Netty系列高性能高可靠性Netty通信原理分析

Posted 2021-04-30 程序猿小秘圈

概述

Netty和Mina是Java世界非常知名的通讯框架。它们都出自同一个作者，Mina诞生略早，属于Apache基金会，而Netty开始在Jboss名下，后来出来自立门户netty.io。我正好最近也要做一些网络方面的开发，就研究一下Netty的源码，顺便分享出来了。 Netty目前有两个分支：4.x和3.x。4.0分支重写了很多东西，并对项目进行了分包，规模比较庞大，入手会困难一些，而3.x版本则已经被广泛使用。

Netty是什么

Netty底层基于jdk的NIO，我们为什么不直接基于jdk的nio或者其他nio框架？下面是我总结出来的原因

1.使用jdk自带的nio需要了解太多的概念，编程复杂

2.netty底层IO模型随意切换，而这一切只需要做微小的改动

3.netty自带的拆包解包，异常检测等机制让你从nio的繁重细节中脱离出来，让你只需要关心业务逻辑

4.netty解决了jdk的很多包括空轮训在内的bug

5.netty底层对线程，selector做了很多细小的优化，精心设计的reactor线程做到非常高效的并发处理

6.自带各种协议栈让你处理任何一种通用协议都几乎不用亲自动手

7.netty社区活跃，遇到问题随时邮件列表或者issue

8.netty已经历各大rpc框架，消息中间件，分布式通信中间件线上的广泛验证，健壮性无比强大

Netty是一个异步的、事件驱动的网络应用框架，可以快速开发高性能的网络协议。

下图是来自netty home的官方图：

下面进入主题，我们先大概了解一下Netty和NIO：

　 1.Channel（NIO）：字面理解为“通道”，用于完成一个I/O请求，也可以理解为通信的载体。

　　2.Selector（NIO）：选择器，也可被称为多路复用器，是实现非阻塞IO的关键。它类似于一个监听器，通过地调用select()或selectNow()可以得到目前有多少channel处于I/O就绪状态，通过调用selectedKeys()得到就绪状态的SelectionKey的集合，然后遍历这一集合便可得到所有就绪状态的SelectableChannel，进一步便可以做相应的操作。

　　3.Buffer（NIO）：缓冲区，在NIO中数据的读写都是面向buffer的，可以理解为内存里开辟的一块临时保存数据的区域，而本质上就是一个数组，然后基于position、limit、capacity、address来操作这个数组。在netty中衍生出ChannelBuffer。

　　4.ChannelHandler（Netty）：ChannelHandler负责与I/O无关的业务逻辑处理。可以处理或拦截ChannelInboundInvoker或ChannelOutboundInvoker操作，分别用于处理上行和下行的消息，并将其转发到ChannelPipeline中交给下一个ChannelHandler。

　　5.ChannelEvent（Netty）：Netty是基于事件驱动的，ChannelEvent是事件（数据或者状态改变）载体，例如传输的数据对应MessageEvent，状态的改变对应ChannelStateEvent。当对Channel进行操作时，会产生一个ChannelEvent，并发送到ChannelPipeline。ChannelPipeline会选择一个ChannelHandler进行处理。这个ChannelHandler处理之后，可能会产生新的ChannelEvent，并流转到下一个ChannelHandler。

　　6.ChannelPipeline（Netty）:Pipeline的中文含义是“管道”，传输途径。也就是说在ChannelPipeline控制ChannelEvent事件分发和传递，流转到ChannelHandler中进行处理。ChannelPipeline包含两条线路：Upstream和Downstream，分别对应上行和下行的通信。

　　7.ChannelFuture（Netty）：在Netty中所有的I/O操作都是异步的，因此我们总是得不到最终实际的I/O结果，而是得到ChannelFuture，它会包含一些I/O执行状态的结果。ChannelFuture往往配合监听器使用，在其中注册一个监听器，当操作执行成功或失败时监听会自动触发，相当于一个回调。

　　8.EventLoop（Netty）：Netty中的线程池模型