Netty面试题
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覆盖90%面试！ 2020最新Netty面试题汇总
Netty面试题（2020最新）
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高并发：Netty 是一款基于 NIO（Nonblocking IO，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。 -
传输快：Netty 的传输依赖于零拷贝特性，尽量减少不必要的内存拷贝，实现了更高效率的传输。 -
封装好：Netty 封装了 NIO 操作的很多细节，提供了易于使用调用接口。
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使用简单：封装了 NIO 的很多细节，使用更简单。 -
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地扩展。 -
性能高：通过与其他业界主流的 NIO 框架对比，Netty 的综合性能最优。 -
稳定：Netty 修复了已经发现的所有 NIO 的 bug，让开发人员可以专注于业务本身。 -
社区活跃：Netty 是活跃的开源项目，版本迭代周期短，bug 修复速度快。
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IO 线程模型：同步非阻塞，用最少的资源做更多的事。 -
内存零拷贝：尽量减少不必要的内存拷贝，实现了更高效率的传输。 -
内存池设计：申请的内存可以重用，主要指直接内存。内部实现是用一颗二叉查找树管理内存分配情况。 -
串形化处理读写：避免使用锁带来的性能开销。 -
高性能序列化协议：支持 protobuf 等高性能序列化协议。
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行分隔符类：LineBasedFrameDecoder -
或自定义分隔符类 ：DelimiterBasedFrameDecoder
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Netty 的接收和发送 ByteBuffer 采用 DIRECT BUFFERS，使用堆外直接内存进行 Socket 读写，不需要进行字节缓冲区的二次拷贝。如果使用传统的堆内存（HEAP BUFFERS）进行 Socket 读写，JVM 会将堆内存 Buffer 拷贝一份到直接内存中，然后才写入 Socket 中。相比于堆外直接内存，消息在发送过程中多了一次缓冲区的内存拷贝。 -
Netty 提供了组合 Buffer 对象，可以聚合多个 ByteBuffer 对象，用户可以像操作一个 Buffer 那样方便的对组合 Buffer 进行操作，避免了传统通过内存拷贝的方式将几个小 Buffer 合并成一个大的 Buffer。 -
Netty 的文件传输采用了 transferTo 方法，它可以直接将文件缓冲区的数据发送到目标 Channel，避免了传统通过循环 write 方式导致的内存拷贝问题。 -
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Channel：Netty 网络操作抽象类，它除了包括基本的 I/O 操作，如 bind、connect、read、write 等。 -
EventLoop：主要是配合 Channel 处理 I/O 操作，用来处理连接的生命周期中所发生的事情。 -
ChannelFuture：Netty 框架中所有的 I/O 操作都为异步的，因此我们需要 ChannelFuture 的 addListener()注册一个 ChannelFutureListener 监听事件，当操作执行成功或者失败时，监听就会自动触发返回结果。 -
ChannelHandler：充当了所有处理入站和出站数据的逻辑容器。ChannelHandler 主要用来处理各种事件，这里的事件很广泛，比如可以是连接、数据接收、异常、数据转换等。 -
ChannelPipeline：为 ChannelHandler 链提供了容器，当 channel 创建时，就会被自动分配到它专属的 ChannelPipeline，这个关联是永久性的。 -
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直接写入 Channel 中，消息从 ChannelPipeline 当中尾部开始移动； -
写入和 ChannelHandler 绑定的 ChannelHandlerContext 中，消息从 ChannelPipeline 中的下一个 ChannelHandler 中移动。
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readerIdleTime：为读超时时间（即测试端一定时间内未接受到被测试端消息）。 -
writerIdleTime：为写超时时间（即测试端一定时间内向被测试端发送消息）。 -
allIdleTime：所有类型的超时时间。
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作用不同：Tomcat 是 Servlet 容器，可以视为 Web 服务器，而 Netty 是异步事件驱动的网络应用程序框架和工具用于简化网络编程，例如TCP和UDP套接字服务器。 -
协议不同：Tomcat 是基于 http 协议的 Web 服务器，而 Netty 能通过编程自定义各种协议，因为 Netty 本身自己能编码/解码字节流，所有 Netty 可以实现，HTTP 服务器、FTP 服务器、UDP 服务器、RPC 服务器、WebSocket 服务器、Redis 的 Proxy 服务器、MySQL 的 Proxy 服务器等等。
Netty简介
JDK原生NIO程序的问题
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NIO的类库和API繁杂，使用麻烦，你需要熟练掌握Selector、ServerSocketChannel、SocketChannel、ByteBuffer等 -
需要具备其它的额外技能做铺垫，例如熟悉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路编程非常熟悉，才能编写出高质量的NIO程序 -
可靠性能力补齐，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、网络拥塞和异常码流的处理等等，NIO编程的特点是功能开发相对容易，但是可靠性能力补齐工作量和难度都非常大 -
JDK NIO的BUG，例如臭名昭著的epoll bug，它会导致Selector空轮询，最终导致CPU 100%。官方声称在JDK1.6版本的update18修复了该问题，但是直到JDK1.7版本该问题仍旧存在，只不过该bug发生概率降低了一些而已，它并没有被根本解决
Netty的特点
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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 真正的无连接数据报套接字支持（自3.1起） -
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 -
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 -
安全 完整的SSL / TLS和StartTLS支持 -
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
Netty常见使用场景
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互联网行业 在分布式系统中，各个节点之间需要远程服务调用，高性能的RPC框架必不可少，Netty作为异步高新能的通信框架,往往作为基础通信组件被这些RPC框架使用。典型的应用有：阿里分布式服务框架Dubbo的RPC框架使用Dubbo协议进行节点间通信，Dubbo协议默认使用Netty作为基础通信组件，用于实现各进程节点之间的内部通信。 -
游戏行业 无论是手游服务端还是大型的网络游戏，Java语言得到了越来越广泛的应用。Netty作为高性能的基础通信组件，它本身提供了TCP/UDP和HTTP协议栈。非常方便定制和开发私有协议栈，账号登录服务器，地图服务器之间可以方便的通过Netty进行高性能的通信 -
大数据领域 经典的Hadoop的高性能通信和序列化组件Avro的RPC框架，默认采用Netty进行跨界点通信，它的Netty Service基于Netty框架二次封装实现
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每个请求都需要独立的线程完成数据read，业务处理，数据write的完整操作
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当并发数较大时，需要创建大量线程来处理连接，系统资源占用较大 -
连接建立后，如果当前线程暂时没有数据可读，则线程就阻塞在read操作上，造成线程资源浪费
I/O复用模型
基于buffer
线程模型
事件驱动模型
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轮询方式 线程不断轮询访问相关事件发生源有没有发生事件，有发生事件就调用事件处理逻辑。 -
事件驱动方式 发生事件，主线程把事件放入事件队列，在另外线程不断循环消费事件列表中的事件，调用事件对应的处理逻辑处理事件。事件驱动方式也被称为消息通知方式，其实是设计模式中观察者模式的思路。
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轮询方式 线程不断轮询是否发生按钮点击事件，如果发生，调用处理逻辑 -
事件驱动方式 发生点击事件把事件放入事件队列，在另外线程消费的事件列表中的事件，根据事件类型调用相关事件处理逻辑
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事件队列（event queue）：接收事件的入口，存储待处理事件 -
分发器（event mediator）：将不同的事件分发到不同的业务逻辑单元 -
事件通道（event channel）：分发器与处理器之间的联系渠道 -
事件处理器（event processor）：实现业务逻辑，处理完成后会发出事件，触发下一步操作
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可扩展性好，分布式的异步架构，事件处理器之间高度解耦，可以方便扩展事件处理逻辑 -
高性能，基于队列暂存事件，能方便并行异步处理事件
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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 -
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
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单Reactor单线程 -
单Reactor多线程 -
主从Reactor多线程
Netty线程模型
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MainReactor负责客户端的连接请求，并将请求转交给SubReactor -
SubReactor负责相应通道的IO读写请求 -
非IO请求（具体逻辑处理）的任务则会直接写入队列，等待worker threads进行处理
EventLoopGroup bossGroup = new NioEventLoopGroup();
EventLoopGroup workerGroup = new NioEventLoopGroup();
ServerBootstrap server = new ServerBootstrap();
server.group(bossGroup, workerGroup)
.channel(NioServerSocketChannel.class)
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bossGroup线程池则只是在bind某个端口后，获得其中一个线程作为MainReactor，专门处理端口的accept事件，每个端口对应一个boss线程 -
workerGroup线程池会被各个SubReactor和worker线程充分利用
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通过isDone方法来判断当前操作是否完成 -
通过isSuccess方法来判断已完成的当前操作是否成功 -
通过getCause方法来获取已完成的当前操作失败的原因 -
通过isCancelled方法来判断已完成的当前操作是否被取消 -
通过addListener方法来注册监听器，当操作已完成(isDone方法返回完成)，将会通知指定的监听器；如果future对象已完成，则理解通知指定的监听器
serverBootstrap.bind(port).addListener(future -> {
if (future.isSuccess()) {
System.out.println(new Date() + ": 端口[" + port + "]绑定成功!");
} else {
System.err.println("端口[" + port + "]绑定失败!");
}
});
Netty架构设计
功能特性
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传输服务 支持BIO和NIO -
容器集成 支持OSGI、JBossMC、Spring、Guice容器 -
协议支持 HTTP、Protobuf、二进制、文本、WebSocket等一系列常见协议都支持。还支持通过实行编码解码逻辑来实现自定义协议 -
Core核心 可扩展事件模型、通用通信API、支持零拷贝的ByteBuf缓冲对象
模块组件
Bootstrap、ServerBootstrap
Channel
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当前网络连接的通道的状态（例如是否打开？是否已连接？） -
网络连接的配置参数 （例如接收缓冲区大小） -
提供异步的网络I/O操作(如建立连接，读写，绑定端口)，异步调用意味着任何I / O调用都将立即返回，并且不保证在调用结束时所请求的I / O操作已完成。调用立即返回一个ChannelFuture实例，通过注册监听器到ChannelFuture上，可以I / O操作成功、失败或取消时回调通知调用方。 -
支持关联I/O操作与对应的处理程序
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NioSocketChannel，异步的客户端 TCP Socket 连接 -
NioServerSocketChannel，异步的服务器端 TCP Socket 连接 -
NioDatagramChannel，异步的 UDP 连接 -
NioSctpChannel，异步的客户端 Sctp 连接 -
NioSctpServerChannel，异步的 Sctp 服务器端连接 这些通道涵盖了 UDP 和 TCP网络 IO以及文件 IO.
NioEventLoop
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I/O任务 即selectionKey中ready的事件，如accept、connect、read、write等，由processSelectedKeys方法触发。 -
非IO任务 添加到taskQueue中的任务，如register0、bind0等任务，由runAllTasks方法触发。
NioEventLoopGroup
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ChannelInboundHandler用于处理入站I / O事件 -
ChannelOutboundHandler用于处理出站I / O操作
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ChannelInboundHandlerAdapter用于处理入站I / O事件 -
ChannelOutboundHandlerAdapter用于处理出站I / O操作 -
ChannelDuplexHandler用于处理入站和出站事件
ChannelHandlerContext
I/O Request
via Channel or
ChannelHandlerContext
|
+---------------------------------------------------+---------------+
| ChannelPipeline | |
| \|/ |
| +---------------------+ +-----------+----------+ |
| | Inbound Handler N | | Outbound Handler 1 | |
| +----------+----------+ +-----------+----------+ |
| /|\ | |
| | \|/ |
| +----------+----------+ +-----------+----------+ |
| | Inbound Handler N-1 | | Outbound Handler 2 | |
| +----------+----------+ +-----------+----------+ |
| /|\ . |
| . . |
| ChannelHandlerContext.fireIN_EVT() ChannelHandlerContext.OUT_EVT()|
| [ method call] [method call] |
| . . |
| . \|/ |
| +----------+----------+ +-----------+----------+ |
| | Inbound Handler 2 | | Outbound Handler M-1 | |
| +----------+----------+ +-----------+----------+ |
| /|\ | |
| | \|/ |
| +----------+----------+ +-----------+----------+ |
| | Inbound Handler 1 | | Outbound Handler M | |
| +----------+----------+ +-----------+----------+ |
| /|\ | |
+---------------+-----------------------------------+---------------+
| \|/
+---------------+-----------------------------------+---------------+
| | | |
| [ Socket.read() ] [ Socket.write() ] |
| |
| Netty Internal I/O Threads (Transport Implementation) |
+-------------------------------------------------------------------+
工作原理架构
public static void main(String[] args) {
// 创建mainReactor
NioEventLoopGroup boosGroup = new NioEventLoopGroup();
// 创建工作线程组
NioEventLoopGroup workerGroup = new NioEventLoopGroup();
final ServerBootstrap serverBootstrap = new ServerBootstrap();
serverBootstrap
// 组装NioEventLoopGroup
.group(boosGroup, workerGroup)
// 设置channel类型为NIO类型
.channel(NioServerSocketChannel.class)
// 设置连接配置参数
.option(ChannelOption.SO_BACKLOG, 1024)
.childOption(ChannelOption.SO_KEEPALIVE, true)
.childOption(ChannelOption.TCP_NODELAY, true)
// 配置入站、出站事件handler
.childHandler(new ChannelInitializer<NioSocketChannel>() {
@Override
protected void initChannel(NioSocketChannel ch) {
// 配置入站、出站事件channel
ch.pipeline().addLast(...);
ch.pipeline().addLast(...);
}
});
// 绑定端口
int port = 8080;
serverBootstrap.bind(port).addListener(future -> {
if (future.isSuccess()) {
System.out.println(new Date() + ": 端口[" + port + "]绑定成功!");
} else {
System.err.println("端口[" + port + "]绑定失败!");
}
});
}
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1 初始化创建2个NioEventLoopGroup，其中boosGroup用于Accetpt连接建立事件并分发请求， workerGroup用于处理I/O读写事件和业务逻辑 -
2 基于ServerBootstrap(服务端启动引导类)，配置EventLoopGroup、Channel类型，连接参数、配置入站、出站事件handler -
3 绑定端口，开始工作
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1 轮询accept事件 -
2 处理accept I/O事件，与Client建立连接，生成NioSocketChannel，并将NioSocketChannel注册到某个Worker NioEventLoop的Selector上 -
3 处理任务队列中的任务，runAllTasks。任务队列中的任务包括用户调用eventloop.execute或schedule执行的任务，或者其它线程提交到该eventloop的任务。
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1 轮询read、write事件； -
2 处I/O事件，即read、write事件，在NioSocketChannel可读、可写事件发生时进行处理 -
3 处理任务队列中的任务，runAllTasks。
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1 用户程序自定义的普通任务
ctx.channel().eventLoop().execute(new Runnable() {
@Override
public void run() {
//...
}
});
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2 非当前reactor线程调用channel的各种方法 例如在推送系统的业务线程里面，根据用户的标识，找到对应的channel引用，然后调用write类方法向该用户推送消息，就会进入到这种场景。最终的write会提交到任务队列中后被异步消费。 -
3 用户自定义定时任务
ctx.channel().eventLoop().schedule(new Runnable() {
@Override
public void run() {
}
}, 60, TimeUnit.SECONDS);
Netty面试题（2020最新版）
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最新2020汇总1000道 互联网大厂Java工程师面试题
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