Netty入门之Netty的基本介绍和IO模型

一.Netty介绍和应用场景

1.简介

• Netty是由JBOSS提供的一个java开源框架，现为Github上的独立项目

• Netty是一个异步的、基于事件驱动的网络应用框架，用以快速开发高性能、高可靠性的网络IO程序

• Netty主要针对在TCP协议下，面向Clients端的高并发应用，或者Peer-to-Peer场景下的大量数据持续传输的应用

• Netty本质是一个NIO框架，适用于服务器通讯相关的多种应用场景

2.应用场景

• 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作为异步高性能的通信框架，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，提供了TCP/UDP和HTTP协议栈，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实现数据文件共享）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

二.I/O模型

1.基本说明

1） I/O 模型简单的理解:就是用什么样的通道进行数据的发送和接收，很大程度上决定了程序通信的性能

2） Java 共支持 3 种网络编程模型/IO 模式:BIO、NIO、AIO

3） Java BIO : 同步并阻塞(传统阻塞型)，服务器实现模式为一个连接一个线程，即客户端有连接请求时服务器端就需要启动一个线程进行处理，如果这个连接不做任何事情会造成不必要的线程开销

 

4）Java NIO : 同步非阻塞，服务器实现模式为一个线程处理多个请求(连接)，即客户端发送的连接请求都会注 册到多路复用器上，多路复用器轮询到连接有 I/O 请求就进行处理

 

5）Java AIO(NIO.2) : 异步非阻塞，AIO 引入异步通道的概念，采用了 Proactor 模式，简化了程序编写，有效的请求才启动线程，它的特点是先由操作系统完成后才通知服务端程序启动线程去处理，一般适用于连接数较多且连接时间较长的应用

2.BIO、NIO、AIO的适用场景

1）BIO 方式适用于连接数目比较小且固定的架构，这种方式对服务器资源要求比较高，并发局限于应用中，JDK1.4以前的唯一选择，但程序简单易理解。

2）NIO 方式适用于连接数目多且连接比较短(轻操作)的架构，比如聊天服务器，弹幕系统，服务器间通讯等。编程比较复杂，JDK1.4 开始支持。

3）AIO 方式使用于连接数目多且连接比较长(重操作)的架构，比如相册服务器，充分调用 OS 参与并发操作，编程比较复杂，JDK7 开始支持。

3.BIO

（1）基本介绍

1）Java BIO 就是传统的 java io 编程，其相关的类和接口在 java.io

2）BIO(blocking I/O) : 同步阻塞，服务器实现模式为一个连接一个线程，即客户端有连接请求时服务器端就需 要启动一个线程进行处理，如果这个连接不做任何事情会造成不必要的线程开销，可以通过线程池机制改善(实现多个客户连接服务器)。

3）BIO 方式适用于连接数目比较小且固定的架构，这种方式对服务器资源要求比较高，并发局限于应用中，JDK1.4 以前的唯一选择，程序简单易理解

（2）工作机理

 

1）服务器端启动一个ServerSocket

2）客户端启动Socket对服务器进行通信，默认情况下服务器端需要对每个客户建立一个线程与之通讯

3）客户端发出请求后, 先咨询服务器是否有线程响应，如果没有则会等待，或者被拒绝

4）如果有响应，客户端线程会等待请求结束后，在继续执行

（3）代码示例

public class BIOServer {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
​
        //线程池机制
​
        //思路
        //1. 创建一个线程池
        //2. 如果有客户端连接，就创建一个线程，与之通讯(单独写一个方法)
​
        ExecutorService newCachedThreadPool = Executors.newCachedThreadPool();
​
        //创建ServerSocket
        ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(6666);
​
        System.out.println("服务器启动了");
​
        while (true) {
​
            System.out.println("线程信息 id =" + Thread.currentThread().getId() + " 名字=" + Thread.currentThread().getName());
            //监听，等待客户端连接
            System.out.println("等待连接....");
            final Socket socket = serverSocket.accept();
            System.out.println("连接到一个客户端");
​
            //就创建一个线程，与之通讯(单独写一个方法)
            newCachedThreadPool.execute(() -> {
                //可以和客户端通讯
                handler(socket);
            });
​
        }
​
​
    }
​
    /**
     * 编写一个handler方法，和客户端通讯
     *
     * @param socket
     */
    public static void handler(Socket socket) {
​
        try {
            System.out.println("线程信息 id =" + Thread.currentThread().getId() + " 名字=" + Thread.currentThread().getName());
            byte[] bytes = new byte[1024];
            //通过socket 获取输入流
            InputStream inputStream = socket.getInputStream();
​
            //循环的读取客户端发送的数据
            while (true) {
​
                System.out.println("线程信息 id =" + Thread.currentThread().getId() + " 名字=" + Thread.currentThread().getName());
​
                System.out.println("read....");
                int read = inputStream.read(bytes);
                if (read != -1) {
                    //输出客户端发送的数据
                    System.out.println(new String(bytes, 0, read)); 
                } else {
                    break;
                }
            }
​
​
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            System.out.println("关闭和client的连接");
            try {
                socket.close();
            } catch (Exception e) {
                e.printStackTrace();
            }
​
        }
    }
}

通过 telnet 127.0.0.1 6666 连接该server，控制台打印如下信息：

Connected to the target VM, address: '127.0.0.1:59843', transport: 'socket'
服务器启动了
线程信息 id =1 名字=main
等待连接....
连接到一个客户端
线程信息 id =12 名字=pool-1-thread-1
线程信息 id =1 名字=main
等待连接....
线程信息 id =12 名字=pool-1-thread-1
read....

（4）问题分析

1）每个请求都需要创建独立的线程，与对应的客户端进行数据 Read，业务处理，数据 Write

2）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

3）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