01.Netty概述

Leefs 2022-06-06 PM 878℃ 0条

[TOC]

### 一、Netty简介

Netty是由JBOSS提供的一个java开源框架，现为 Github上的独立项目。Netty提供异步的、事件驱动的网络应用程序框架和工具，用以快速开发高性能、高可靠性的网络服务器和客户端程序。

也就是说，Netty 是一个基于NIO的客户、服务器端的编程框架，使用Netty 可以确保快速和简单的开发出一个网络应用，例如实现了某种协议的客户、服务端应用。Netty相当于简化和流线化了网络应用的编程开发过程，例如：基于TCP和UDP的socket服务开发。

“快速”和“简单”并不用产生维护性或性能上的问题。Netty 是一个吸收了多种协议（包括FTP、SMTP、HTTP等各种二进制文本协议）的实现经验，并经过相当精心设计的项目。最终，Netty 成功的找到了一种方式，在保证易于开发的同时还保证了其应用的性能，稳定性和伸缩性。

### 二、优缺点

#### NIO缺点

- NIO的类库和API繁杂，使用麻烦，需要熟练掌握Selector、ServerSocketChannel、SocketChannel、ByteBuffer等，这就像我们会使用Hibernate、MyBatis这些ORM框架而不会直接使用Connection、Statement一样；
- 需要其他额外技能作为铺垫，必须对多线程和网络编程非常熟悉才能写出高质量的NIO程序；
- 可靠性能力补齐，工作量和难度都非常大，例如客户端面临断线重连、网络闪断、半包读写、失败缓存、网络拥塞、异常码流等问题的处理；
- JDK NIO的BUG，例如著名的epoll bug，该问题会导致Selector空轮训，最终导致CPU 100%。

也正是因为有种种缺点，因此不建议使用原生的NIO而是建议使用一些比较成熟的NIO框架例如Netty、Mina。

#### netty优点

- API使用简单、开发门槛低
- 功能强大，预置了多种编码解码功能，支持多种主流协议
- 定制能力强，可以通过ChannelHandler对通信框架进行灵活扩展
- 性能高，与业界其他主流NIO框架对比，Netty性能最优
- 成熟、稳定，Netty修复了已经发现的所有JDK NIO的BUG，业务开发人员不需要再为NIO的BUG而烦恼
- 社区活跃、版本迭代周期短，发现的BUG可以被及时修复，同时，更多的新功能会被加入
- 经历了大规模的商业应用考验，质量得到验证

正因为这些优点，Netty逐渐成为了Java NIO变成的首选框架。

### 三、Netty的地位

Netty 在 Java 网络应用框架中的地位就好比：Spring 框架在 JavaEE 开发中的地位

以下的框架都使用了 Netty，因为它们有网络通信需求！

* Cassandra - nosql 数据库
* Spark - 大数据分布式计算框架
* Hadoop - 大数据分布式存储框架
* RocketMQ - ali 开源的消息队列
* ElasticSearch - 搜索引擎
* gRPC - rpc 框架
* Dubbo - rpc 框架
* Spring 5.x - flux api 完全抛弃了 tomcat ，使用 netty 作为服务器端
* Zookeeper - 分布式协调框架

### 四、Netty架构

#### 4.1 Netty功能架构

+ 官网图片

![01.Netty概述01.png](https://lilinchao.com/usr/uploads/2022/06/4268773190.png)

+ **中文版**

![01.Netty概述03.jpg](https://lilinchao.com/usr/uploads/2022/06/3023142680.jpg)

**说明**

+ **Transport Service服务传输层**：Netty提供了底层网络通讯的能力，它抽象了底层网络TCP、UDP等协议的网络通信，使得开发者将更多的精力专注于业务。也正是因为这一层的封装，使得NIO/BIO之间能够无缝切换。
+ **Protocol Support协议层**：Netty几乎实现了市面上的大部分主流协议、包括HTTP、SSL、Protobuf、压缩、大文件传输、WebSocket、文本、二进制等主流协议, 而且Netty支持自定义扩展协议。Netty丰富的协议使得用户的开发成本大大降低，使用内置的协议可以很轻松的开发一个类似于Tomcat的Http服务器。
+ **Core核心层**：是Netty的最主要的实现，后续的所有扩展都建立在Core之上，他提供了事件的可扩展模型、网络通讯编程的通用API、数据零拷贝和数据载体的封装和复用

#### 4.2 Netty逻辑架构

Netty 采用了典型的三层网络架构进行设计和开发，其逻辑架构图如下所示。

![01.Netty概述02.png](https://lilinchao.com/usr/uploads/2022/06/1016307788.png)

+ **通信调度层 Reactor**

它由一系列辅助类完成，包括 Reactor 线程 NioEventLoop 及其父类，`NioSocketChannel / NioServerSocketChannel` 及其父类，Buffer 组件，Unsafe 组件等。

该层的主要职责就是**监听网络的读写和连接操作**，负责**将网络层的数据读取到内存缓冲区**，然后触发各种网络事件，例如连接创建、连接激活、读事件、写事件等，将这些事件触发到 PipeLine 中，由 PipeLine 管理的责任链来进行后续的处理。

+ **责任链层Pipeline**

它负责上述的各种网络事件在责任链中的有序传播，同时负责动态地编排责任链。

责任链可以选择监听和处理自己关心的事件，它可以拦截处理事件，以及向前向后传播事件。

不同应用的 Handler 节点 的功能也不同，通常情况下，往往会开发编解码 Hanlder 用于消息的编解码，可以将外部的协议消息转换成内部的 POJO 对象，这样上层业务则只需要关心处理业务逻辑即可，不需要感知底层的协议差异和线程模型差异，实现了架构层面的分层隔离。

+ **业务逻辑编排层 Service ChannelHandler**

业务逻辑编排层通常有两类：一类是纯粹的业务逻辑编排，还有一类是其他的应用层协议插件，用于特定协议相关的会话和链路管理。

例如，CMPP 协议，用于管理和中国移动短信系统的对接。

**总述**

架构的不同层面，需要关心和处理的对象都不同，通常情况下，对于业务开发者，只需要关心责任链的拦截和业务 Handler 的编排。因为应用层协议栈往往是开发一次，到处运行，所以实际上对于业务开发者来说，只需要关心服务层的业务逻辑开发即可。

各种应用协议以插件的形式提供，只有协议开发人员需要关注协议插件，对于其他业务开发人员来说，只需关心业务逻辑定制。

这种分层的架构设计理念实现了 NIO 框架各层之间的解耦，便于上层业务协议栈的开发和业务逻辑的定制。

正是由于 Netty 的分层架构设计非常合理，基于 Netty 的各种应用服务器和协议栈开发才能够如雨后春笋般得到快速发展。

### 五、Netty核心组件

#### 5.1 Bootstrap or ServerBootstrap

一个Netty应用通常由一个Bootstrap开始，它主要作用是配置整个Netty程序，串联起各个组件。

#### 5.2 Handler

为了支持各种协议和处理数据的方式，便诞生了Handler组件。Handler主要用来处理各种事件，这里的事件很广泛，比如可以是连接、数据接收、异常、数据转换等。

+ **ChannelInboundHandler**

一个最常用的Handler。这个Handler的作用就是处理接收到数据时的事件，也就是说，我们的业务逻辑一般就是写在这个Handler里面的，ChannelInboundHandler就是用来处理我们的核心业务逻辑。

#### 5.3 ChannelInitializer

当一个链接建立时，我们需要知道怎么来接收或者发送数据，当然，我们有各种各样的Handler实现来处理它，那么ChannelInitializer便是用来配置这些Handler，它会提供一个ChannelPipeline，并把Handler加入到ChannelPipeline。

#### 5.4 ChannelPipeline

一个Netty应用基于ChannelPipeline机制，这种机制需要依赖于EventLoop和EventLoopGroup，因为它们三个都和事件或者事件处理相关。

EventLoops的目的是为Channel处理IO操作，一个EventLoop可以为多个Channel服务。

EventLoopGroup会包含多个EventLoop。

#### 5.5 Channel

代表了一个Socket链接，或者其它和IO操作相关的组件，它和EventLoop一起用来参与IO处理。

#### 5.6 Future

在Netty中所有的IO操作都是异步的，因此，你不能立刻得知消息是否被正确处理，但是我们可以过一会等它执行完成或者直接注册一个监听，具体的实现就是通过Future和ChannelFutures,他们可以注册一个监听，当操作执行成功或失败时监听会自动触发。

总之，所有的操作都会返回一个ChannelFuture。

*附参考文章链接：*

*https://www.cnblogs.com/h--d/p/14891780.html*

*https://www.jianshu.com/p/1a6d1a25e6cc*

*https://www.mdnice.com/writing/628ddf7572454fc091a4058f6155ba7d*

标签: Netty

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