高性能框架Netty介绍

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Netty 原理

Netty 是一个高性能、异步事件驱动的 NIO 框架,基于 JAVA NIO 提供的 API 实现。它提供了对
TCP、UDP 和文件传输的支持,作为一个异步 NIO 框架,Netty 的所有 IO 操作都是异步非阻塞
的,通过 Future-Listener 机制,用户可以方便的主动获取或者通过通知机制获得 IO 操作结果。

Netty 高性能

在 IO 编程过程中,当需要同时处理多个客户端接入请求时,可以利用多线程或者 IO 多路复用技术
进行处理。IO 多路复用技术通过把多个 IO 的阻塞复用到同一个 select 的阻塞上,从而使得系统在
单线程的情况下可以同时处理多个客户端请求。与传统的多线程/多进程模型比,I/O 多路复用的
最大优势是系统开销小,系统不需要创建新的额外进程或者线程,也不需要维护这些进程和线程
的运行,降低了系统的维护工作量,节省了系统资源。
与 Socket 类和 ServerSocket 类相对应,NIO 也提供了 SocketChannel 和 ServerSocketChannel
两种不同的套接字通道实现
多路复用通讯方式
Netty 架构按照 Reactor 模式设计和实现,它的服务端通信序列图如下:
在这里插入图片描述
异步通讯 NIO
由于 Netty 采用了异步通信模式,一个 IO 线程可以并发处理 N 个客户端连接和读写操作,这从根
本上解决了传统同步阻塞 IO 一连接一线程模型,架构的性能、弹性伸缩能力和可靠性都得到了极
大的提升。
零拷贝(DIRECT BUFFERS 使用堆外直接内存)

  1. Netty 的接收和发送 ByteBuffer 采用 DIRECT BUFFERS,使用堆外直接内存进行 Socket 读写,
    不需要进行字节缓冲区的二次拷贝。如果使用传统的堆内存(HEAP BUFFERS)进行 Socket 读写,
    JVM 会将堆内存 Buffer 拷贝一份到直接内存中,然后才写入 Socket 中。相比于堆外直接内存,
    消息在发送过程中多了一次缓冲区的内存拷贝。
  2. Netty 提供了组合 Buffer 对象,可以聚合多个 ByteBuffer 对象,用户可以像操作一个 Buffer 那样
    方便的对组合 Buffer 进行操作,避免了传统通过内存拷贝的方式将几个小 Buffer 合并成一个大的
    Buffer。
  3. Netty的文件传输采用了transferTo方法,它可以直接将文件缓冲区的数据发送到目标Channel,
    避免了传统通过循环 write 方式导致的内存拷贝问题

内存池(基于内存池的缓冲区重用机制)

随着 JVM 虚拟机和 JIT 即时编译技术的发展,对象的分配和回收是个非常轻量级的工作。但是对于缓
冲区 Buffer,情况却稍有不同,特别是对于堆外直接内存的分配和回收,是一件耗时的操作。为了尽
量重用缓冲区,Netty 提供了基于内存池的缓冲区重用机制。

高效的 Reactor 线程模型
常用的 Reactor 线程模型有三种,Reactor 单线程模型, Reactor 多线程模型, 主从 Reactor 多线程模
型。
Reactor 单线程模型
Reactor 单线程模型,指的是所有的 IO 操作都在同一个 NIO 线程上面完成,NIO 线程的职责如下:

  1. 作为 NIO 服务端,接收客户端的 TCP 连接;
  2. 作为 NIO 客户端,向服务端发起 TCP 连接;
  3. 读取通信对端的请求或者应答消息;
  4. 向通信对端发送消息请求或者应答消息。
    在这里插入图片描述
    由于 Reactor 模式使用的是异步非阻塞 IO,所有的 IO 操作都不会导致阻塞,理论上一个线程可以独
    立处理所有 IO 相关的操作。从架构层面看,一个 NIO 线程确实可以完成其承担的职责。例如,通过
    Acceptor 接收客户端的 TCP 连接请求消息,链路建立成功之后,通过 Dispatch 将对应的 ByteBuffer
    派发到指定的 Handler 上进行消息解码。用户 Handler 可以通过 NIO 线程将消息发送给客户端。

Reactor 多线程模型
Rector 多线程模型与单线程模型最大的区别就是有一组 NIO 线程处理 IO 操作。 有专门一个
NIO 线程-Acceptor 线程用于监听服务端,接收客户端的 TCP 连接请求; 网络 IO 操作-读、写
等由一个 NIO 线程池负责,线程池可以采用标准的 JDK 线程池实现,它包含一个任务队列和 N
个可用的线程,由这些 NIO 线程负责消息的读取、解码、编码和发送;
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