Netty框架

Netty框架：Reactor 模式的一种实现

Netty是一个高性能、事件驱动的NIO框架，基于JAVA NIO提供的API实现。它提供了对TCP、UDP和文件传输的支持，Netty的所有IO操作都是非阻塞的，通过Future-Listener机制，用户可以方便的主动获取或者通过通知机制获得IO操作结果。

 

Reactor模式首先是事件驱动的，有一个或者多个并发输入源，有一个Server Handler和多个Request Handlers，这个Service Handler会同步的将输入的请求多路复用的分发给相应的Request Handler。

Reator模式的实现:单线程模型、多线程模型、主从模型。

在web服务中涉及的基本操作：read request、decode request、process service、encod reply、send reply等。

 

 

Netty的线程模型是Reactor模型的变种，那就是去掉线程池的第三种形式的变种，这也是Netty NIO的默认模式。Netty中Reactor模式的参与者主要有下面一些组件：

1)Selector

2)EventLoopGroup/EventLoop

3)ChannelPipeline

Selector即为NIO中提供的SelectableChannel多路复用器，充当着demultiplexer信号分离器的角色。

 

EventLoopGroup/EventLoop

Netty采用了串行化设计理念，从消息的读取、编码以及后续Handler的执行，始终都由IO线程EventLoop负责，这就意味着整个流程不会进行线程上下文的切换，数据也不会面临被并发修改的风险。这也解释了为什么Netty线程模型去掉了Reactor主从模型中线程池。

 

EventLoopGroup是一组EventLoop的抽象，EventLoopGroup提供next接口，可以总一组EventLoop里面按照一定规则获取其中一个EventLoop来处理任务，在Netty服务器编程中需要BossEventLoopGroup和WorkerEventLoopGroup两个EventLoopGroup来进行工作。通常一个服务端口即一个ServerSocketChannel对应一个Selector和一个EventLoop线程，也就是说BossEventLoopGroup的线程数参数为1。BossEventLoop负责接收客户端的连接并将SocketChannel交给WorkerEventLoopGroup来进行IO处理。

EventLoop的实现充当Reactor模式中的分发（Dispatcher）的角色。

 

ChannelPipeline

ChannelPipeline其实是担任着Reactor模式中的请求处理器角色。

ChannelPipeline的默认实现是DefaultChannelPipeline，DefaultChannelPipeline本身维护着一个用户不可见的tail和head的ChannelHandler，他们分别位于链表队列的头部和尾部。ChannelHandler有两个重要的接口，ChannelInBoundHandler和ChannelOutBoundHandler。

ChannelInBoundHandler对从客户端发往服务器的报文进行处理，一般用来执行半包/粘包，解码，读取数据，业务处理等；ChannelOutBoundHandler对从服务器发往客户端的报文进行处理，一般用来进行编码，发送报文到客户端。

ChannelPipeline会根据不同的IO事件类型来找到相应的Handler来处理，同时链表队列是责任链模式的一种变种，自上而下或自下而上所有满足事件关联的Handler都会对事件进行处理。

 

 

Netty中buffer的特点：

1）读写指针分离。在ByteBuffer中，读写指针都是position，而在ByteBuf中，读写指针分别为readerIndex和writerIndex。

2）零拷贝

• 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。

#1 Netty 提供了 CompositeByteBuf 类, 它可以将多个 ByteBuf 合并为一个逻辑上的 ByteBuf, 避免了各个 ByteBuf 之间的拷贝.

#2 通过 wrap 操作, 我们可以将 byte[] 数组、ByteBuf、ByteBuffer等包装成一个 Netty ByteBuf 对象, 进而避免了拷贝操作.

#3 ByteBuf 支持 slice 操作, 因此可以将 ByteBuf 分解为多个共享同一个存储区域的 ByteBuf, 避免了内存的拷贝.

• 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。

3）引用计数与池化技术

• 在Netty中，Netty自己根据引用计数法去实现了内存的管理。Netty对于Buffer的使用都是基于直接内存（DirectBuffer）实现的，大大提高I/O操作的效率，然而DirectBuffer和HeapBuffer相比之下除了I/O操作效率高之外还有一个天生的缺点，即对于DirectBuffer的申请相比HeapBuffer效率更低，因此Netty结合引用计数实现了PolledBuffer，即池化的用法，当引用计数等于0的时候，Netty将Buffer回收致池中，在下一次申请Buffer的某个时刻会被复用。