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Netty介紹
1.Netty簡介
Netty是由JBOSS提供的一個java開源框架。
Netty是一個高性能、異步事件驅動的NIO框架，它提供了對TCP、UDP和文件傳輸的支持。作為當前最流行的NIO框架，Netty在互聯網領域、大數據分佈式計算領域、遊戲行業、通信行業等獲得了廣泛的應用，一些業界著名的開源組件也基於Netty的NIO框架構建(文章尾有詳細介紹)。
2.Netty的特點
- 高併發
Netty是一款基於NIO（Nonblocking I/O，非阻塞IO）開發的網絡通信框架，對比於BIO（Blocking I/O，阻塞IO），他的併發性能得到了很大提高 。
- 傳輸快
Netty的傳輸快其實也是依賴了NIO的一個特性——零拷貝。
- 封裝好
Netty封裝了NIO操作的很多細節，提供易於使用的API。
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為什麼選擇Netty
JDK 原生也有一套網絡應用程序 API，但是存在一系列問題，主要如下：
1）NIO 的類庫和 API 繁雜，使用麻煩：你需要熟練掌握 Selector、ServerSocketChannel、SocketChannel、ByteBuffer 等。
2）需要具備其他的額外技能做鋪墊：例如熟悉 Java 多線程編程，因為 NIO 編程涉及到 Reactor 模式，你必須對多線程和網路編程非常熟悉，才能編寫出高質量的 NIO 程序。
3）可靠性能力補齊，開發工作量和難度都非常大：例如客戶端面臨斷連重連、網絡閃斷、半包讀寫、失敗緩存、網絡擁塞和異常碼流的處理等等。NIO 編程的特點是功能開發相對容易，但是可靠性能力補齊工作量和難度都非常大。
4）JDK NIO 的 Bug：例如臭名昭著的 Epoll Bug，它會導致 Selector 空輪詢，最終導致 CPU 100%。官方聲稱在 JDK 1.6 版本的 update 18 修復了該問題，但是直到 JDK 1.7 版本該問題仍舊存在，只不過該 Bug 發生概率降低了一些而已，它並沒有被根本解決。
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Netty框架的優勢
- API使用簡單，開發門檻低；
- 功能強大，預置了多種編解碼功能，支持多種主流協議；
- 定製能力強，可以通過ChannelHandler對通信框架進行靈活地擴展；
- 性能高，通過與其他業界主流的NIO框架對比，Netty的綜合性能最優；
- 成熟、穩定，Netty修復了已經發現的所有JDK NIO BUG，業務開發人員不需要再為NIO的BUG而煩惱；
- 社區活躍，版本迭代週期短，發現的BUG可以被及時修復，同時，更多的新功能會加入；
- 經歷了大規模的商業應用考驗，質量得到驗證。在互聯網、大數據、網絡遊戲、企業應用、電信軟件等眾多行業得到成功商用，證明了它已經完全能夠滿足不同行業的商業應用了。
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Netty的架構設計
總體結構
Netty 採用了比較典型的三層網絡架構進行設計，邏輯架構圖如下所示：
1）傳輸服務：支持 BIO 和 NIO；
2）容器集成：支持 OSGI、JBossMC、Spring、Guice 容器；
3）協議支持：HTTP、Protobuf、二進制、文本、WebSocket 等一系列常見協議都支持。還支持通過實行編碼解碼邏輯來實現自定義協議；
4）Core 核心：可擴展事件模型、通用通信 API、支持零拷貝的 ByteBuf 緩衝對象。
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Netty的高性能設計
1.高性能的三大要素
1) 傳輸：用什麼樣的通道將數據發送給對方，BIO、NIO或者AIO，IO模型在很大程度上決定了框架的性能。
2) 協議：採用什麼樣的通信協議，HTTP或者內部私有協議。協議的選擇不同，性能模型也不同。相比於公有協議，內部私有協議的性能通常可以被設計的更優。
3) 線程：數據報如何讀取？讀取之後的編解碼在哪個線程進行，編解碼後的消息如何派發，Reactor線程模型的不同，對性能的影響也非常大。
2.IO模型
Netty的I/O模型基於非阻塞I/O實現，底層依賴的是JDK NIO框架的Selector。
3.Reactor線程模型
關於Java NIO 構造Reator模式，Doug lea在《Scalable IO in Java》中給了很好的闡述，這裡截取PPT對Reator模式的實現進行說明。
1)Reactor單線程模型：Reactor單線程模型，指的是所有的I/O操作都在同一個NIO線程上面完成。對於一些小容量應用場景，可以使用單線程模型。
2)Reactor多線程模型：Rector多線程模型與單線程模型最大的區別就是有一組NIO線程處理I/O操作。主要用於高併發、大業務量場景。
3)主從Reactor多線程模型：主從Reactor線程模型的特點是服務端用於接收客戶端連接的不再是個1個單獨的NIO線程，而是一個獨立的NIO線程池。利用主從NIO線程模型，可以解決1個服務端監聽線程無法有效處理所有客戶端連接的性能不足問題。
4.Netty的線程模型
說完了Reactor的三種模型，那麼Netty是哪一種呢？其實Netty的線程模型是Reactor模型的變種，那就是去掉線程池的第三種形式的變種，這也是Netty NIO的默認模式。
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Netty的核心組件
Netty應用中必不可少的組件：
- Bootstrap or ServerBootstrap
- EventLoop
- EventLoopGroup
- ChannelPipeline
- Channel
- Future or ChannelFuture
- ChannelInitializer
- ChannelHandler
1.Bootstrap
一個Netty應用通常由一個Bootstrap開始，它主要作用是配置整個Netty程序，串聯起各個組件。
Handler，為了支持各種協議和處理數據的方式，便誕生了Handler組件。Handler主要用來處理各種事件，這裡的事件很廣泛，比如可以是連接、數據接收、異常、數據轉換等。
2.ChannelInboundHandler
一個最常用的Handler。這個Handler的作用就是處理接收到數據時的事件，也就是說，我們的業務邏輯一般就是寫在這個Handler裡面的，ChannelInboundHandler就是用來處理我們的核心業務邏輯。
3.ChannelInitializer
當一個鏈接建立時，我們需要知道怎麼來接收或者發送數據，當然，我們有各種各樣的Handler實現來處理它，那麼ChannelInitializer便是用來配置這些Handler，它會提供一個ChannelPipeline，並把Handler加入到ChannelPipeline。
4.ChannelPipeline
一個Netty應用基於ChannelPipeline機制，這種機制需要依賴於EventLoop和EventLoopGroup，因為它們三個都和事件或者事件處理相關。
EventLoops的目的是為Channel處理IO操作，一個EventLoop可以為多個Channel服務。EventLoopGroup會包含多個EventLoop。
5.Channel
代表了一個Socket鏈接，或者其它和IO操作相關的組件，它和EventLoop一起用來參與IO處理。
6.Future
在Netty中所有的IO操作都是異步的，因此，你不能立刻得知消息是否被正確處理，但是我們可以過一會等它執行完成或者直接註冊一個監聽，具體的實現就是通過Future和ChannelFutures,他們可以註冊一個監聽，當操作執行成功或失敗時監聽會自動觸發。
總之，所有的操作都會返回一個ChannelFuture。
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Netty的應用場景
1.互聯網行業
在分佈式系統中，各個節點之間需要遠程服務調用，高性能的RPC框架必不可少，Netty作為異步高新能的通信框架,往往作為基礎通信組件被這些RPC框架使用。
典型的應用有：阿里分佈式服務框架Dubbo的RPC框架使用Dubbo協議進行節點間通信，Dubbo協議默認使用Netty作為基礎通信組件，用於實現各進程節點之間的內部通信。
除了 Dubbo 之外，淘寶的消息中間件 RocketMQ 的消息生產者和消息消費者之間，也採用 Netty 進行高性能、異步通信。
2.遊戲行業
無論是手遊服務端還是大型的網絡遊戲，Java語言得到了越來越廣泛的應用。Netty作為高性能的基礎通信組件，它本身提供了TCP/UDP和HTTP協議棧。
非常方便定製和開發私有協議棧，賬號登錄服務器，地圖服務器之間可以方便的通過Netty進行高性能的通信。
3.大數據領域
經典的Hadoop的高性能通信和序列化組件Avro的RPC框架，默認採用Netty進行跨界點通信，它的Netty Service基於Netty框架二次封裝實現。
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