问题引出
- 讲讲Netty的特点？
- BIO、NIO和AIO的区别？
- NIO的组成是什么？
- Netty的线程模型
- 服务的socket在哪里初始化？
- 默认情况下，Netty服务端起多少线程？何时启动？
- Netty是如何解决jdk空轮训bug的？
- Netty如何保证异步串行无锁化
- Netty在哪里检测有新连接接入的？
- 新连接是怎样注册到NioEventLoop线程的？
- Netty 的零拷贝实现？
- TCP 粘包/拆包的原因及解决方法？
- 了解哪几种序列化协议？如何选择序列化协议？
- Netty 的高性能表现在哪些方面？
- NIOEventLoopGroup源码？
问题探究
问题：Netty的特点
一个高性能、异步事件驱动的 NIO 框架，它提供了对 TCP、UDP 和文件传输的支持使用更高效的 socket 底层，对 epoll 空轮询引起的 cpu 占用飙升在内部进行了处理，避免了直接使用 NIO 的陷阱，简化了 NIO 的处理方式。
采用多种 decoder/encoder 支持，对 TCP 粘包/分包进行自动化处理可使用接受/处理线程池，提高连接效率，对重连、心跳检测的简单支持可配置 IO 线程数、TCP 参数， TCP 接收和发送缓冲区使用直接内存代替堆内存，通过内存池的方式循环利用 ByteBuf通过引用计数器及时申请释放不再引用的对象，降低了 GC 频率使用单线程串行化的方式，高效的 Reactor 线程模型大量使用了 volitale、使用了 CAS 和原子类、线程安全类的使用、读写锁的使用。
问题：BIO、NIO和AIO的区别？
BIO：一个连接一个线程，客户端有连接请求时服务器端就需要启动一个线程进行处理。线程开销大。
伪异步 IO：将请求连接放入线程池，一对多，但线程还是很宝贵的资源。
NIO：一个请求一个线程，但客户端发送的连接请求都会注册到多路复用器上，多路复用器轮询到连接有 I/O 请求时才启动一个线程进行处理。
AIO：一个有效请求一个线程，客户端的 I/O 请求都是由 OS 先完成了再通知服务器应用去启动线程进行处理。
BIO 是面向流的，NIO 是面向缓冲区的；BIO 的各种流是阻塞的。而 NIO 是非阻塞的；BIO的 Stream 是单向的，而 NIO 的 channel 是双向的。
NIO 的特点：事件驱动模型、单线程处理多任务、非阻塞 I/O，I/O 读写不再阻塞，而是返回 0、基于 block 的传输比基于流的传输更高效、更高级的 IO 函数 zero-copy、IO 多路复用大大提高了 Java 网络应用的可伸缩性和实用性。基于 Reactor 线程模型。
在 Reactor 模式中，事件分发器等待某个事件或者可应用或个操作的状态发生，事件分发器就把这个事件传给事先注册的事件处理函数或者回调函数，由后者来做实际的读写操作。如在 Reactor 中实现读：注册读就绪事件和相应的事件处理器、事件分发器等待事件、事件到来，激活分发器，分发器调用事件对应的处理器、事件处理器完成实际的读操作，处理读到的数据，注册新的事件，然后返还控制权。
问题：NIO的组成是什么？
Buffer：与 Channel 进行交互，数据是从 Channel 读入缓冲区，从缓冲区写入 Channel 中的
flip 方法 ： 反转此缓冲区，将 position 给 limit，然后将 position 置为 0，其实就是切换读写模式
clear 方法 ：清除此缓冲区，将 position 置为 0，把 capacity 的值给 limit。
rewind 方法 ： 重绕此缓冲区，将 position 置为 0
DirectByteBuffer ：可减少一次系统空间到用户空间的拷贝。但 Buffer 创建和销毁的成本更高，不可控，通常会用内存池来提高性能。直接缓冲区主要分配给那些易受基础系统的本机 I/O 操作影响的大型、持久的缓冲区。如果数据量比较小的中小应用情况下，可以考虑使用 heapBuffer，由 JVM 进行管理。
Channel：表示 IO 源与目标打开的连接，是双向的，但不能直接访问数据，只能与 Buffer进行交互。通过源码可知，FileChannel 的 read 方法和 write 方法都导致数据复制了两次！
Selector：可使一个单独的线程管理多个 Channel，open 方法可创建 Selector，register 方法向多路复用器器注册通道，可以监听的事件类型：读、写、连接、accept。注册事件后会产生一个SelectionKey：它表示 SelectableChannel 和 Selector 之间的注册关系，wakeup 方法：使尚未返回的第一个选择操作立即返回，唤醒的原因是：注册了新的 channel 或者事件；channel 关闭，取消注册；优先级更高的事件触发（如定时器事件），希望及时处理。
Selector 在 Linux 的实现类是 EPollSelectorImpl，委托给 EPollArrayWrapper 实现，其中三个native 方法是对 epoll 的封装，而 EPollSelectorImpl. implRegister 方法，通过调用 epoll_ctl向 epoll 实例中注册事件，还将注册的文件描述符(fd)与 SelectionKey 的对应关系添加到fdToKey 中，这个 map 维护了文件描述符与 SelectionKey 的映射。
fdToKey 有时会变得非常大，因为注册到 Selector 上的 Channel 非常多（百万连接）；过期或失效的 Channel 没有及时关闭。fdToKey 总是串行读取的，而读取是在 select 方法中进行的，该方法是非线程安全的。
Pipe：两个线程之间的单向数据连接，数据会被写到 sink 通道，从 source 通道读取
NIO 的服务端建立过程：Selector.open()：打开一个 Selector； ServerSocketChannel.open()：
创建服务端的 Channel； bind()：绑定到某个端口上。并配置非阻塞模式； register()：注册Channel 和关注的事件到 Selector 上； select()：轮询拿到已经就绪的事件
问题：netty的线程模型
Netty通过Reactor模型基于多路复用器接收并处理用户请求，内部实现了两个线程池，boss线程池和work线程池，其中boss线程池的线程负责处理请求的accept事件，当接收到accept事件的请求时，把对应的socket封装到一个NioSocketChannel中，并交给work线程池，其中work线程池负责请求的read和write事件，由对应的Handler处理。
单线程模型：所有I/O操作都由一个线程完成，即多路复用、事件分发和处理都是在一个Reactor线程上完成的。既要接收客户端的连接请求,向服务端发起连接，又要发送/读取请求或应答/响应消息。一个NIO 线程同时处理成百上千的链路，性能上无法支撑，速度慢，若线程进入死循环，整个程序不可用，对于高负载、大并发的应用场景不合适。
多线程模型：有一个NIO 线程（Acceptor） 只负责监听服务端，接收客户端的TCP 连接请求；NIO 线程池负责网络IO 的操作，即消息的读取、解码、编码和发送；1 个NIO 线程可以同时处理N 条链路，但是1 个链路只对应1 个NIO 线程，这是为了防止发生并发操作问题。但在并发百万客户端连接或需要安全认证时，一个Acceptor 线程可能会存在性能不足问题。
主从多线程模型：Acceptor 线程用于绑定监听端口，接收客户端连接，将SocketChannel 从主线程池的Reactor 线程的多路复用器上移除，重新注册到Sub 线程池的线程上，用于处理I/O 的读写等操作，从而保证mainReactor只负责接入认证、握手等操作；
问题：默认情况下，Netty服务端起多少线程？何时启动？
netty默认启动cpu核数*2的线程
即Runtime.getRuntime().availableProcessors()*2]线程,调用execute()方法判断当前是否在本线程,如果是在本线程说明线程已经启动,如果是在外部线程调用execute()方法,首先调用startThread()方法判断当前线程是否启动,未启动就启动此线程
问题：Netty是如何解决jdk空轮训bug的？
判断阻塞select操作是否阻塞timeoutMillis时间,未阻塞timeoutMillis时间表示可能触发JDK空轮询;判断触发JDK空轮询的次数是否超过阈值(默认512),超过阈值调用rebuildSelector()方法重建Selector把之前的Selector上面所有的Key重新移到新的Selector避免JDK空轮询的Bug
参考
jdk1.6空轮询Bug的原因及解决方法
JDK Epoll空轮询bug
问题：Netty如何保证异步串行无锁化
外部线程调用EventLoop或者Channel方法通过inEventLoop()方法判断得出是外部线程,所有操作封装成Task丢到普通任务队列MpscQueue,异步执行普通任务队列MpscQueue待执行任务
问题：Netty在哪里检测有新连接接入的？
boss线程的第一个过程轮训处Accept事件，然后boss线程第二个过程通过jdk底层的channel的accept方法创建该连接。
参考
http://www.mamicode.com/info-detail-2384274.html
问题：新连接是怎样注册到NioEventLoop线程的？
新连接NioEventLoop的分配和selector注册可以回答。boss线程调用chooser的next方法，拿到一个NioEventLoop，然后将这条连接注册到NioEventLoop的selector上面。
参考
http://www.mamicode.com/info-detail-2384274.html
问题：Netty零拷贝的实现
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。堆内存多了一次内存拷贝，JVM 会将堆内存Buffer 拷贝一份到直接内存中，然后才写入 Socket 中。ByteBuffer 由 ChannelConfig 分配，而 ChannelConfig 创建 ByteBufAllocator 默认使用 Direct Buffer
CompositeByteBuf 类可以将多个 ByteBuf 合并为一个逻辑上的 ByteBuf, 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。addComponents 方法将header与 body 合并为一个逻辑上的 ByteBuf, 这两个 ByteBuf 在 CompositeByteBuf 内部都是单独存在的, CompositeByteBuf 只是逻辑上是一个整体。
通过 FileRegion 包装的 FileChannel.tranferTo 方法 实现文件传输, 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。
通过 wrap 方法, 我们可以将 byte[] 数组、ByteBuf、ByteBuffer 等包装成一个 NettyByteBuf 对象, 进而避免了拷贝操作。
Selector BUG：若 Selector 的轮询结果为空，也没有 wakeup 或新消息处理，则发生空轮询，CPU 使用率 100%，
Netty 的解决办法：对 Selector 的 select 操作周期进行统计，每完成一次空的 select 操作进行一次计数，若在某个周期内连续发生 N 次空轮询，则触发了 epoll 死循环 bug。重建Selector，判断是否是其他线程发起的重建请求，若不是则将原 SocketChannel 从旧的Selector 上去除注册，重新注册到新的 Selector 上，并将原来的 Selector 关闭。
问题：TCP 粘包/拆包的原因及解决方法？
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TCP 是以流的方式来处理数据，一个完整的包可能会被 TCP 拆分成多个包进行发送，也可能把小的封装成一个大的数据包发送。
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TCP 粘包/分包的原因：
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应用程序写入的字节大小大于套接字发送缓冲区的大小，会发生拆包现象，而应用程序写入数据小于套接字缓冲区大小，网卡将应用多次写入的数据发送到网络上，这将会发生粘包现象；
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进行 MSS 大小的 TCP 分段，当 TCP 报文长度-TCP 头部长度>MSS 的时候将发生拆包以太网帧的 payload（净荷）大于 MTU（1500 字节）进行 ip 分片。
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解决方法
- 消息定长：FixedLengthFrameDecoder 类
- 包尾增加特殊字符分割：行分隔符类：LineBasedFrameDecoder 或自定义分隔符类：DelimiterBasedFrameDecoder
- 将消息分为消息头和消息体：LengthFieldBasedFrameDecoder 类。分为有头部的拆包与粘包、长度字段在前且有头部的拆包与粘包、多扩展头部的拆包与粘包。
问题：了解哪几种序列化协议？如何选择序列化协议？
XML、JSON、Fastjson、Thrift、Avro、Protobuf
参考
https://www.cnblogs.com/houqx/p/10566396.html
问题：Netty 的高性能表现在哪些方面？
心跳，对服务端：会定时清除闲置会话 inactive(netty5)，对客户端:用来检测会话是否断开，是否重来，检测网络延迟，其中 idleStateHandler 类 用来检测会话状态
串行无锁化设计，即消息的处理尽可能在同一个线程内完成，期间不进行线程切换，这样就避免了多线程竞争和同步锁。表面上看，串行化设计似乎 CPU 利用率不高，并发程度不够。但是，通过调整 NIO 线程池的线程参数，可以同时启动多个串行化的线程并行运行，这种局部无锁化的串行线程设计相比一个队列-多个工作线程模型性能更优。
可靠性，链路有效性检测：链路空闲检测机制，读/写空闲超时机制；内存保护机制：通过内存池重用 ByteBuf;ByteBuf 的解码保护；优雅停机：不再接收新消息、退出前的预处理操作、资源的释放操作。
Netty 安全性：支持的安全协议：SSL V2 和 V3，TLS，SSL 单向认证、双向认证和第三方 CA证。
高效并发编程的体现：volatile 的大量、正确使用；CAS 和原子类的广泛使用；线程安全容器的使用；通过读写锁提升并发性能。IO 通信性能三原则：传输（AIO）、协议（Http）、线程（主从多线程）
流量整型的作用（变压器）：防止由于上下游网元性能不均衡导致下游网元被压垮，业务流中断；防止由于通信模块接受消息过快，后端业务线程处理不及时导致撑死问题。
TCP 参数配置：SO_RCVBUF 和 SO_SNDBUF：通常建议值为 128K 或者 256K；
SO_TCPNODELAY：NAGLE 算法通过将缓冲区内的小封包自动相连，组成较大的封包，阻止大量小封包的发送阻塞网络，从而提高网络应用效率。但是对于时延敏感的应用场景需要关闭该优化算法；
问题：NIOEventLoopGroup源码？
NioEventLoopGroup(其实是MultithreadEventExecutorGroup) 内部维护一个类型为 EventExecutor children [], 默认大小是处理器核数 * 2, 这样就构成了一个线程池，初始化EventExecutor时NioEventLoopGroup重载newChild方法，所以children元素的实际类型为NioEventLoop。
线程启动时调用SingleThreadEventExecutor的构造方法，执行NioEventLoop类的run方法，首先会调用hasTasks()方法判断当前taskQueue是否有元素。如果taskQueue中有元素，执行 selectNow() 方法，最终执行selector.selectNow()，该方法会立即返回。如果taskQueue没有元素，执行 select(oldWakenUp) 方法
select ( oldWakenUp) 方法解决了 Nio 中的 bug，selectCnt 用来记录selector.select方法的执行次数和标识是否执行过selector.selectNow()，若触发了epoll的空轮询bug，则会反复执行selector.select(timeoutMillis)，变量selectCnt 会逐渐变大，当selectCnt 达到阈值（默认512），则执行rebuildSelector方法，进行selector重建，解决cpu占用100%的bug。
rebuildSelector方法先通过openSelector方法创建一个新的selector。然后将old selector的selectionKey执行cancel。最后将old selector的channel重新注册到新的selector中。rebuild后，需要重新执行方法selectNow，检查是否有已ready的selectionKey。
接下来调用processSelectedKeys 方法（处理I/O任务），当selectedKeys != null时，调用processSelectedKeysOptimized方法，迭代 selectedKeys 获取就绪的 IO 事件的selectkey存放在数组selectedKeys中, 然后为每个事件都调用 processSelectedKey 来处理它，processSelectedKey 中分别处理OP_READ；OP_WRITE；OP_CONNECT事件。
最后调用runAllTasks方法（非IO任务），该方法首先会调用fetchFromScheduledTaskQueue方法，把scheduledTaskQueue中已经超过延迟执行时间的任务移到taskQueue中等待被执行，然后依次从taskQueue中取任务执行，每执行64个任务，进行耗时检查，如果已执行时间超过预先设定的执行时间，则停止执行非IO任务，避免非IO任务太多，影响IO任务的执行。
每个NioEventLoop对应一个线程和一个Selector，NioServerSocketChannel会主动注册到某一个NioEventLoop的Selector上，NioEventLoop负责事件轮询。
Outbound 事件都是请求事件, 发起者是 Channel，处理者是 unsafe，通过 Outbound 事件进行通知，传播方向是 tail到head。Inbound 事件发起者是 unsafe，事件的处理者是 Channel, 是通知事件，传播方向是从头到尾。
内存管理机制，首先会预申请一大块内存Arena，Arena由许多Chunk组成，而每个Chunk默认由2048个page组成。Chunk通过AVL树的形式组织Page，每个叶子节点表示一个Page，而中间节点表示内存区域，节点自己记录它在整个Arena中的偏移地址。当区域被分配出去后，中间节点上的标记位会被标记，这样就表示这个中间节点以下的所有节点都已被分配了。大于8k的内存分配在poolChunkList中，而PoolSubpage用于分配小于8k的内存，它会把一个page分割成多段，进行内存分配。
ByteBuf的特点：支持自动扩容（4M），保证put方法不会抛出异常、通过内置的复合缓冲类型，实现零拷贝（zero-copy）；不需要调用flip()来切换读/写模式，读取和写入索引分开；方法链；引用计数基于AtomicIntegerFieldUpdater用于内存回收；PooledByteBuf采用二叉树来实现一个内存池，集中管理内存的分配和释放，不用每次使用都新建一个缓冲区对象。UnpooledHeapByteBuf每次都会新建一个缓冲区对象。
参考
netty常见知识点
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Netty面试
Netty必学知识点 netty基础知识点总结