Netty初探-基本概念和相关类介绍

基本概念

概念

Netty是由JBOSS提供的一个Java NIO开源框架。Netty提供异步的、事件驱动的网络应用程序框架和工具，用以快速开发高性能、高可靠性的网络服务器和客户端程序。可实现的功能见下图：



Netty vs Mina vs Grizzly

Mina的设计理念最为优雅，Netty和Mina的主导作者是同一人。

Mina出自于Apache，Netty出身于商业开源大亨Jboss，而Grizzly则出身于土鳖Sun公司。

Netty作为NIO框架的优势

API使用简单

功能强大，预置了多种编解码功能，支持多种主流协议

定制能力强，可以通过ChannelHandler对通信框架进行灵活扩展

性能高

社区活跃

相关类

ByteBuf

使用数据传输，需要使用到缓冲区。ByteBuf是个Byte数组的缓冲区，基本功能和JDK的ByteBuffer一致。

两个指针维持缓冲区的读写操作：readerIndex标识读索引，writerIndex标识写索引。

顺序读操作(read)

顺序写操作(write)

Discardable bytes，重用缓冲区，因为缓冲区的分配和释放是个耗时的操作。

clear操作，并不是清空缓冲区内容本身，而是将readerIndex和writerIndex还原为初始分配值。

Mark和Rest，回滚操作实现，备份readerIndex、WriterIndex

查找操作

Derived buffers，类似于数据库的视图。duplicate、copy、slice

转换为标准的ByteBuffer

随机读写（set和get）

ByteBuf类图



堆内存：内存的分配和回收速度快，被JVM自动回收。

直接内存：与Socket Channel通信，少了一次内存复制，速度比堆快。

基于对象池的ByteBuf和普通ByteBuf

ByteBuf相关辅助类

ByteBufHolder，是ByteBuf的容器，对ByteBuf进行包装和抽象。

ByteBufAllocator，字节缓冲区分配器：基于内存池和普通的。

CompositeByteBuf，将多个ByteBuf的实例组装到一起，形成一个统一的视图。

ByteBufUtil，提供了一些静态方法用于操作ByteBuf对象。例如字符串的编码和解码。

Channel 和 Unsafe

Channel用于异步I/O操作，Unsafe是个内部接口，聚合在Channel中协助进行网络读写相关的操作。

ChannelPipeline和ChannelHandler

类似于Servlet和Filter过滤器，是职责链模式的一种变形，主要是为了方便事件的拦截和用户业务逻辑的定制。将Channel的数据管道抽象为ChannelPipeline，消息在ChannelPipeline中流动和传递，ChannelPipeline持有I/O事件拦截器ChannelHandler的链表，由ChannelHandler对I/O事件进行拦截和处理，可以方便地通过新增和删除ChannelHandler来实现不同的业务逻辑定制。

inbound事件通常由I/O线程触发（fire），outbound事件通常由用户主动发起的网络I/O操作。

用户不需要自己创建pipeline，因为使用ServerBootstrap和Bootstrap启动后，Netty会为每个Channel连接创建一个独立的pipeline，用户只需要将自定义的拦截器加入到pipeline中即可。

ChannelHandlerAdapter

ByteToMessageDecoder：ByteBuf解码为业务POJO对象

MessageToMessageDecoder：Netty的二次解码器，将一个对象二次解码为其他对象。

LengthFieldBasedFrameDecoder：半包解码器

类图



EventLoop 和EventLoopGroup

线程模型，Netty框架的主要线程就是I/O线程，被精心设计，即提升了框架的并发性性能，又在很大程度避免锁，局部实现了无锁化机制。

Reactor单线程模型，异步非阻塞I/O，理论上一个线程可以独立处理所有I/O相关的操作。

Reactor多线程模型



Acceptor线程：监听服务端，接受客户端的TCP连接请求，专门的NIO线程。

网络I/O操作

一个NIO线程可以处理N条链路，但是一个链路只对应一个NIO线程，防止并发操作的问题。

-

主从Reactor多线程模型

NIO线程池的引入。

Netty线程模型

并不是一成不变，取决于用户的启动参数配置。



NioEventLoop，需要处理I/O事件，所以必须聚合多路复用其Selector。



Future和Promise

Future用于获取异步操作的结果

ChannelFuture有两种状态：upcompleted和completed；ChannelFuture可以同时增加一个或多个GenericFutureListener。需要注意的是，不要在ChannelHandler中调用ChannelFuture的await()方法，否则会导致死锁。如果I/O线程和用户线程是同一个线程，就会导致I/O线程等待自己通知操作系统，属于自己把自己挂死。

Promise是可写的Future，对Future进行扩展，用于设置I/O操作的结果。强烈建议通过增加监听器Listener的方式接受异步I/O操作结果的通知，而不是调用wait或者sync阻塞用户线程。

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