Netty
Netty是一款非常優(yōu)秀的網(wǎng)絡(luò)編程框架，是對(duì)NIO的二次封裝导匣，本文將重點(diǎn)剖析Netty客戶端的啟動(dòng)流程才菠，深入底層了解如何使用NIO編程客戶端。
Linux網(wǎng)絡(luò)編程5種IO模型
根據(jù)UNIX網(wǎng)絡(luò)編程對(duì)于IO模型的分類贡定，UNIX提供了5種IO模型赋访，分別是 **阻塞IO 、 非阻塞IO、 IO復(fù)用 蚓耽、 信號(hào)驅(qū)動(dòng)IO 渠牲、 異步IO **。這幾種IO模型在《UNIX網(wǎng)絡(luò)編程》中有詳解步悠，這里作者只簡(jiǎn)單介紹嘱兼，幫助大家回憶一下這幾種模型。
對(duì)于Linux來(lái)說(shuō)贤徒，所有的操作都是基于文件的芹壕，也就是我們非常熟悉的fd，在缺省的情況下接奈，基于文件的操作都是 阻塞的 踢涌。下面就通過(guò)系統(tǒng)調(diào)用 recvfrom 來(lái)回顧下這五種模型。模型的圖示來(lái)源于《Netty權(quán)威指南》下面不再說(shuō)明序宦。
系統(tǒng)調(diào)用 recvfrom 直到有數(shù)據(jù)到達(dá)并且從內(nèi)核空間copy到用戶空間才返回睁壁，這期間recvfrom調(diào)用者一直等待，這就是阻塞IO互捌。
非阻塞IO
應(yīng)用進(jìn)程反復(fù)調(diào)用 recvfrom 詢問(wèn)操作系統(tǒng)內(nèi)核數(shù)據(jù)是否準(zhǔn)備好，相對(duì)于阻塞來(lái)說(shuō)秕噪，你可以理解為非阻塞自主能力變強(qiáng)钳降。從圖中可以看出數(shù)據(jù)沒(méi)有準(zhǔn)備好的時(shí)候內(nèi)核返回 EWOULDBLOCK。
Linux給我們提供的IO復(fù)用相關(guān)的函數(shù)有 select 遂填、 poll 、 epoll 這幾個(gè)函數(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)這里就不做詳述了澈蝙，想要再深入了解的同學(xué)可以看下我以前的這篇文章： epoll詳解：從底層了解IO復(fù)用 吓坚。
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信號(hào)驅(qū)動(dòng)IO
應(yīng)用進(jìn)程建立一個(gè) SIGIO信號(hào) 處理程序，當(dāng)內(nèi)核數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好的時(shí)候灯荧，會(huì)產(chǎn)生一個(gè) SIGIO信號(hào)礁击，處理程序收到這個(gè)信號(hào)并通知進(jìn)程調(diào)用 recvfrom 。
應(yīng)用程序執(zhí)行系統(tǒng)調(diào)用哆窿，告知內(nèi)核某個(gè)操作，并讓內(nèi)核在整個(gè)操作完成后（包括將數(shù)據(jù)從內(nèi)核復(fù)制到應(yīng)用緩沖區(qū)）通知應(yīng)用進(jìn)程撕贞。這種模式與信號(hào)驅(qū)動(dòng)模式的主要區(qū)別在于：信號(hào)驅(qū)動(dòng)IO由內(nèi)核通知我們何時(shí)可以開(kāi)始IO操作更耻。異步驅(qū)動(dòng)IO由內(nèi)核通知我們IO操作是否完成测垛。
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用漫畫(huà)幫你分清同步異步阻塞非阻塞
說(shuō)到 同步 捏膨、 異步 、 阻塞 、 非阻塞 很多人分不清他們之間的區(qū)別号涯，每次聽(tīng)到這幾個(gè)詞語(yǔ)的時(shí)候就頭大目胡。更別說(shuō)他們的組合 同步阻塞 、 同步非阻塞 链快、 異步阻塞 誉己、 異步非阻塞 了。針對(duì)這幾個(gè)大家非常容易混淆的詞語(yǔ)域蜗，我畫(huà)了一幅漫畫(huà)幫助大家理解巨双。歡迎大家來(lái)吐槽我的第一個(gè)漫畫(huà)作品《洗衣服的故事》。
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你看到這四個(gè)詞語(yǔ)的時(shí)候肯定以為是說(shuō)的同一件事，描述的是同一個(gè)對(duì)象丝蹭，這種理解是錯(cuò)誤的慢宗。我們可以把 同步、異步 看做一組奔穿， 阻塞和非阻塞 看成一組镜沽。這兩者的主要區(qū)別就是：前者是" 消息通知機(jī)制 ",后者是“ 等到消息通知時(shí)的狀態(tài) ”。
這樣說(shuō)你可能還是沒(méi)有理解贱田，結(jié)合上面的漫畫(huà)情景中"消息通知機(jī)制"就是洗衣機(jī)缅茉，“等待消息通知時(shí)的狀態(tài)"就是人。拿"異步非阻塞"舉例男摧，洗衣機(jī)洗完衣服會(huì)發(fā)出"滴滴"聲通知人已經(jīng)完成了"洗衣服"這個(gè)任務(wù)宾舅，這就是"消息通知機(jī)制”，這個(gè)過(guò)程中人不必傻等著洗衣機(jī)"洗衣服"這個(gè)任務(wù)的結(jié)果彩倚，可以干其他的事情“澆花”筹我，聽(tīng)到洗衣機(jī)的"滴滴"聲之后可以去"晾衣服"。這就是一種"等待消息通知時(shí)的狀態(tài)"帆离。
從BIO到AIO
BIO通信模型
BIO通信模型也叫 一請(qǐng)求一應(yīng)答 模型蔬蕊。顧名思義，服務(wù)器每接收到一個(gè)請(qǐng)求就會(huì)生成一個(gè)線程來(lái)處理這個(gè)請(qǐng)求哥谷。
這種模式最大的問(wèn)題是缺乏彈性伸縮能力。這種模式接收一個(gè)請(qǐng)求就開(kāi)啟一個(gè)線程去處理们妥。眾所周知猜扮，線程資源對(duì)于JVM虛擬機(jī)是極其寶貴的，線程數(shù)過(guò)度膨脹的時(shí)候监婶，系統(tǒng)性能會(huì)急劇下降旅赢，并發(fā)很大的情況下很容易會(huì)導(dǎo)致資源耗盡而出現(xiàn)堆棧溢出齿桃，進(jìn)而出現(xiàn)宕機(jī)或者僵死、服務(wù)器崩潰煮盼，無(wú)法對(duì)外服務(wù)短纵。上面圖示中Client5就是資源耗盡時(shí)服務(wù)器無(wú)法提供服務(wù)的場(chǎng)景，用戶看到的將是異辰┛兀或者超時(shí)香到。
為異步IO模型
用過(guò)線程池的同學(xué)都知道線程池的好處是我們可以指定 核心線程數(shù) 、 最大線程數(shù) 报破、 線程池隊(duì)列大小 并且可以設(shè)置 拒絕策略 悠就。所以這種模式相比于阻塞IO來(lái)說(shuō)線程的創(chuàng)建，服務(wù)的范圍是 可控的 充易。無(wú)論多少個(gè)客戶端并發(fā)理卑，都不會(huì)導(dǎo)致服務(wù)器資源的耗盡和宕機(jī)。
NIO編程
NIO是 Non-block I/O(非阻塞IO) 的簡(jiǎn)稱藐唠。使用IO復(fù)用編寫的服務(wù)器和客戶端就是NIO編程的很好的示例。我們?cè)O(shè)置了讀寫都是非阻塞之后鹉究，當(dāng)沒(méi)有可讀或者可寫的數(shù)據(jù)的時(shí)候宇立，線程不同步等待，會(huì)直接返回自赔。想要再深入了解的同學(xué)可以看下我以前的這篇文章： epoll詳解：從底層了解IO復(fù)用 妈嘹。
AIO編程
NIO 2.0引入了新的異步通道的概念，并提供了異步文件通道和異步套接字通道的實(shí)現(xiàn)绍妨。
異步通道獲取獲取操作結(jié)果方式：
1.使用 java.util.concurrent.Future類 表示異步操作的結(jié)果润脸；
2.在執(zhí)行異步操作的時(shí)候傳入一個(gè) java.nio.channels 。
操作完成后胡回調(diào) CompletionHandler 接口的實(shí)現(xiàn)類他去。
NIO 2.0的異步套接字通道是真正的異步非阻塞I/O毙驯，對(duì)應(yīng)于UNIX網(wǎng)絡(luò)編程中的事件驅(qū)動(dòng)I/O。
為什么選擇Netty
不選擇Java原生NIO編程的原因
以下內(nèi)容引用自《Netty權(quán)威指南》：
- NIO類庫(kù)和API繁雜灾测，使用麻煩爆价，你需要熟練掌握 Selector ， ServerSocketChannel媳搪、 SocketChannel 铭段、 ByteBuffer 等。
- 需要其他額外的技能做鋪墊秦爆，例如熟悉Java多線程編程序愚。這是因?yàn)镹IO編程涉及Reactor模式，你必須對(duì)多線程和網(wǎng)絡(luò)編程十分熟悉等限，才能編寫出高質(zhì)量的NIO程序爸吮。
- 可靠性能力補(bǔ)齊 芬膝，工作量和難度都非常大。例如客戶端面臨斷連重連拗胜、網(wǎng)絡(luò)閃斷、半包讀寫怒允、失敗緩存埂软、網(wǎng)絡(luò)擁塞和異常碼流的處理問(wèn)題，NIO編程的特點(diǎn)是功能開(kāi)發(fā)相對(duì)容易纫事，可靠性能力補(bǔ)齊的工作量和難度巨大勘畔。
- JDK NIO的BUG，例如臭名昭著的 epoll GUG 丽惶，它會(huì)導(dǎo)致Selector空輪詢炫七，最終導(dǎo)致CPU 100%。官方聲稱在1.6版本中修復(fù)钾唬，但是在1.7版本中該問(wèn)題依然存在万哪，只不過(guò)GUG發(fā)生的概率降低了很多。
為什么選擇Netty
Netty是業(yè)界最流行的NIO框架之一抡秆， 它的健壯性奕巍、功能、性能儒士、可定制性和可擴(kuò)展性在同類框架中都是首屈一指的的止， 它已經(jīng)得到成百上千的商用項(xiàng)目驗(yàn)證， 例如Hadoop的RPC框架Avro就使用了Netty作為底層通信框架着撩， 其他還有業(yè)界主流的RPC框架诅福， 也使用Netty來(lái)構(gòu)建高性能的異步通信能力。
通過(guò)對(duì)Netty的分析拖叙，我們將它的優(yōu)點(diǎn)總結(jié)如下氓润。
- API使用簡(jiǎn)單， 開(kāi)發(fā)門檻低薯鳍；
- 功能強(qiáng)大旺芽，預(yù)置了多種編解碼功能，支持多種主流協(xié)議辐啄；
- 定制能力強(qiáng)采章， 可以通過(guò) ChannelHandler 對(duì)通信框架進(jìn)行靈活地?cái)U(kuò)展；
- 性能高壶辜， 通過(guò)與其他業(yè)界主流的NIO框架對(duì)比悯舟，Netty的綜合性能最優(yōu)；
- 成熟砸民、穩(wěn)定抵怎，Netty修復(fù)了已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的所有 JDK NIO BUG 奋救， 業(yè)務(wù)開(kāi)發(fā)人員不需要再為NIO的BUG而煩惱；
- 社區(qū)活躍反惕， 版本迭代周期短尝艘， 發(fā)現(xiàn)的BUG可以被及時(shí)修復(fù)，同時(shí)姿染， 更多的新功能會(huì)加入背亥；
- 經(jīng)歷了大規(guī)模的商業(yè)應(yīng)用考驗(yàn)， 質(zhì)量得到驗(yàn)證悬赏。Netty在互聯(lián)網(wǎng)狡汉、大數(shù)據(jù)、網(wǎng)絡(luò)游戲闽颇、企業(yè)應(yīng)用盾戴、電信軟件等眾多行業(yè)已經(jīng)得到了成功商用，證明它已經(jīng)完全能夠滿足不同行業(yè)的商業(yè)應(yīng)用了兵多。
正是因?yàn)檫@些優(yōu)點(diǎn)尖啡，Netty 逐漸成為了 Java NIO 編程的首選框架。
通過(guò)以上內(nèi)容幫助大家回憶一下Linux網(wǎng)絡(luò)編程中的IO模型剩膘，搞清楚同步異步阻塞非阻塞的概念可婶，了解了BIO到NIO的區(qū)別和聯(lián)系。最后我們知道了眾多的NIO框架中援雇，為什么要選擇Netty矛渴。這些知識(shí)也是我們后續(xù)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)編程和Netty開(kāi)發(fā)的基礎(chǔ)。
以上就是有關(guān)Netty的有關(guān)內(nèi)容惫搏，希望可以對(duì)大家學(xué)習(xí)Netty有幫助具温，喜歡的小伙伴可以幫LZ進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)+關(guān)注，也會(huì)不定時(shí)更新干貨筐赔！感謝大家铣猩！
