基于NIO的网络通信框架——Netty_netty nio通信模型

Netty

什么是Netty？

Netty 是一个利用 Java 的高级网络的能力，隐藏其背后的复杂性而提供一个易于使用的 API 的客户端/服务器框架。

1）本质：JBoss做的一个Jar包

2）目的：快速开发高性能、高可靠性的网络服务器和客户端程序

3）优点：提供异步的、事件驱动的网络应用程序框架和工具

通俗的说：一个好使的处理Socket的框架

Netty是一款基于NIO（Nonblocking I/O，非阻塞IO）开发的网络通信框架，对比于BIO（Blocking I/O，阻塞IO），他的并发性能得到了很大提高。

Netty为什么快？

Netty的传输快其实也是依赖了NIO的一个特性——零拷贝。
我们知道，Java的内存有堆内存、栈内存和字符串常量池等等，其中堆内存是占用内存空间最大的一块，也是Java对象存放的地方，一般我们的数据如果需要从IO读取到堆内存，中间需要经过Socket缓冲区，也就是说一个数据会被拷贝两次才能到达他的的终点，如果数据量大，就会造成不必要的资源浪费。
Netty针对这种情况，使用了NIO中的另一大特性——零拷贝，当他需要接收数据的时候，他会在堆内存之外开辟一块内存，数据就直接从IO读到了那块内存中去，在netty里面通过ByteBuf可以直接对这些数据进行直接操作，从而加快了传输速度。

Netty核心组件

1.Channel

Channel 接口是 Netty 对网络操作抽象类，它除了包括基本的 I/O 操作，如 bind()、connect()、read()、write() 等。

比较常用的Channel接口实现类是NioServerSocketChannel（服务端）和NioSocketChannel（客户端），这两个 Channel 可以和 BIO 编程模型中的ServerSocket以及Socket两个概念对应上。Netty 的 Channel 接口所提供的 API，大大地降低了直接使用 Socket 类的复杂性。

2.EventLoop

这么说吧！EventLoop（事件循环）接口可以说是 Netty 中最核心的概念了！

《Netty 实战》这本书是这样介绍它的：

EventLoop 定义了 Netty 的核心抽象，用于处理连接的生命周期中所发生的事件。

是不是很难理解？说实话，我学习 Netty 的时候看到这句话是没太能理解的。

说白了，EventLoop 的主要作用实际就是负责监听网络事件并调用事件处理器进行相关 I/O 操作的处理。

那 Channel 和 EventLoop 直接有啥联系呢？

Channel 为 Netty 网络操作(读写等操作)抽象类，EventLoop 负责处理注册到其上的Channel 处理 I/O 操作，两者配合参与 I/O 操作。

3.ChannelFuture

Netty 是异步非阻塞的，所有的 I/O 操作都为异步的。

因此，我们不能立刻得到操作是否执行成功，但是，你可以通过 ChannelFuture 接口的 addListener() 方法注册一个 ChannelFutureListener，当操作执行成功或者失败时，监听就会自动触发返回结果。

并且，你还可以通过ChannelFuture 的 channel() 方法获取关联的Channel

public interface ChannelFuture extends Future<Void> {
   
    Channel channel();

    ChannelFuture addListener(GenericFutureListener<? extends Future<? super Void>> var1);
     ......

    ChannelFuture sync() throws InterruptedException;
}
1
2
3
4
5
6
7
8
9

另外，我们还可以通过 ChannelFuture 接口的 sync()方法让异步的操作变成同步的。

4.ChannelHandler 和 ChannelPipeline

下面这段代码使用过 Netty 的小伙伴应该不会陌生，我们指定了序列化编解码器以及自定义的 ChannelHandler 处理消息。

        b.group(eventLoopGroup)
                .handler(new ChannelInitializer<SocketChannel>() {
   
                    @Override
                    protected void initChannel(SocketChannel ch) {
   
                        ch.pipeline().addLast(new NettyKryoDecoder(kryoSerializer, RpcResponse.class));
                        ch.pipeline().addLast(new NettyKryoEncoder(kryoSerializer, RpcRequest.class));
                        ch.pipeline().addLast(new KryoClientHandler());
                    }
                });
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11

ChannelHandler 是消息的具体处理器。他负责处理读写操作、客户端连接等事情。

ChannelPipeline 为 ChannelHandler 的链，提供了一个容器并定义了用于沿着链传播入站和出站事件流的 API 。当 Channel 被创建时，它会被自动地分配到它专属的 ChannelPipeline。

我们可以在 ChannelPipeline 上通过 addLast() 方法添加一个或者多个ChannelHandler ，因为一个数据或者事件可能会被多个 Handler 处理。当一个 ChannelHandler 处理完之后就将数据交给下一个 ChannelHandler 。

5、EventloopGroup 和 EventLoop

EventLoopGroup 包含多个 EventLoop（每一个 EventLoop 通常内部包含一个线程），上面我们已经说了 EventLoop 的主要作用实际就是负责监听网络事件并调用事件处理器进行相关 I/O 操作的处理。

并且 EventLoop 处理的 I/O 事件都将在它专有的 Thread 上被处理，即 Thread 和 EventLoop 属于 1 : 1 的关系，从而保证线程安全。

Boss EventloopGroup、Worker EventloopGroup

上图是一个服务端对 EventLoopGroup 使用的大致模块图，其中 Boss EventloopGroup 用于接收连接，Worker EventloopGroup 用于具体的处理（消息的读写以及其他逻辑处理）。

从上图可以看出： 当客户端通过 connect 方法连接服务端时，bossGroup 处理客户端连接请求。当客户端处理完成后，会将这个连接提交给 workerGroup 来处理，然后 workerGroup 负责处理其 IO 相关操作。

6.Bootstrap 和 ServerBootstrap

Bootstrap 是客户端的启动引导类/辅助类，具体使用方法如下：

        EventLoopGroup group = new NioEventLoopGroup();
        try {
   
            //创建客户端启动引导/辅助类：Bootstrap
            Bootstrap b = new Bootstrap();
            //指定线程模型
            b.
1
2
3
4
5
6