《Netty实战》总结

前言

我们都知道Netty是一款用于创建高性能网络应用程序的高级框架，但是实际工作中真正地去直接使用Netty的场景好像不多(反正我没有)。其实Netty无处不在，很多中间件底层通信框架用的都是Netty，dubbo、rocketMQ、Elasticsearch等常用的框架和中间件其实都用到了Netty。最近在读《Netty实战》这本书，做一个知识点的简要概括吧，省略了一些章节(比如Netty用于单元测试等)。

异步和事件驱动

bio线程模型：

nio线程模型：

Netty 的核心组件

• Channel
• 回调
• Future
• 事件和 ChannelHandler
  

Netty的组件和设计

Netty网络抽象的代表

• Channel— Socket

1. EmbeddedChannel
2. LocalServerChannel
3. NioDatagramChannel
4. NioSctpChannel
5. NioSocketChannel

• EventLoop— 控制流、多线程处理、并发
  
• ChannelFuture— 异步通知

ChannelHandler 和 ChannelPipeline

• 应用程序的业务逻辑通常驻留在一个或者多个 ChannelInboundHandler 中
• ChannelPipeline 提供了 ChannelHandler 链的容器
  
• 在Netty中，有两种发送消息的方式。你可以直接写到Channel中，也可以写到和ChannelHandler 相关联的 ChannelHandlerContext 对象中。前一种方式将会导致消息从 ChannelPipeline 的尾端开始流动，而后者将导致消息从 ChannelPipeline 中的下一个 ChannelHandler 开始流动。
• channelHandler的应用：编码器和解码器
• 服务端EventLoopGroup
  

传输

分类

1. OIO——阻塞传输
2. NIO——异步传输
3. Local——JVM 内部的异步通信
4. Embedded——测试你的ChannelHandler

channel

• 每个 Channel 都将会被分配一个 ChannelPipeline 和 ChannelConfig。 ChannelConfig 包含了该 Channel 的所有配置设置，并且支持热更新。
• Netty 的 Channel 实现是线程安全的。
• NIO处理channel状态
  
• 关注linux的epoll实现
• 应用程序最佳传输实现
  

数据容器ByteBuf

优点

1. 可以被用户自定义的缓冲区类型扩展
2. 通过内置的复合缓冲区类型实现了透明的零拷贝
3. 容量可以按需增长(类似于 JDK 的 StringBuilder)
4. 在读和写这两种模式之间切换不需要调用 ByteBuffer 的 flip()方法
5. 读和写使用了不同的索引
6. 支持方法的链式调用
7. 支持引用计数
8. 支持池化

ByteBuf使用模式

1. 堆缓冲区，支撑数组
2. 直接缓冲区
3. 复合缓冲区

字节级操作

1. 丢弃字节：discardReadBytes()
   
2. 索引复位：clear()
   
3. 切片：slice()；副本：copy()

重要的类

1. ByteBufHolder，持有ByteBuf引用，可以存储额外信息
2. ByteBufAllocator，获取池化ByteBuf，可以从Channel或者ChannelHandlerContext获取ByteBufAllocator的引用
3. Unpooled，获取未池化ByteBuf
4. ByteBufUtil，工具类

引用计数

ReferenceCounted接口

ChannelHandler和ChannelPipeline

• 当某个 ChannelInboundHandler 的实现重写 channelRead()方法时，它将负责显式地 释放与池化的 ByteBuf 实例相关的内存。Netty 为此提供了一个实用方法 ReferenceCount- Util.release()

public class DiscardHandler extends ChannelInboundHandlerAdapter {
    @Override
    public void channelRead(ChannelHandlerContext ctx, Object msg) {
        ReferenceCountUtil.release(msg); 
    }
}

资源管理

1. 每当通过调用 ChannelInboundHandler.channelRead()或者 ChannelOutboundHandler.write()方法来处理数据时，都需要确保没有任何的资源泄漏。除非调用了ChannelHandlerContext.fireChannelRead()交给下一个处理器处理。
2. ChannelOutboundHandler.write()不仅要释放资源，还要通知ChannelPromise。否则可能会出现 ChannelFutureListener 收不到某个消息已经被处理了的通知的情况。
3. 资源泄露检测类——ResourceLeakDetector
   利用了JDK的虚引用，配置参数java -Dio.netty.leakDetectionLevel=ADVANCED
   

ChannelPipeline接口

1. 每一个新创建的 Channel 都将会被分配一个新的 ChannelPipeline。这项关联是永久性的; Channel 既不能附加另外一个 ChannelPipeline，也不能分离其当前的。在 Netty 组件 的生命周期中，这是一项固定的操作，不需要开发人员的任何干预。
2. ChannelInboundHandler从头部开始处理，ChannelOutboundHandler从尾部开始处理

ChannelHandlerContext接口

1. ChannelHandlerContext 有很多的方法，其中一些方法也存在于 Channel 和 Channel- Pipeline 本身上，但是有一点重要的不同。如果调用 Channel 或者 ChannelPipeline 上的这 些方法，它们将沿着整个 ChannelPipeline 进行传播。而调用位于 ChannelHandlerContext 上的相同方法，则将从当前所关联的 ChannelHandler 开始，并且只会传播给位于该 ChannelPipeline 中的下一个能够处理该事件的 ChannelHandler。
2. 重要组件之间的关系
   
3. 事件传播
   
   

异常处理

• 通过调用 ChannelPromise 上的 setSuccess()和 setFailure()方法，可以使一个操作的状态在 ChannelHandler 的方法返回给其调用者时便即刻被感知到

EventLoop和线程模型

类层次结构

EventLoop实现细节

1. 执行逻辑
   
2. 分配方式
   
   

引导

Bootstrap——客户端或无连接协议

• Bootstrap 类负责为客户端和使用无连接协议的应用程序创建 Channel
  

ServerBootstrap——服务端

• ServerChannel 的实现负责创建子 Channel，这些子 Channel 代表了已被接受的连接
  

DatagramChannel——无连接

Bootstrap bootstrap = new Bootstrap();
bootstrap.group(new OioEventLoopGroup()).channel(
OioDatagramChannel.class).handler(new SimpleChannelInboundHandler<DatagramPacket>(){
    @Override
    public void channelRead0(ChannelHandlerContext ctx, DatagramPacket msg) throws Exception {
        // Do something with the packet
    }
);}
ChannelFuture future = bootstrap.bind(new InetSocketAddress(0));
future.addListener(new ChannelFutureListener() {
    @Override
    public void operationComplete(ChannelFuture channelFuture) throws Exception {
        if (channelFuture.isSuccess()) {
            System.out.println("Channel bound");
        } else {
            System.err.println("Bind attempt failed");
            channelFuture.cause().printStackTrace(); 
        }
}); 

关闭

• EventLoopGroup.shutdownGracefully()

1. 它将处理任何挂起的事件和任务，并且随后释放所有活动的线程

编解码器

编码器操作出站数据，而解码器处理入站数据。编解码器中的引用计数是会自动处理的，ReferenceCountUtil.release(message)

解码器

1. ByteToMessageDecoder
2. ReplayingDecoder
3. MessageToMessageDecoder
4. TooLongFrameException 防止解码器缓冲的数据耗尽内存

编码器

1. MessageToByteEncoder
2. MessageToMessageEncoder

编解码器

1. ByteToMessageCodec
2. MessageToMessageCodec
3. CombinedChannelDuplexHandler

预置的 ChannelHandler 和编解码器

SslHandler

在大多数情况下，SslHandler将是ChannelPipeline中的第一个ChannelHandler。 这确保了只有在所有其他的 ChannelHandler 将它们的逻辑应用到数据之后，才会进行加密。

HTTP 解码器、编码器和编解码器

1. HttpRequestEncoder
2. HttpResponseEncoder
3. HttpRequestDecoder
4. HttpResponseDecoder
5. HttpObjectAggregator——聚合 HTTP 消息
6. HttpContentCompressor && HttpContentDecompressor——HTTP 压缩和解压
   

WebSocketProtocolHandler

空闲的连接和超时

1. IdleStateHandler——可以用来实现心跳
2. ReadTimeoutHandler
3. WriteTimeoutHandler

基于分隔符的协议

1. DelimiterBasedFrameDecoder
2. LineBasedFrameDecoder——比DelimiterBasedFrameDecoder效率高

基于长度的协议

LineBasedFrameDecoder

1. FixedLengthFrameDecoder
2. LengthFieldBasedFrameDecoder

写大型数据

1. FileRegion

• 通过支持零拷贝的文件传输的 Channel 来发送的文件区域
• 只适用于文件内容的直接传输，不包括应用程序对数据的任何处理

1. ChunkedWriteHandler

• 支持将数据从文件系统复制到用户内存中
• 支持异步写大型数据流，而又不会导致大量的内存消耗

序列化数据

1. JBoss Marshalling
2. Protocol Buffers

扩展——研究Netty中碰到的思考

1. netty解决的epoll空轮询
2. FastThreadLocal实现原理
3. EventLoopGroup分配EventLoop的实现细节

类似于轮询，用原子变量来实现索引递增，做了一个优化，如果总数是2的倍数，会通过位移来计算余数

1. ChannelProgressivePromise实时获取传输进度怎么实现
2. 流量整形 ChannelTrafficShapingHandler 和 GlobalTrafficShapingHandler
3. 链路空闲检测 IdleStateHandler

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