简单理解Netty的原理 - OXOXTECH 牛牛技术客栈

Jensen 2023-03-06 18:30:56 后端网络, NIO, Netty

Netty简介

Netty是由JBoss开发，基于Java NIO的一个高性能通信框架。之前几篇文章介绍了Java NIO的一些基本的概念和API。但在实际的网络开发中，其实很少使用Java NIO原生的API。主要有以下原因：

原生API使用单线程模型，不能很好利用多核优势，如果自己去写多线程结合起来比较麻烦；
原生API是直接使用的IO数据，没有做任何封装处理，对数据的编解码、TCP的粘包和拆包、客户端断连、网络的可靠性和安全性方面没有做处理；

在《Netty权威指南》这本书里提到一个真实的故事，两个项目团队都要做基于NIO非阻塞特性的一个高性能、异步和高可靠性的底层通信框架，但一个团队选择了基于Java NIO API从头开发，另一个团队选择了基于Netty开发。最终，从头开发的团队遇到了各种各样的问题，导致项目延迟，而基于Netty开发的团队则进展顺利。

其实网络开发是一个比较复杂的事情，因为网络的不稳定性，通常会遇到各种各样的问题，比如前面提到的客户端突然断连、TCP的拆包和粘包等等。

幸运的是，网络上已经有了这么一个成熟的框架帮我们处理了这些事情，这个框架就是Netty。Netty主要应用于以下领域：

高性能的RPC框架：常用于微服务之间的高性能远程调用（如Dubbo）
游戏行业：Netty可以很轻松地定制和开发一个私有协议栈，
即时通讯：Netty基于Java NIO，并且做了一些优化，支持高性能的即时通讯

Netty可以做什么？

这里有一个Netty的功能特性的图：

功能特性

Netty Core提供了基本功能，包括文件零拷贝、基本的API、可扩展的基于事件的模型（下文详细介绍）。

Netty支持非常多的协议，比如HTTP、WebSocket等。当然，Netty也可以自定义协议。常见协议的示例代码可以参考netty源码里面的example包。

Netty同时支持Java的BIO和NIO两种方式。且很容易与Spring等主流框架进行集成。

Reactor线程模型

首先介绍处理事件的两种方式：

轮询方式：线程不断轮询访问相关事件发生源有没有发生事件，有发生事件就调用事件处理逻辑。Java 原生的NIO就是使用的轮询方式。
事件驱动方式，发生事件，主线程把事件放入事件队列，在另外线程不断循环消费事件列表中的事件，调用事件对应的处理逻辑处理事件。事件驱动方式也被称为消息通知方式，其实是设计模式中观察者模式的思路。

Reactor是反应堆的意思。Reactor线程模型是指通过一个或多个输入，同时传递给服务处理器的服务请求的事件驱动处理模式。

Reactor模式主要工作原理如下图：

reactor线程模型

Reactor 有一个专门负责监听和分发事件的线程，如图中的Service Handler，所有请求进来后，被它分发到具体的处理线程，如图中的Event Handler去处理。

Reactor可能有多个，而Netty正是使用了多Reactor的线程模型。

Netty是怎么工作的？

netty工作原理架构图

Netty里面有两个Group，分别是Boss Group和Worker Group。其中，Boss Group用于处于连接，Worker Group用于处理实际的读写IO。

Boss Group里面的NioEventLoop会轮询accept事件，遇到有新的连接，就生成NioSocketChannel，并把这个Channel注册到Worker Group的Selector上。

Worker Group轮询read和write事件，在可读或者可写条件满足时，就进行处理。

Worker Group和Boss Group都是通过里面的NioEventLoop来操作的。NioEventLoop中维护了一个线程和任务队列，支持异步提交执行任务，线程启动时会调用NioEventLoop的run方法。

最后都会执行一个runAllTasks方法，它用于处理任务队列中的任务。任务队列中的任务包括用户调用 eventloop.execute或schedule执行的任务，或者其他线程提交到该eventloop的任务。

示例代码

以下是使用Netty创建一个Server的示例代码。Client也可以使用Netty来创建，也可以使用NIO示例代码。这里就不展示基于Netty的Client端的代码，只展示Server端的代码了。

public class Server {

    private final static int PORT = 8080;

    public static void main(String[] args) {
        EventLoopGroup bossGroup = new NioEventLoopGroup();
        EventLoopGroup workerGroup = new NioEventLoopGroup();
        try {
            ServerBootstrap b = new ServerBootstrap();
            b.group(bossGroup, workerGroup)
                    .channel(NioServerSocketChannel.class)
                    .option(ChannelOption.SO_BACKLOG, 1024)
                    .childHandler(new ChildChannelHandler());

            ChannelFuture f = b.bind(PORT).sync();
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() +
                    ",服务器开始监听端口，等待客户端连接.........");

            f.channel().closeFuture().sync();
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            bossGroup.shutdownGracefully();
            workerGroup.shutdownGracefully();
        }
    }


    private static class ChildChannelHandler extends ChannelInitializer<SocketChannel> {
        @Override
        protected void initChannel(SocketChannel socketChannel) throws Exception {
            socketChannel.pipeline().addLast(new ServerHandler());
        }
    }

    static class ServerHandler extends ChannelInboundHandlerAdapter {

        @Override
        public void channelRead(ChannelHandlerContext ctx, Object msg) throws Exception {
            ByteBuf buf = (ByteBuf) msg;
            byte[] reg = new byte[buf.readableBytes()];
            buf.readBytes(reg);
            String body = new String(reg, StandardCharsets.UTF_8);
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() +
                    ",The server receive  order : " + body);

            String respMsg = "I am Server，消息接收 success!";
            ByteBuf respByteBuf = Unpooled.copiedBuffer(respMsg.getBytes());
            ctx.write(respByteBuf);
        }
    }
}

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