Netty数据传输

最新推荐文章于 2025-07-19 05:23:56 发布

崔耀强

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分类专栏： IO 文章标签： netty 基础知识 NIO 数据传输

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网络应用程序一个很重要的工作是传输数据。传输数据的过程不一样取决是使用哪种交通工具，但是传输的方式是一样的：都是以字节码传输。Java 开发网络程序传输数据的过程和方式是被抽象了的，我们不需要关注底层接口，只需要使用 Java API 或其他网络框架如 Netty 就能达到传输数据的目的。发送数据和接收数据都是字节码。Nothingmore,nothing less。

Netty传输API
传输 API 的核心是 Channel 接口，它用于所有出站的操作。Channel 接口的类层次结构如下：
这里写图片描述

如上图所示，每个 Channel 都会分配一个 ChannelPipeline 和 ChannelConfig。
ChannelConfig 负责设置并存储配置，并允许在运行期间更新它们。传输一般有特定的配置设置，只作用于传输，没有其他的实现。ChannelPipeline 容纳了使用的 ChannelHandler实例，这些 ChannelHandler 将处理通道传递的“入站”和“出站”数据。
ChannelHandler 的实现允许你改变数据状态和传输数据，ChannelHandler 是 Netty 的重点概念。

现在我们可以使用 ChannelHandler 做下面一些事情：

传输数据时，将数据从一种格式转换到另一种格式
异常通知
Channel 变为有效或无效时获得通知
Channel 被注册或从 EventLoop 中注销时获得通知
通知用户特定事件

这些 ChannelHandler 实例添加到 ChannelPipeline 中，在 ChannelPipeline 中按顺序逐个执行。它类似于一个链条。
ChannelPipeline 实现了拦截过滤器模式，这意味着我们连接不同的 ChannelHandler来拦截并处理经过 ChannelPipeline 的数据或事件。可以把 ChannelPipeline 想象成 UNIX管道，它允许不同的命令链(ChannelHandler 相当于命令)。你还可以在运行时根据需要添加 ChannelHandler 实例到 ChannelPipeline 或从 ChannelPipeline 中删除，这能帮助我们构建高度灵活的 Netty 程序。此外，访问指定的 ChannelPipeline 和 ChannelConfig，你能在 Channel 自身上进行操作。Channel 提供了很多方法，如下列表：

eventLoop()，返回分配给 Channel 的 EventLoop
pipeline()，返回分配给 Channel 的 ChannelPipeline
isActive()，返回 Channel 是否激活，已激活说明与远程连接对等
localAddress()，返回已绑定的本地 SocketAddress
remoteAddress()，返回已绑定的远程 SocketAddress
write()，写数据到远程客户端，数据通过 ChannelPipeline 传输过去

Netty 包含的传输实现

Netty 自带了一些传输协议的实现，虽然没有支持所有的传输协议，但是其自带的已足够我们来使用。Netty 应用程序的传输协议依赖于底层协议，本节我们将学习 Netty 中的传输协议。

Netty 中的传输方式有如下几种：

NIO，io.netty.channel.socket.nio，基于 java.nio.channels
的工具包，使用选择器作为基础的方法。
OIO，io.netty.channel.socket.oio，基于 java.net 的工具包，使用阻塞流。
Local，io.netty.channel.local，用来在虚拟机之间本地通信。
Embedded，io.netty.channel.embedded，嵌入传输，它允许在没有真正网络的运输中使用 ChannelHandler，可以非常有用的来测试 ChannelHandler 的实现。

NIO - Nonblocking I/O

NIO 传输是目前最常用的方式，它通过使用选择器提供了完全异步的方式操作所有的I/O，NIO 从 Java 1.4 才被提供。NIO 中，我们可以注册一个通道或获得某个通道的改变的状态，通道状态有下面几种改变：

一个新的 Channel 被接受并已准备好
Channel 连接完成
Channel 中有数据并已准备好读取
Channel 发送数据出去

处理完改变的状态后需重新设置他们的状态，用一个线程来检查是否有已准备好的Channel，如果有则执行相关事件。在这里可能只同时一个注册的事件而忽略其他的。选择器所支持的操作在 SelectionKey 中定义，具体如下：

OP_ACCEPT，有新连接时得到通知
OP_CONNECT，连接完成后得到通知
OP_READ，准备好读取数据时得到通知
OP_WRITE，写入数据到通道时得到通知

Netty 中的 NIO 传输就是基于这样的模型来接收和发送数据，通过封装将自己的接口提供给用户使用，这完全隐藏了内部实现。如前面所说，Netty 隐藏内部的实现细节，将抽象出来的 API 暴露出来供使用，下面是处理流程图：
这里写图片描述
NIO 在处理过程也会有一定的延迟，若连接数不大的话，延迟一般在毫秒级，但是其吞吐量依然比 OIO 模式的要高。Netty 中的 NIO 传输是“zero-file-copy”,也就是零文件复制，这种机制可以让程序速度更快，更高效的从文件系统中传输内容，零复制就是我们的应用程序不会将发送的数据先复制到 JVM 堆栈在进行处理，而是直接从内核空间操作。接下来我
们将讨论 OIO 传输，它是阻塞的。

OIO - Old blocking I/O

OIO 就是 java 中提供的 Socket 接口，java 最开始只提供了阻塞的 Socket，阻塞会导致程序性能低。下面是 OIO的处理流程图

Local - In VM transport

Netty 包含了本地传输，这个传输实现使用相同的 API 用于虚拟机之间的通信，传输是完全异步的。每个 Channel 使用唯一的 SocketAddress，客户端通过使用 SocketAddress进行连接，在服务器会被注册为长期运行，一旦通道关闭，它会自动注销，客户端无法再使用它。连接到本地传输服务器的行为与其他的传输实现几乎是相同的，需要注意的一个重点是只能在本地的服务器和客户端上使用它们。Local 未绑定任何 Socket，值提供 JVM 进程之间的通信。

Embedded transport

Netty 还包括嵌入传输，与之前讲述的其他传输实现比较，它是不是一个真的传输呢？若不是一个真的传输，我们用它可以做什么呢？Embedded transport 允许更容易的使用不同的 ChannelHandler 之间的交互，这也更容易嵌入到其他的 ChannelHandler 实例并像一个辅助类一样使用它们。它一般用来测试特定的 ChannelHandler 实现，也可以在ChannelHandler 中重新使用一些 ChannelHandler 来进行扩展，为了实现这样的目的，它自带了一个具体的 Channel 实现，即：EmbeddedChannel。

每种传输的使用时机