怎么通俗的理解Netty呢?

作者: ML李嘉图


目录

  • [Netty(3.X)]
  • [简单体验]
  • [Netty的事件驱动机制]
  • [Netty的源码阅读]


Netty(3.X)

有了Netty,你可以实现自己的HTTP服务器,FTP服务器,UDP服务器,RPC服务器,WebSocket服务器,Redis的Proxy服务器,MySQL的Proxy服务器等等。

如果你想知道Nginx是怎么写出来的,如果你想知道Tomcat和Jetty是如何实现的,如果你也想实现一个简单的Redis服务器,那都应该好好理解一下Netty,它们高性能的原理都是类似的。

看一下传统的HTTP服务器的原理:

  1. 创建一个ServerSocket,监听并绑定一个端口
  2. 一系列客户端来请求这个端口
  3. 服务器使用Accept,获得一个来自客户端的Socket连接对象
  4. 启动一个新线程处理连接 5.
  5. 读Socket,得到字节流
  6. 解码协议,得到Http请求对象
  7. 处理Http请求,得到一个结果,封装成一个HttpResponse对象
  8. 编码协议,将结果序列化字节流
  9. 写Socket,将字节流发给客户端
  10. 继续循环步骤3 HTTP服务器之所以称为HTTP服务器,是因为编码解码协议是HTTP协议,如果协议是Redis协议,那它就成了Redis服务器,如果协议是WebSocket,那它就成了WebSocket服务器,等等。

使用Netty你就可以定制编解码协议,实现自己的特定协议的服务器。

上面们说的是一个传统的多线程服务器,这个也是Apache处理请求的模式。在高并发环境下,线程数量可能会创建太多,操作系统的任务调度压力大,系统负载也会比较高。那怎么办呢?

于是NIO 诞生了,NIO并不是Java独有的概念,NIO代表的一个词汇叫着IO多路复用。它是由操作系统提供的系统调用,早期这个操作系统调用的名字是select,但是性能低下,后来渐渐演化成了Linux下的epoll和Mac里的kqueue。们一般就说是epoll,因为没有人拿苹果电脑作为服务器使用对外提供服务。而Netty就是基于Java NIO技术封装的一套框架。为什么要封装,因为原生的Java NIO使用起来没那么方便,而且还有臭名昭著的bug,Netty把它封装之后,提供了一个易于操作的使用模式和接口,用户使用起来也就便捷多了。

那NIO究竟是什么东西呢?

NIO的全称是NoneBlocking IO,非阻塞IO,区别与BIO,BIO的全称是Blocking IO,阻塞IO。那这个阻塞是什么意思呢?

  1. Accept是阻塞的,只有新连接来了,Accept才会返回,主线程才能继
  2. Read是阻塞的,只有请求消息来了,Read才能返回,子线程才能继续处理
  3. Write是阻塞的,只有客户端把消息收了,Write才能返回,子线程才能继续读取下一个请求

所以传统的多线程服务器是BlockingIO模式的,从头到尾所有的线程都是阻塞的。这些线程就干等在哪里,占用了操作系统的调度资源,什么事也不干,是浪费。

那么NIO是怎么做到非阻塞的呢?

它用的是事件机制。它可以用一个线程把Accept,读写操作,请求处理的逻辑全干了。如果什么事都没得做,它也不会死循环,它会将线程休眠起来,直到下一个事件来了再继续干活,这样的一个线程称之为NIO线程。

while true {
    events = takeEvents(fds)  // 获取事件,如果没有事件,线程就休眠
    for event in events {
        if event.isAcceptable {
            doAccept() // 新链接来了
            request = doRead() // 读消息
            if request.isComplete() {
                doProcess()
            }
            doWrite()  // 写消息
        }
    }
}

Netty是建立在NIO基础之上,Netty在NIO之上又提供了更高层次的抽象。

在Netty里面,Accept连接可以使用单独的线程池去处理,读写操作又是另外的线程池来处理。 Accept连接和读写操作也可以使用同一个线程池来进行处理。而请求处理逻辑既可以使用单独的线程池进行处理,也可以跟放在读写线程一块处理。线程池中的每一个线程都是NIO线程。用户可以根据实际情况进行组装,构造出满足系统需求的并发模型。 Netty提供了内置的常用编解码器,包括行编解码器[一行一个请求],前缀长度编解码器[前N个字节定义请求的字节长度],可重放解码器[记录半包消息的状态],HTTP编解码器,WebSocket消息编解码器等等 Netty提供了一些列生命周期回调接口,当一个完整的请求到达时,当一个连接关闭时,当一个连接建立时,用户都会收到回调事件,然后进行逻辑处理。 Netty可以同时管理多个端口,可以使用NIO客户端模型,这些对于RPC服务是很有必要的。 Netty除了可以处理TCP Socket之外,还可以处理UDP Socket。

在消息读写过程中,需要大量使用ByteBuffer,Netty对ByteBuffer在性能和使用的便捷性上都进行了优化和抽象。

本质: 1)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。

简单体验

public void run() {
        // Configure the server.
        ServerBootstrap bootstrap = new ServerBootstrap(
                new NioServerSocketChannelFactory(
                        Executors.newCachedThreadPool(),
                        Executors.newCachedThreadPool()));
        // Set up the pipeline factory.
        bootstrap.setPipelineFactory(new ChannelPipelineFactory() {
            public ChannelPipeline getPipeline() throws Exception {
                return Channels.pipeline(new EchoServerHandler());
            }
        });
        // Bind and start to accept incoming connections.
        bootstrap.bind(new InetSocketAddress(port));
    }

这里EchoServerHandler是其业务逻辑的实现者,大致代码如下:

public class EchoServerHandler extends SimpleChannelUpstreamHandler {
        @Override
        public void messageReceived(
                ChannelHandlerContext ctx, MessageEvent e) {
            // Send back the received message to the remote peer.
            e.getChannel().write(e.getMessage());
        }

Netty的事件驱动机制

看看EchoServerHandler的代码,其中的参数:public void messageReceived(ChannelHandlerContext ctx, MessageEvent e),MessageEvent就是一个事件。这个事件携带了一些信息,例如这里e.getMessage()就是消息的内容,而EchoServerHandler则描述了处理这种事件的方式。一旦某个事件触发,相应的Handler则会被调用,并进行处理。这种事件机制在UI编程里广泛应用,而Netty则将其应用到了网络编程领域。

在Netty里,所有事件都来自ChannelEvent接口,这些事件涵盖监听端口、建立连接、读写数据等网络通讯的各个阶段。而事件的处理者就是ChannelHandler,这样,不但是业务逻辑,连网络通讯流程中底层的处理,都可以通过实现ChannelHandler来完成了。事实上,Netty内部的连接处理、协议编解码、超时等机制,都是通过handler完成的。

下图描述了Netty进行事件处理的流程。Channel是连接的通道,是ChannelEvent的产生者,而ChannelPipeline可以理解为ChannelHandler的集合。

Netty的源码阅读

org
└── jboss
    └── netty
        ├── bootstrap 配置并启动服务的类
        ├── buffer 缓冲相关类,对NIO Buffer做了一些封装
        ├── channel 核心部分,处理连接
        ├── container 连接其他容器的代码
        ├── example 使用示例
        ├── handler 基于handler的扩展部分,实现协议编解码等附加功能
        ├── logging 日志
        └── util 工具类

除了之前说到的事件驱动机制之外,Netty的核心功能还包括两部分:

  • Zero–Capable Rich Byte Buffer 零拷贝的Buffer。为什么叫零拷贝?因为在数据传输时,最终处理的数据会需要对单个传输层的报文,进行组合或者拆分。NIO原生的ByteBuffer无法做到这件事,而Netty通过提供Composite(组合)和Slice(切分)两种Buffer来实现零拷贝。这部分代码在org.jboss.netty.buffer包中。
    这里需要额外注意,不要和操作系统级别的Zero-混淆了, 操作系统中的零拷贝主要是用户空间和内核空间之间的数据拷贝, NIO中通过DirectBuffer做了实现.
  • Universal Communication API 统一的通讯API。这个是针对Java的Old I/O和New I/O,使用了不同的API而言。Netty则提供了统一的API(org.jboss.netty.channel.Channel)来封装这两种I/O模型。这部分代码在org.jboss.netty.channel包中。

此外,Protocol Support功能通过handler机制实现。

原文创作:ML李嘉图

原文链接:https://www.cnblogs.com/zwtblog/p/15333654.html

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