收集几十位大厂面试者的面试题及见解-Netty模块

1 简述BIO、NIO和AIO。

BIO：客户端并发数和后端的线程数是一比一，线程的创建和销毁很消耗系统资源。并发量大，服务器性能下降，会出现栈和堆溢出错误。当前线程创建连接后，如果没有操作进入阻塞操作，浪费服务器资源。
NIO：通过多路复用器一个线程处理多个通道，避免多线程之间的上下文切换导致系统开销过大。并且通道中有了事件，才能进行读写操作。减少系统开销。
AIO：异步IO，用户线程通过系统调用，告知内核启动某个IO操作(数据准备、数据复制)，完成后通知用户程序，执行后续的操作。但是依赖操作系统底层，而且linux系统支持不完善。

2 为什么使用Netty进行项目开发？

1. Netty是基于NIO实现的，实现了阻塞和非阻塞Socket。而且对各种协议API进行统一封装，简化开发。
2. Netty只依赖JDK底层api,不需要引入额外依赖。
3. 社区活跃，发现bug可以快速修复。
4. 高度可定制线程模型，单线程、一个或多个线程池。
5. 网络通信更加高性能、低延迟、尽可能的减少不必要的内存拷贝。
6. NIO可能会导致Selector空轮询问题，官网JDK1.6修复该问题，只是概率低点。

3 什么是Reactor线程模型？

不是Java和Netty专有的，是一种并发编程模型，是一种思想。
Reactor有三种角色，Reactor负责监听和分配事件。Acceptor处理客户端新连接，并分派请求到处理链中。Handler将自身和事件绑定，执行读写操作。
Reactor线程模型有三种，单线程、多线程、主从多线程。

4 介绍下单线程、多线程、主从多线程模型。

单线程：
Reactor充当多路复⽤器⻆⾊，监听多路连接的请求，由单线程完成 。Reactor收到客户端发来的请求时，如果是新建连接通过Acceptor完成，其他的请求由Handler完成(读写操作)。
试用一些简单业务逻辑和并发量不高的地方。没有线程之间切换和线程之间通信问题。但是Reactor负担过重，导致系统性能下降，如果当前线程进入死循环，整个系统不可用。
多线程：
和单线程之间区别是，Handler只负责响应用户请求，真正读写操作在其他线程完成。降低Reactor的性能开销，充分利⽤CPU资源，从⽽更专注的做事件分发⼯作。提升整 个应⽤的吞吐。
多线程数据共享和访问⽐较复杂。如果⼦线程完成业务处理后，把结果传递给主线程Reactor进⾏ 发送，就会涉及共享数据的互斥和保护机制。 Reactor承担所有事件的监听和响应，只在主线程中运⾏，可能会存在性能问题。例如并发百万客户端连接，或者服务端需要对客户端握⼿进⾏安全认证，但是认证本身⾮常损耗性能。
主从多线程模型：
MainReactor负责监听server socket，处理⽹络IO连接建⽴，将建⽴的socketChannel指 定注册给SubReactor。
SubReactor主要完成和建⽴起来的socket的数据交互和事件业务处理操作。
响应快，不必为单个同步事件所阻塞，虽然Reactor本身依然是同步的。 可扩展性强，可以⽅便地通过增加SubReactor实例个数来充分利⽤CPU资源。 可复⽤性⾼，Reactor模型本身与具体事件处理逻辑⽆关，具有很⾼的复⽤性。

总结：在netty中多Reactor三种模型都有很好的支持，一般情况下，服务端采用主从架构模型。

5 IO模型：阻塞IO模型、非阻塞IO模型、select、epoll线程模型。

阻塞IO模型
创建socket，fd绑定监听，调用系统的accept()函数等待系统内核响应，如果内核没有接受连接，一直阻塞中，接受客户端数据函数也是阻塞中，发送信息也是等待客户端信息发送。
非阻塞IO模型
调用系统的连接函数、接受客户端数据函数、发送数据函数都变成异步了，不用等待内核响应，直接执行下一步。应用程序要得到响应不断的轮询调用。
select、epoll线程模型
redis模块中已总结过，https://www.jianshu.com/p/fe6d9f7d9e9b。

6 Netty中的核心组件

ChannerHandler、Channel、EventLoop、EventLoopGroup、ChannelPipeline、Bootstrap、Future
Channel：每个客户端连接都会创建一个Channel，它负责基本的IO操作。
EventLoop：用于监控和协调事件，每个EventLoop会占用一个Thread，当前线程处理发生在EventLoop上所有IO操作。
EventLoopGroup：用于生成EventLoop。服务端需要两个，客户端需要一个。因为服务端需要建立连接和业务处理。
ChannelHandler：对于数据的⼊站和出站的业务逻辑的编写都是在ChannelHandler中完成的。
ChannelPipeline：channel进行数据传递时候，需要进行编码和节码等一系列操作操作。ChannelPipeline是对ChannelHandler管理。
Bootstrap：将各个组件串起来，并绑定端口，启动服务。
Future：了⼀种在操作完成时通知应⽤程序。

7 Netty零拷贝解释下？

Bytebuf 使⽤的是⽤池化的Direct Buffer类型使⽤的堆外内存，不需要进⾏字节缓冲区的⼆次拷 ⻉，如果使⽤堆内存，JVM会先拷⻉到堆内，再写⼊Socket，就多了⼀次拷⻉。 CompositeByteBuf将多个ByteBuf封装成⼀个ByteBuf，在添加ByteBuf时不需要进程拷⻉。 Netty的⽂件传输类DefaultFileRegion的transferTo⽅法将⽂件发送到⽬标channel中，不需要进 ⾏循环拷⻉，提升了性能。

8 ByteBuf 释放问题

手动释放：ReferenceCountUtil.release(byteBuf); 进⾏释放。

自动释放：
HeadHandler出站自动释放。
⼊站的TailHandler，TailHandler放在最后面，每个处理器将消息下穿。
继承SimpleChannelInboundHandler自动释放。

9 知道哪些编解码器？

在netty开发中定义编解码器需要实现ByteToMessageDecoder、MessageToByteEncoder。

对象编解码器：JDk自带的编解码器、Hessian编解码器。
基于Redis协议的编解码器。字符串编解码器。

10 Netty 拆包粘包的实质？TCP通信的粘包和拆包怎么处理？

在Netty的应用层，按照 ByteBuf 为单位来发送/读取数据，但是到了底层操作系统仍然是按照字节流发送数据。因此，从底层到应用层，需要进行二次拼装。操作系统底层，是按照字节流的方式读入，到了 Netty 应用层面，需要二次拼装成 ByteBuf。在Netty 层面，拼装成ByteBuf时，就是对底层TCP缓冲的读取，这里就有问题了。上层应用层每次读取底层缓冲的数据容量是有限制的，当TCP底层缓冲数据包比较大时，将被分成多次读取，造成断包，在应用层来说，就是半包。其次，如果上层应用层一次读到多个底层缓冲数据包，就是粘包。

在发送消息包时候，在头部加上两个字节，存储发送数据字节长度。在bytebuf获取数据时候，先读取两个字节，即字节长度len1,然后从bytebuf中读取len1长度的字节。

11 Netty服务启动流程？

创建服务端channel，

初始化服务端channel，

注册selector，

绑定端口。

12 连接过程刨析？

新连接接入：

注册读事件

13 使用Netty如何优化？

2. 使⽤EventLoop的任务调度
直接放⼊channel所对应的EventLoop的执⾏队列，⽽直接使⽤channel.writeAndFlush(data)，会导致线程的切换。
3. 减少ChannelPipline的调⽤长度
ctx.channel().writeAndFlush(msg); ，所有的handler都会执行一遍。ctx.writeAndFlush(msg)，从当前的handler一直执行到pipline尾部。
4. 减少ChannelHandler的创建
如果channelhandler是⽆状态的（即不需要保存任何状态参数），那么使⽤Sharable注解，并在 bootstrap时只创建⼀个实例，减少GC。否则每次连接都会new出handler对象。
5. ⼀些配置参数的设置
bossGroup只是需要配置一个，因为ServerSocketChannel只会注册到一个eventLoop上，⽽这个eventLoop只会有⼀个线程在运⾏。workGroup集器核数两倍，即发挥虚拟机内核优势，又防止线程上下文切换开销。
响应时间有⾼要求的场景，禁⽤nagle算法，不等待，⽴即发送。

14 我说Netty不是真正的“异步IO”，你认同吗？

认同。因为使用的IO模型是采用epoll，应用端不断循环调用epoll对象的消息队列，当消息队列中有事件消息，然后应用端对事件消息一个个处理。所以是同步操作。但是由于也是一个线程处理多个客户端的读写操作，类似异步感觉。

15 Netty的IO模型，Reactor模式，Handler线程一定要新起一个线程来进行数据库操作吗？

不一定，因为handler进行业务操作是在workeGroup线程池操作，这个线程池线程数是内核的两倍。所以Handler进行业务操作，如果线程数没有达到核心线程数，则会创建一个新的线程执行。如果达到了核心线程数，则会使用之前的线程执行。

16 Netty 中责任链？

就是ChannelPipeline，用来将每一个handler串成链表，然后进行管理。保证了进行消息传递时候，执行handler顺序。

17 长连接和短链接描述下。

TCP在进行读写前，需要server和client建立连接。建立连接的过程就是三次握手四次挥手。消耗网络资源和有事件延迟。
短链接：就是客户端和服务端读写完毕后，释放连接。再次读取，需要从新建立连接。
长连接：每次读写之后，连接不断开。后续读写依旧使用这个连接。

18 Netty的长连接/心跳机制有了解？

在TCP保持长连接时候，由于网络原理或者其他异常。client和server没有交互，无法发现对方掉线。引入心跳机制。
心跳机制原理，在client和server在一定时间内没有数据交互，服务端或者客户端发送一个特殊数据包给对象，对方立刻回应，代表连接中。
TCP实际上自带长连接选项，本身就有心跳包机制。但是TCP协议层面长连接灵活性不够，所以一般是在应用层自定义心跳机制，在netty中实现，则是通过IdleStateHandler核心类实现。

19 一个请求进入netty具体用了哪些类？

如果是一个连接请求，首先是被EventLoopGroup产生的EventLoop监控到是连接事件，然后由Acceptor进行连接创建。
如果是一个读/写请求，被工作的EventLoopGroup产生EventLoop监控到，然后进入Channel，进行执行链ChannelPipeline，执行每一个ChannelHandler。