Netty入门教程——认识Netty

bianmaren 发布于 2018-09-22 22:20:56    访问

标签 : Netty JAVA

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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:

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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:

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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:

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  • 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。

  • 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。

  • 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,但是比不上NIO,但是他的处理性能又比BIO更差,因为一个连接他需要两次system call,而BIO只需要一次,所以这种IO模型应用的不多。

  • 信号驱动IO,这种IO模型主要用在嵌入式开发,不参与讨论。

  • 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


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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();
        }
    }
}