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Netty最全入门教程!.md

清如许
2022-06-10 / 0 评论 / 0 点赞 / 34 阅读 / 2,992 字 / 正在检测是否收录...
温馨提示:
本文最后更新于 2022-06-10,若内容或图片失效,请留言反馈。部分素材来自网络,若不小心影响到您的利益,请联系我们删除。

目录

  • 什么是Netty?
  • Netty和Tomcat有什么区别?
  • 为什么Netty受欢迎?
  • Netty为什么并发高
  • 五种常见的IO模型
  • Netty为什么传输快
  • 为什么说Netty封装好?
  • * 他有三种使用模式:
    

什么是Netty?

Netty 是一个利用 Java 的高级网络的能力,隐藏其背后的复杂性而提供一个易于使用的 API 的客户端/服务器框架。 Netty
是一个广泛使用的 Java 网络编程框架(Netty 在 2011 年获得了Duke’s Choice
Award,见https://www.java.net/dukeschoice/2011)。它活跃和成长于用户社区,像大型公司
Facebook 和 Instagram 以及流行 开源项目如 Infinispan, HornetQ, Vert.x, Apache
Cassandra 和 Elasticsearch 等,都利用其强大的对于网络抽象的核心代码。

以上是摘自《Essential Netty In Action》这本书,本文的内容也是本人读了这本书之后的一些整理心得,如有不当之处欢迎大虾们指正

Netty和Tomcat有什么区别?

Netty和Tomcat最大的区别就在于通信协议,Tomcat是基于Http协议的,他的实质是一个基于http协议的web容器,但是Netty不一样,他能通过编程自定义各种协议,因为netty能够通过codec自己来编码/解码字节流,完成类似redis访问的功能,这就是netty和tomcat最大的不同。

有人说netty的性能就一定比tomcat性能高,其实不然,tomcat从6.x开始就支持了nio模式,并且后续还有APR模式——一种通过jni调用apache网络库的模式,相比于旧的bio模式,并发性能得到了很大提高,特别是APR模式,而netty是否比tomcat性能更高,则要取决于netty程序作者的技术实力了。

为什么Netty受欢迎?

如第一部分所述,netty是一款收到大公司青睐的框架,在我看来,netty能够受到青睐的原因有三:

  1. 并发高
  2. 传输快
  3. 封装好

Netty为什么并发高

Netty是一款基于NIO(Nonblocking I/O,非阻塞IO)开发的网络通信框架,对比于BIO(Blocking
I/O,阻塞IO),他的并发性能得到了很大提高,两张图让你了解BIO和NIO的区别:

阻塞IO的通信方式:
![阻塞IO的通信方式](https://img-blog.csdnimg.cn/20210319182041984.png?x-oss-
process=image/watermark,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk,shadow_10,text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L01hY1d4,size_16,color_FFFFFF,t_70)

非阻塞IO的通信方式:
![在这里插入图片描述](https://img-blog.csdnimg.cn/20210319182127347.png?x-oss-
process=image/watermark,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk,shadow_10,text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L01hY1d4,size_16,color_FFFFFF,t_70)

从这两图可以看出,NIO的单线程能处理连接的数量比BIO要高出很多,而为什么单线程能处理更多的连接呢?原因就是图二中出现的Selector。

当一个连接建立之后,他有两个步骤要做,第一步是接收完客户端发过来的全部数据,第二步是服务端处理完请求业务之后返回response给客户端。NIO和BIO的区别主要是在第一步。

在BIO中,等待客户端发数据这个过程是阻塞的,这样就造成了一个线程只能处理一个请求的情况,而机器能支持的最大线程数是有限的,这就是为什么BIO不能支持高并发的原因。

而NIO中,当一个Socket建立好之后,Thread并不会阻塞去接受这个Socket,而是将这个请求交给Selector,Selector会不断的去遍历所有的Socket,一旦有一个Socket建立完成,他会通知Thread,然后Thread处理完数据再返回给客户端——
这个过程是不阻塞的 ,这样就能让一个Thread处理更多的请求了。

下面两张图是基于BIO的处理流程和netty的处理流程,辅助你理解两种方式的差别:
BIO的处理流程
![在这里插入图片描述](https://img-blog.csdnimg.cn/20210319182159452.png?x-oss-
process=image/watermark,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk,shadow_10,text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L01hY1d4,size_16,color_FFFFFF,t_70)

NIO的处理流程
![在这里插入图片描述](https://img-blog.csdnimg.cn/20210319182207649.png?x-oss-
process=image/watermark,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk,shadow_10,text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L01hY1d4,size_16,color_FFFFFF,t_70)
除了BIO和NIO之外,还有一些其他的IO模型,下面这张图就表示了五种IO模型的处理流程:
![在这里插入图片描述](https://img-blog.csdnimg.cn/20210319182226864.png?x-oss-
process=image/watermark,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk,shadow_10,text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L01hY1d4,size_16,color_FFFFFF,t_70)

五种常见的IO模型

  1. BIO,同步阻塞IO,阻塞整个步骤,如果连接少,他的延迟是最低的,因为一个线程只处理一个连接,适用于少连接且延迟低的场景,比如说数据库连接。
  2. NIO,同步非阻塞IO,阻塞业务处理但不阻塞数据接收,适用于高并发且处理简单的场景,比如聊天软件。
  3. 多路复用IO,他的两个步骤处理是分开的,也就是说,一个连接可能他的数据接收是线程a完成的,数据处理是线程b完成的,他比BIO能处理更多请求。
  4. 信号驱动IO,这种IO模型主要用在嵌入式开发,不参与讨论。
  5. 异步IO,他的数据请求和数据处理都是异步的,数据请求一次返回一次,适用于长连接的业务场景。

以上摘自Linux IO模式及 select、poll、epoll详解

Netty为什么传输快

Netty的传输快其实也是依赖了NIO的一个特性——零拷贝。我们知道,Java的内存有堆内存、栈内存和字符串常量池等等,其中堆内存是占用内存空间最大的一块,也是Java对象存放的地方,一般我们的数据如果需要从IO读取到堆内存,中间需要经过Socket缓冲区,也就是说一个数据会被拷贝两次才能到达他的的终点,如果数据量大,就会造成不必要的资源浪费。
Netty针对这种情况,使用了NIO中的另一大特性——零拷贝,当他需要接收数据的时候,他会在堆内存之外开辟一块内存,数据就直接从IO读到了那块内存中去,在netty里面通过ByteBuf可以直接对这些数据进行直接操作,从而加快了传输速度。
下两图就介绍了两种拷贝方式的区别,摘自Linux 中的零拷贝技术,第 1 部分
传统数据拷贝
![在这里插入图片描述](https://img-blog.csdnimg.cn/20210319182332702.png?x-oss-
process=image/watermark,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk,shadow_10,text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L01hY1d4,size_16,color_FFFFFF,t_70)

零拷贝
![在这里插入图片描述](https://img-blog.csdnimg.cn/20210319182340315.png?x-oss-
process=image/watermark,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk,shadow_10,text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L01hY1d4,size_16,color_FFFFFF,t_70)

上文介绍的ByteBuf是Netty的一个重要概念,他是netty数据处理的容器,也是Netty封装好的一个重要体现,将在下一部分做详细介绍。

为什么说Netty封装好?

要说Netty为什么封装好,这种用文字是说不清的,直接上代码:

- 阻塞I/O

public class PlainOioServer {

    public void serve(int port) throws IOException {
        final ServerSocket socket = new ServerSocket(port);     //1
        try {
            for (;;) {
                final Socket clientSocket = socket.accept();    //2
                System.out.println("Accepted connection from " + clientSocket);

                new Thread(new Runnable() {                        //3
                    @Override
                    public void run() {
                        OutputStream out;
                        try {
                            out = clientSocket.getOutputStream();
                            out.write("Hi!\r\n".getBytes(Charset.forName("UTF-8")));                            //4
                            out.flush();
                            clientSocket.close();                //5

                        } catch (IOException e) {
                            e.printStackTrace();
                            try {
                                clientSocket.close();
                            } catch (IOException ex) {
                                // ignore on close
                            }
                        }
                    }
                }).start();                                        //6
            }
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

- 非阻塞IO

public class PlainNioServer {
   public void serve(int port) throws IOException {
       ServerSocketChannel serverChannel = ServerSocketChannel.open();
       serverChannel.configureBlocking(false);
       ServerSocket ss = serverChannel.socket();
       InetSocketAddress address = new InetSocketAddress(port);
       ss.bind(address);                                            //1
       Selector selector = Selector.open();                        //2
       serverChannel.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT);    //3
       final ByteBuffer msg = ByteBuffer.wrap("Hi!\r\n".getBytes());
       for (;;) {
           try {
               selector.select();                                    //4
           } catch (IOException ex) {
               ex.printStackTrace();
               // handle exception
               break;
           }
           Set<SelectionKey> readyKeys = selector.selectedKeys();    //5
           Iterator<SelectionKey> iterator = readyKeys.iterator();
           while (iterator.hasNext()) {
               SelectionKey key = iterator.next();
               iterator.remove();
               try {
                   if (key.isAcceptable()) {                //6
                       ServerSocketChannel server =
                               (ServerSocketChannel)key.channel();
                       SocketChannel client = server.accept();
                       client.configureBlocking(false);
                       client.register(selector, SelectionKey.OP_WRITE |
                               SelectionKey.OP_READ, msg.duplicate());    //7
                       System.out.println(
                               "Accepted connection from " + client);
                   }
                   if (key.isWritable()) {                //8
                       SocketChannel client =
                               (SocketChannel)key.channel();
                       ByteBuffer buffer =
                               (ByteBuffer)key.attachment();
                       while (buffer.hasRemaining()) {
                           if (client.write(buffer) == 0) {        //9
                               break;
                           }
                       }
                       client.close();                    //10
                   }
               } catch (IOException ex) {
                   key.cancel();
                   try {
                       key.channel().close();
                   } catch (IOException cex) {
                       // 在关闭时忽略
                   }
               }
           }
       }
   }
}

- Netty

public class NettyOioServer {

    public void server(int port) throws Exception {
        final ByteBuf buf = Unpooled.unreleasableBuffer(
                Unpooled.copiedBuffer("Hi!\r\n", Charset.forName("UTF-8")));
        EventLoopGroup group = new OioEventLoopGroup();
        try {
            ServerBootstrap b = new ServerBootstrap();        //1

            b.group(group)                                    //2
             .channel(OioServerSocketChannel.class)
             .localAddress(new InetSocketAddress(port))
             .childHandler(new ChannelInitializer<SocketChannel>() {//3
                 @Override
                 public void initChannel(SocketChannel ch) 
                     throws Exception {
                     ch.pipeline().addLast(new ChannelInboundHandlerAdapter() {            //4
                         @Override
                         public void channelActive(ChannelHandlerContext ctx) throws Exception {
                             ctx.writeAndFlush(buf.duplicate()).addListener(ChannelFutureListener.CLOSE);//5
                         }
                     });
                 }
             });
            ChannelFuture f = b.bind().sync();  //6
            f.channel().closeFuture().sync();
        } finally {
            group.shutdownGracefully().sync();        //7
        }
    }
}

从代码量上来看,Netty就已经秒杀传统Socket编程了,但是这一部分博大精深,仅仅贴几个代码岂能说明问题,在这里给大家介绍一下Netty的一些重要概念,让大家更理解Netty。

Channel
数据传输流,与channel相关的概念有以下四个,上一张图让你了解netty里面的Channel。
![在这里插入图片描述](https://img-blog.csdnimg.cn/20210319182541384.png?x-oss-
process=image/watermark,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk,shadow_10,text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L01hY1d4,size_16,color_FFFFFF,t_70)

  • Channel,表示一个连接,可以理解为每一个请求,就是一个Channel。
  • ChannelHandler,核心处理业务就在这里,用于处理业务请求。
  • ChannelHandlerContext,用于传输业务数据。
  • ChannelPipeline,用于保存处理过程需要用到的ChannelHandler和ChannelHandlerContext。
  • ByteBuf
    ByteBuf是一个存储字节的容器,最大特点就是使用方便,它既有自己的读索引和写索引,方便你对整段字节缓存进行读写,也支持get/set,方便你对其中每一个字节进行读写,他的数据结构如下图所示:
    ByteBuf数据结构

他有三种使用模式:

Heap Buffer 堆缓冲区
堆缓冲区是ByteBuf最常用的模式,他将数据存储在堆空间。

Direct Buffer 直接缓冲区
直接缓冲区是ByteBuf的另外一种常用模式,他的内存分配都不发生在堆,jdk1.4引入的nio的ByteBuffer类允许jvm通过本地方法调用分配内存,这样做有两个好处
通过免去中间交换的内存拷贝, 提升IO处理速度; 直接缓冲区的内容可以驻留在垃圾回收扫描的堆区以外。

DirectBuffer 在 -XX:MaxDirectMemorySize=xxM大小限制下, 使用 Heap 之外的内存,
GC对此”无能为力”,也就意味着规避了在高负载下频繁的GC过程对应用线程的中断影响.
Composite Buffer 复合缓冲区
复合缓冲区相当于多个不同ByteBuf的视图,这是netty提供的,jdk不提供这样的功能。
除此之外,他还提供一大堆api方便你使用,在这里我就不一一列出了,具体参见ByteBuf字节缓存。

Codec
Netty中的编码/解码器,通过他你能完成字节与pojo、pojo与pojo的相互转换,从而达到自定义协议的目的。
在Netty里面最有名的就是HttpRequestDecoder和HttpResponseEncoder了。

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