Netty 学习笔记（一）、Netty 背景介绍_netty客户端 sdk-优快云博客

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概述

在日常工作过程中，我经常听到同事提起 Netty 这个概念，只知道它是一款易于使用的高性能客户端/服务器框架。再加上公司 SDK 本身对 Netty 做了层层封装，以至于到现在只会使用，不知原理。为了填补这块的知识盲区，我打算就 Netty 学习路线单独开一专题，一来记录学习过程，二来通过博客加深理解，实现学习、理解两开花。

背景

早期的客户端/服务器基于长连接 Socket 实现，Java 很早就提供了丰富的 Socket API。即使如此，想要实现复杂的客户端/服务器仍需要大量的样板代码。并且通过这些 API 实现的长连接本身就是阻塞的，这对于系统的性能有极大的影响。

阻塞：结果返回前，当前线程将会被挂起，调用线程只有在获取到执行结果后才会恢复。

下面我通过简单的代码实现早期 Socket 客户端/服务器示例：

Socket 服务端：

public class SocketServer {

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        try {
            // 创建Socket服务端，监听8888端口等待客户端连接
            ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(8888);
            // 阻塞等待客户端连接，连接成功后返回Socket对象，通过该对象实现客户端和服务器之间的交互
            Socket socket = serverSocket.accept();
            // 创建字符缓存输入流
            BufferedReader reader = new BufferedReader(new InputStreamReader(socket.getInputStream()));
            // 阻塞读取客户端发来的数据
            String request = reader.readLine();
            System.out.println("收到客户端发送的数据：" + request);
            // 创建字符缓存输出流
            BufferedWriter writer = new BufferedWriter(new OutputStreamWriter(socket.getOutputStream()));
            // 向服务器返回字符串，'Hello Netty'
            writer.write("Hello Netty\n");
            // 清空缓冲区，确保所有数据发送完成
            writer.flush();
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

Socket 客户端：

public class SocketClient {

    public static void main(String[] args) throws IOException {
        Socket socket = null;
        try {
            // 创建Socket客户端，连接127.0.0.1的9999端口
            socket = new Socket("127.0.0.1", 8888);
            // 创建字符缓冲输出流
            BufferedWriter writer = new BufferedWriter(new OutputStreamWriter(socket.getOutputStream()));
            // 向服务端发送字符串 'Hello World'
            writer.write("Hello World\n");
            // 清空缓冲区，确保所有数据发送完成
            writer.flush();
            // 创建字符缓冲输入流
            BufferedReader reader = new BufferedReader(new InputStreamReader(socket.getInputStream()));
            // 阻塞读取服务器返回的数据
            String response = reader.readLine();
            System.out.println("收到服务器的返回信息：" + response);
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

执行结果：

收到客户端发送的数据：Hello World
收到服务器的返回信息：Hello Netty

上述代码绝大部分内容已经通过注解的形式解释，这里我主要说明两点：

xxx.flush()：通过流写数据时，数据不是直接写到目标媒介，而是首先会写入缓冲区中。如果在数据写入缓冲区就关闭流的话，会丢失一部分数据。此时调用 flush() 方法可以清空缓冲区中的数据，确保数据完全传输。
除了通过 BufferedWriter 类的 write() 写数据外，还可以通过 PrintStream 类的 println() 方法写数据。需要特别注意的一点是：使用 write() 方法写数据时必须通过换行符结束。

上述示例代码中客户端/服务端模型缺点很明显：服务端只能为某一客户端服务。为了使服务端能够同时为多个客户端提供服务，可以在客户端连接后创建新的线程处理该客户端请求，简单来说就是主线程一直循环等待客户端连接，每个客户端连接成功后创建新的线程处理它的请求，因为它效率低下的原因，这里我就不详细展开。

虽然我们可以通过编码的方式让服务端同时服务多个客户端，但长连接本身阻塞的消耗还是不能解决。任何时刻可能存在多个线程处于阻塞状态，等待流读取数据或等待客户端连接。这种处理方式给系统带来了很大的资源消耗，这也是 Socket 被市场淘汰的主要原因。

NIO

为了解决原生 Socket 效率低下的问题，在 JDK1.4 时，Java 引入了非阻塞 io 包：java.nio。

NIO 是 Nonblocking I/O 的缩写，即非阻塞 io。和普通 I/O 相比，它引入以 SELECTOR（选择器） 为核心的新 I/O 模型，下面我们通过结构图具体对比两种模型：

传统 Socket I/O 模型：
原生 I/O 模型
如上图所示，传统 I/O 对每个客户端建立 Socket 连接，并且每个 Socket 连接对应单独线程完成交互。当客户端数量较大是，服务端需要维护大量的服务线程，此时 上下文切换 所带来的消耗将不能忽略，并且线程本身需要耗费一定的资源，总的来说这种方式是很耗费资源的。