channel的資料管道抽象為ChannelPipeline，消息在ChannelPipeline中流動和傳遞，ChannelPipeline持有I/O事件攔截器ChannelHandler的連結清單，由ChannelHandler對I/O事件進行攔截和處理，可以友善地通過新增和删除ChannelHandler來實作不同的業務邏輯定制。

  • inbound事件通常由I/O線程觸發（fire），outbound事件通常由使用者主動發起的網絡I/O操作。
  • 使用者不需要自己建立pipeline，因為使用ServerBootstrap和Bootstrap啟動後，Netty會為每個Channel連接配接建立一個獨立的pipeline，使用者隻需要将自定義的攔截器加入到pipeline中即可。
  • ChannelHandlerAdapter
  • ByteToMessageDecoder：ByteBuf解碼為業務POJO對象
  • MessageToMessageDecoder：Netty的二次解碼器，将一個對象二次解碼為其他對象。
  • LengthFieldBasedFrameDecoder：半包解碼器
  • 類圖

    

• EventLoop 和EventLoopGroup

  線程模型，Netty架構的主要線程就是I/O線程，被精心設計，即提升了架構的并發性性能，又在很大程度避免鎖，局部實作了無鎖化機制。

  • 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，接受用戶端的TCP連接配接請求，專門的NIO線程。
    • 網絡I/O操作
    • 一個NIO線程可以處理N條鍊路，但是一個鍊路隻對應一個NIO線程，防止并發操作的問題。
    • -

  • 主從Reactor多線程模型

    NIO線程池的引入。

  • Netty線程模型

    并不是一成不變，取決于使用者的啟動參數配置。

    

  • NioEventLoop，需要處理I/O事件，是以必須聚合多路複用其Selector。

    

• Future和Promise

  Future用于擷取異步操作的結果

  ChannelFuture有兩種狀态：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，否則會導緻死鎖。如果I/O線程和使用者線程是同一個線程，就會導緻I/O線程等待自己通知作業系統，屬于自己把自己挂死。

  Promise是可寫的Future，對Future進行擴充，用于設定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阻塞使用者線程。