手把手教你写一个极简版Netty

原创

已于 2023-01-24 23:20:54 修改 · 1.5k 阅读

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#java #开发语言 #netty #后端 #网络

于 2023-01-24 22:38:38 首次发布

本文通过逐步讲解，从最基本的BIO模型开始，过渡到NIO，然后引入Reactor线程模型，最后添加任务处理系统，构建了一个迷你版的Netty。展示了Netty如何解决BIO的线程消耗问题，以及如何利用NIO的非阻塞特性提高效率，最后通过任务系统优化了selector的超时时间选择，使得系统性能更优。

前言

Netty如今是使用最广泛的网络通信框架，许多人对此有强烈的学习需求。但是Netty本身代码量大、概念众多，单纯看代码学习容易一头雾水，看了后面忘了前面。这个问题的破解之道，就是以自己的思考重新写一遍，这是掌握一个复杂设计的最好方法。本文会带着你从零开始设计一个极简版的Netty，为你演示如何从最原始的BIO进化到NIO，再一步步添加Netty的Reactor线程模型和任务处理的。本文的源代码放在Github上（mini-netty），有兴趣的读者可以自己取阅。

BIO版本

先看最原始的BIO。BIO的特点是阻塞式的，它的API使用简单，但是缺点也很明显：一个连接对应一个线程，如果连接数量过多，那么线程数量也会很多，而CPU核数有限，造成大量不必要的线程切换开销。代码示例如下：

/**
 * 基于BIO的客户端
 */
public class BioClient {
   
   
    public static void main(String[] args) throws IOException {
   
   
        try (Socket socket = new Socket("127.0.0.1", 13)) {
   
   
			OutputStream os = socket.getOutputStream();
			PrintStream ps = new PrintStream(os);
			try (Scanner sc = new Scanner(System.in)) {
   
   
			    while(true){
   
   
			    	// 循环从系统输入获取消息并发送
			    	System.out.print("type in your msg:");
			        String msg = sc.nextLine();
			        ps.println(msg);
			        ps.flush();
			    }
			}
		}
    }
}

/**
 * 基于BIO的服务端
 */
public class BioServer {
   
   
    public static void main(String[] args) throws IOException{
   
   
        try (ServerSocket ss = new ServerSocket(13)) {
   
   
			while(true){
   
   
				// 循环接收新的连接，并启动新的线程处理对应连接的IO消息
			    Socket socket = ss.accept();
			    new Thread(){
   
   
			    	@Override
			    	public void run() {
   
   
			            try{
   
   
			                InputStream is = socket.getInputStream();
			                BufferedReader br = new BufferedReader(new InputStreamReader(is));
			                String msg;
			                while((msg = br.readLine())!=null){
   
   
			                    System.out.println("receive msg:" + msg);
			                }
			            }catch (Exception e){
   
   
			                e.printStackTrace();
			            }
			    	}
			    	
			    }.start();
			}
		}
    }
}

NIO版本

由于BIO的上述缺点，Java在后来的版本中推出了NIO，以获得非阻塞、更加可扩展的IO。NIO三大核心：Selector、Buffer、Channel。其中又以Selector为首，它仅需一个主线程循环，便可以通过收集和处理事件的方式，管理成千上万个连接，整个过程不会阻塞。示例代码如下：

/**
 * 基于NIO的客户端
 */
public class NioClient {
   
   
	public static void main(String[] args) throws Exception{
   
   
		// 启动16个socket分别发送消息
		for (int i = 1; i <= 16; i++) {
   
   
			InetSocketAddress inetSocketAddress = new InetSocketAddress("127.0.0.1", 13);
	        SocketChannel socketChannel = SocketChannel.open(inetSocketAddress);
	        socketChannel.configureBlocking(false);
	        String msg = "msg" + i;
	        ByteBuffer byteBuffer = ByteBuffer.wrap(msg.getBytes());
	        System.out.println("socket" + i + " send msg:" + msg);
	        socketChannel.write(byteBuffer);
	        socketChannel.close();
	        Thread.sleep(100);
		}
	}
}