Netty篇（学习前言）
目录
一、为什么使用Netty
1. Netty编程相比NIO编程的优势
还有使用 NIO 编程工作量大，bug 多，这样就会导致许多问题要自己避免及解决：
- 需要自己构建协议
- 解决 TCP 传输问题，如粘包、半包
- epoll 空轮询导致 CPU 100%
- 对 API 进行增强，使之更易用，如 FastThreadLocal => ThreadLocal，ByteBuf => ByteBuffer
说到bug，例如：臭名昭著的Epoll Bug，它会导致Selector空轮询，最终导致CPU 100%。
直到JDK 1.7版本该问题仍旧存在，没有被根本解决。
除此之外，NIO编程所花费的成本更高，可以通过本人总结的以下几点可以看出来！
1、NIO的类库和API繁杂，使用起来比较麻烦
- 需要熟练掌握Selector、ServerSocketChannel、SocketChannel、ByteBuffer等。
2、需要具备其他的额外技能
- 要熟悉Java多线程编程，因为NIO编程涉及到Reactor模式，你必须对多线程和网络编程非常熟悉，才
能编写出高质量的NIO程序。
3、开发工作量和难度都非常大
- 例如：客户端面临断连重连、网络闪断、半包读写、失败缓存、网络拥塞和异常流的处理等等。
2. Netty 相比其它网络应用框架的优势
这里就拿 Mina 网络应用框架做一个介绍，我们可以通过调查发现Mina 由 apache 维护，将来 3.x 版本可
能会有较大重构，破坏 API 向下兼容性，Netty 的开发迭代更迅速，API 更简洁、文档更优秀
久经考验，16年，Netty 版本
- 2.x 2004
- 3.x 2008
- 4.x 2013
- 5.x 已废弃（没有明显的性能提升，维护成本高）
二、让我们走进Netty
1. 简介
Netty是一个开源的、异步的、基于事件驱动的Java网络应用框架，用于快速开发高性能、可维护、
可扩展的网络服务器和客户端程序。
它为我们提供了一套易于使用的抽象组件，使得开发者可以方便地构建各种不同类型的网络应用。
2. 设计目标
Netty设计的目标是提供一个简单、高效、稳定的网络编程框架。
它建立在Java NIO（New I/O）的基础上，并在其之上进行了封装和增强。
相比于传统的Java网络编程，Netty提供了更高级别、更易用的API，同时具备更好的性能和可伸缩性。
3. 主要特点
Netty的主要特点包括：
- 异步和事件驱动：利用了Java NIO提供的非阻塞I/O，通过事件驱动的方式处理网络请求和响
应，实现了高并发和低延迟。
- 高度可定制：提供了丰富的可定制选项和灵活的扩展机制，使得开发者可以根据自己的需求来定
制和优化网络应用。
- 支持多种协议：支持多种常见的网络协议，如TCP、UDP、HTTP等，开发者可以根据需要选择
合适的协议进行开发。
- 安全性和稳定性：提供了一些安全性和容错机制，如SSL/TLS支持和优雅的错误处理，以确保网络应用
在面对复杂环境时能够保持稳定和安全。
由于其强大的功能和出色的性能，在众多互联网公司和开发者中得到了广泛的应用和认可。
无论是构建高性能的服务器程序，还是编写复杂的网络应用，Netty都是一个优秀的选择。
4. Netty的作者
他还是另一个著名网络应用框架 Mina 的重要贡献者
5. Netty 的地位
Netty 在 Java 网络应用框架中的地位就好比：Spring 框架在 JavaEE 开发中的地位
以下的框架都使用了 Netty，因为它们有网络通信需求！
- Cassandra - nosql 数据库
- Spark - 大数据分布式计算框架
- Hadoop - 大数据分布式存储框架
- RocketMQ - ali 开源的消息队列
- ElasticSearch - 搜索引擎
- gRPC - rpc 框架
- Dubbo - rpc 框架
- Spring 5.x - flux api 完全抛弃了 tomcat ，使用 netty 作为服务器端
- Zookeeper - 分布式协调框架
6. Netty 的优势
Netty对JDK自带的NIO的API进行了封装，解决了上述问题。
1、设计优雅
适用于各种传输类型的统一API阻塞和非阻塞Socket；基于灵活且可扩展的事件模型，可以清晰地分离关注
点；高度可定制的线程模型-单线程，一个或多个线程池.
2、使用方便
详细记录的Javadoc，用户指南和示例；
没有其他依赖项，JDK 5（Netty 3.x）或6（Netty 4.x）就足够了。
3、高性能、吞吐量更高
延迟更低；减少资源消耗；最小化不必要的内存复制。
4、安全
完整的SSL/TLS和StartTLS支持。
5、社区活跃、不断更新
社区活跃，版本迭代周期短，发现的Bug可以被及时修复，同时，更多的新功能会被加入
五、Netty版本说明
- netty版本分为netty3.x和netty4.x、netty5.x
- 因为Netty5出现重大bug，已经被官网废弃了，目前推荐使用的是Netty4.x的稳定版本
- 目前在官网可下载的版本netty3.x netty4.0.x 和netty4.1.x
这里，我主要讲解Netty4.1.x版本。
netty下载地址： Service End for Bintray, JCenter, GoCenter, and ChartCenter | JFrog
六、Netty架构设计
1. 线程模型基本介绍
- 不同的线程模式，对程序的性能有很大影响，为了搞清Netty线程模式，我将要来系统的讲解下各个线
程模式，最后看看Netty线程模型有什么优越性.
- 目前存在的线程模型有：传统阻塞、I/O、服务模型、Reactor模式
- 根据Reactor的数量和处理资源池线程的数量不同，有3种典型的实现
-
- 单Reactor单线程；
- 单Reactor多线程；
- 主从Reactor多线程
- Netty线程模式（Netty主要基于主从Reactor多线程模型做了一定的改进，其中主从Reactor多线程模
型有多个Reactor）
2. 传统模型
- 采用阻塞IO模式获取输入的数据
- 每个连接都需要独立的线程完成数据的输入，业务处理,数据返回
- 当并发数很大，就会创建大量的线程，占用很大系统资源
- 连接创建后，如果当前线程暂时没有数据可读，该线程会阻塞在read操作，造成线程资源浪费
3. Reactor模式
针对传统阻塞I/O服务模型的2个缺点，解决方案：
3.1. 基于I/O复用模型
多个连接共用一个阻塞对象，应用程序只需要在一个阻塞对象等待，无需阻塞等待所有连接。
当某个连接有新的数据可以处理时，操作系统通知应用程序，线程从阻塞状态返回，开始进行业务处理
Reactor 对应的叫
- 反应器模式
- 分发者模式(Dispatcher)
- 通知者模式(notifier)
3.2. 基于线程池复用线程资源
不必再为每个连接创建线程，将连接完成后的业务处理任务分配给线程进行处理，一个线程可以处理多个
连接的业务。
4. 原理解析
- Reactor模式，通过一个或多个输入同时传递给服务处理器的模式(基于事件驱动)
- 服务器端程序处理传入的多个请求,并将它们同步分派到相应的处理线程，因此Reactor模式也叫
Dispatcher模式
- Reactor模式使用IO复用监听事件, 收到事件后，分发给某个线程(进程), 这点就是网络服务器高并发
处理关键
5. Reactor模式中核心组成
5.1. Reactor
Reactor在一个单独的线程中运行，负责监听和分发事件，分发给适当的处理程序来对IO事件做出反应。
它就像公司的电话接线员，它接听来自客户的电话并将线路转移到适当的联系人；
5.2. Handlers
处理程序执行I/O事件要完成的实际事件，类似于客户想要与之交谈的公司中的实际官员。
Reactor通过调度适当的处理程序来响应I/O事件，处理程序执行非阻塞操作。
6. Reactor分类
根据Reactor的数量和处理资源池线程的数量不同，有3种典型的实现
- 单Reactor单线程
- 单Reactor多线程
- 主从Reactor多线程
6.1. 单Reactor单线程
解析
- Select是前面I/O复用模型介绍的标准网络编程API，可以实现应用程序通过一个阻塞对象监听多路连
接请求
- Reactor对象通过Select监控客户端请求事件，收到事件后通过Dispatch进行分发
- 如果是建立连接请求事件，则由Acceptor通过Accept处理连接请求，然后创建一个Handler对象处理
连接完成后的后续业务处理
- 如果不是建立连接事件，则Reactor会分发调用连接对应的Handler来响应
- Handler会完成Read→业务处理→Send的完整业务流程
实例
服务器端用一个线程通过多路复用搞定所有的IO操作（包括连接，读、写等），编码简单，清晰明了，
但是如果客户端连接数量较多，将无法支撑，前面的NIO案例就属于这种模型。
优缺点
优点：模型简单，没有多线程、进程通信、竞争的问题，全部都在一个线程中完成
缺点：
- 性能问题：只有一个线程，无法完全发挥多核CPU的性能。Handler在处理某个连接上的业务时，整
个进程无法处理其他连接事件，很容易导致性能瓶颈
- 可靠性问题：线程意外终止，或者进入死循环，会导致整个系统通信模块不可用，不能接收和处理外部
消息，造成节点故障。
使用场景
客户端的数量有限，业务处理非常快速，比如Redis在业务处理的时间复杂度O(1)的情况
6.2. 单Reactor多线程
解析
- Reactor对象通过select监控客户端请求事件,收到事件后，通过dispatch进行分发
- 如果建立连接请求,则右Acceptor通过accept处理连接请求,然后创建一个Handler对象处理完成连接后
的各种事件
- 如果不是连接请求，则由reactor分发调用连接对应的handler来处理
- handler只负责响应事件，不做具体的业务处理,通过read读取数据后，会分发给后面的worker线程池
的某个线程处理业务
- worker线程池会分配独立线程完成真正的业务，并将结果返回给handler
- handler收到响应后，通过send将结果返回给client
优缺点
优点：可以充分的利用多核cpu的处理能力
缺点：多线程数据共享和访问比较复杂，reactor处理所有的事件的监听和响应，在单线程运行，在高并发
场景容易出现性能瓶颈。
6.3. 主从Reactor多线程
针对单Reactor多线程模型中，Reactor在单线程中运行，高并发场景下容易成为性能瓶颈，可以让
Reactor在多线程中运行。
解析
- Reactor主线程MainReactor对象通过select监听连接事件,收到事件后，通过Acceptor处理连接事件
- 当Acceptor处理连接事件后，MainReactor将连接分配给SubReactor
- subreactor将连接加入到连接队列进行监听,并创建handler进行各种事件处理
- 当有新事件发生时，subreactor就会调用对应的handler处理
- handler通过read读取数据，分发给后面的worker线程处理
- worker线程池分配独立的worker线程进行业务处理，并返回结果
- handler收到响应的结果后，再通过send将结果返回给client
- Reactor主线程可以对应多个Reactor子线程,即MainRecator可以关联多个SubReactor。
实例
这种模型在许多项目中广泛使用，包括Nginx主从Reactor多进程模型，Memcached主从多线程，Netty
主从多线程模型的支持。
优缺点
优点：
- 父线程与子线程的数据交互简单职责明确，父线程只需要接收新连接，子线程完成后续的业务处理。
- 父线程与子线程的数据交互简单，Reactor主线程只需要把新连接传给子线程，子线程无需返回数据。
缺点：编程复杂度较高
7. 知识小结
现在知道Netty对主从Reactor多线程模型做改进的好处了吧
- 响应快，不必为单个同步时间所阻塞，虽然Reactor本身依然是同步的
- 可以最大程度的避免复杂的多线程及同步问题，并且避免了多线程/进程的切换开销
- 扩展性好，可以方便的通过增加Reactor实例个数来充分利用CPU资源
- 复用性好，Reactor模型本身与具体事件处理逻辑无关，具有很高的复用性
原文地址：https://blog.csdn.net/qq_51226710/article/details/143592985
免责声明：本站文章内容转载自网络资源，如本站内容侵犯了原著者的合法权益，可联系本站删除。更多内容请关注自学内容网（zxcms.com）！