【成神之路】Netty相关面试题

为什么选择 Netty

使用JDK自带的NIO需要了解太多的概念，编程复杂，一不小心bug横飞
Netty底层IO模型随意切换，而这一切只需要做微小的改动，改改参数，Netty可以直接从NIO模型变身为IO模型
Netty自带的拆包解包，异常检测等机制让你从NIO的繁重细节中脱离出来，让你只需要关心业务逻辑
Netty解决了JDK的很多包括空轮询在内的bug
Netty底层对线程，selector做了很多细小的优化，精心设计的reactor线程模型做到非常高效的并发处理
自带各种协议栈让你处理任何一种通用协议都几乎不用亲自动手
Netty社区活跃，遇到问题随时邮件列表或者issue
Netty已经历各大rpc框架，消息中间件，分布式通信中间件线上的广泛验证，健壮性无比强大

什么是IO多路复用模型（select、poll、epoll）；

多路复用IO模型是目前使用得比较多的模型。Java NIO实际上就是多路复用IO。 在多路复用IO模型中，会有一个线程不断去轮询多个socket的状态，只有当socket真正有读写事件时，才真正调用实际的IO读写操作。因为在多路复用IO模型中，只需要使用一个线程就可以管理多个socket，系统不需要建立新的进程或者线程，也不必维护这些线程和进程，并且只有在真正有socket读写事件进行时，才会使用IO资源，所以它大大减少了资源占用。

在Java NIO中，是通过selector.select()去查询每个通道是否有到达事件，如果没有事件，则一直阻塞在那里，因此这种方式会导致用户线程的阻塞。

也许有朋友会说，我可以采用 多线程+ 阻塞IO 达到类似的效果，但是由于在多线程 + 阻塞IO 中，每个socket对应一个线程，这样会造成很大的资源占用，并且尤其是对于长连接来说，线程的资源一直不会释放，如果后面陆续有很多连接的话，就会造成性能上的瓶颈。

而多路复用IO模式，通过一个线程就可以管理多个socket，只有当socket真正有读写事件发生才会占用资源来进行实际的读写操作。因此，多路复用IO比较适合连接数比较多的情况。

另外多路复用IO为何比非阻塞IO模型的效率高是因为在非阻塞IO中，不断地询问socket状态时通过用户线程去进行的，而在多路复用IO中，轮询每个socket状态是内核在进行的，这个效率要比用户线程要高的多。

不过要注意的是，多路复用IO模型是通过轮询的方式来检测是否有事件到达，并且对到达的事件逐一进行响应。因此对于多路复用IO模型来说，一旦事件响应体很大，那么就会导致后续的事件迟迟得不到处理，并且会影响新的事件轮询。

说说业务中，Netty 的使用场景

Dubbo,自定义RPC,游戏，心跳，MQ,等

原生的 NIO 在 JDK 1.7 版本存在 epoll bug

什么是TCP 粘包/拆包

现象

先看如下代码，这个代码是使用netty在client端重复写100次数据给server端，ByteBuf是netty的一个字节容器，里面存放是的需要发送的数据

public class FirstClientHandler extends ChannelInboundHandlerAdapter {

@Override

public void channelActive(ChannelHandlerContext ctx) {

for (int i = 0; i < 1000; i++) {

ByteBuf buffer = getByteBuf(ctx);

ctx.channel().writeAndFlush(buffer);

}

}

private ByteBuf getByteBuf(ChannelHandlerContext ctx) {

byte[] bytes = "你好，我的名字是1234567!".getBytes(Charset.forName("utf-8"));

ByteBuf buffer = ctx.alloc().buffer();

buffer.writeBytes(bytes);

return buffer;

}

}复制代码

从client端读取到的数据为：

从服务端的控制台输出可以看出，存在三种类型的输出

一种是正常的字符串输出。

一种是多个字符串“粘”在了一起，我们定义这种 ByteBuf 为粘包。

一种是一个字符串被“拆”开，形成一个破碎的包，我们定义这种 ByteBuf 为半包。

透过现象分析原因

应用层面使用了Netty，但是对于操作系统来说，只认TCP协议，尽管我们的应用层是按照 ByteBuf 为 单位来发送数据，server按照Bytebuf读取，但是到了底层操作系统仍然是按照字节流发送数据，因此，数据到了服务端，也是按照字节流的方式读入，然后到了 Netty 应用层面，重新拼装成 ByteBuf，而这里的 ByteBuf 与客户端按顺序发送的 ByteBuf 可能是不对等的。因此，我们需要在客户端根据自定义协议来组装我们应用层的数据包，然后在服务端根据我们的应用层的协议来组装数据包，这个过程通常在服务端称为拆包，而在客户端称为粘包。

拆包和粘包是相对的，一端粘了包，另外一端就需要将粘过的包拆开，发送端将三个数据包粘成两个 TCP 数据包发送到接收端，接收端就需要根据应用协议将两个数据包重新组装成三个数据包。

如何解决

在没有 Netty 的情况下，用户如果自己需要拆包，基本原理就是不断从 TCP 缓冲区中读取数据，每次读取完都需要判断是否是一个完整的数据包 如果当前读取的数据不足以拼接成一个完整的业务数据包，那就保留该数据，继续从 TCP 缓冲区中读取，直到得到一个完整的数据包。 如果当前读到的数据加上已经读取的数据足够拼接成一个数据包，那就将已经读取的数据拼接上本次读取的数据，构成一个完整的业务数据包传递到业务逻辑，多余的数据仍然保留，以便和下次读到的数据尝试拼接。

而在Netty中，已经造好了许多类型的拆包器，我们直接用就好：

选好拆包器后，在代码中client段和server端将拆包器加入到chanelPipeline之中就好了:

如上实例中：

客户端：

ch.pipeline().addLast(new FixedLengthFrameDecoder(31));复制代码

服务端：

ch.pipeline().addLast(new FixedLengthFrameDecoder(31));复制代码

Netty 线程模型

reactor:NioEventLoopGroup->NioEventLoop(循环处理)->selector

Reactor单线程模型

一个NIO线程+一个accept线程：

Reactor多线程模型

Reactor主从模型

主从Reactor多线程：多个acceptor的NIO线程池用于接受客户端的连接

Netty可以基于如上三种模型进行灵活的配置。

Netty 的零拷贝

传统意义的拷贝

是在发送数据的时候，传统的实现方式是：

1. `File.read(bytes)`

2. `Socket.send(bytes)`

这种方式需要四次数据拷贝和四次上下文切换：

1. 数据从磁盘读取到内核的read buffer

2. 数据从内核缓冲区拷贝到用户缓冲区

3. 数据从用户缓冲区拷贝到内核的socket buffer

4. 数据从内核的socket buffer拷贝到网卡接口（硬件）的缓冲区

零拷贝的概念

明显上面的第二步和第三步是没有必要的，通过java的FileChannel.transferTo方法，可以避免上面两次多余的拷贝（当然这需要底层操作系统支持）

1. 调用transferTo,数据从文件由DMA引擎拷贝到内核read buffer

2. 接着DMA从内核read buffer将数据拷贝到网卡接口buffer

上面的两次操作都不需要CPU参与，所以就达到了零拷贝。

Netty中的零拷贝

主要体现在三个方面：

1、bytebuffer

Netty发送和接收消息主要使用bytebuffer，bytebuffer使用对外内存（DirectMemory）直接进行Socket读写。

原因：如果使用传统的堆内存进行Socket读写，JVM会将堆内存buffer拷贝一份到直接内存中然后再写入socket，多了一次缓冲区的内存拷贝。DirectMemory中可以直接通过DMA发送到网卡接口

2、Composite Buffers

传统的ByteBuffer，如果需要将两个ByteBuffer中的数据组合到一起，我们需要首先创建一个size=size1+size2大小的新的数组，然后将两个数组中的数据拷贝到新的数组中。但是使用Netty提供的组合ByteBuf，就可以避免这样的操作，因为CompositeByteBuf并没有真正将多个Buffer组合起来，而是保存了它们的引用，从而避免了数据的拷贝，实现了零拷贝。

3、对于FileChannel.transferTo的使用

Netty中使用了FileChannel的transferTo方法，该方法依赖于操作系统实现零拷贝。

Netty 内部执行流程

服务端：

1、channel ：通道，相当于一个连接

2、channelHandler：通道的处理器，类似于处理器、拦截器这样的概念。请求过来之后，会一个一个的通过channelHandler来得到一个一个的处理，处理之后交给业务方法完成真正的处理，然后按照相反的顺序进行原路的返回

3、pipeline:管道。一个 pipeline是由多个channelHandler 构成的，构成管道的形式。请求过来的时候，会通过一个一个的处理器沿着管道不断的往前走
 

1、创建ServerBootStrap实例

2、设置并绑定Reactor线程池：EventLoopGroup，EventLoop就是处理所有注册到本线程的Selector上面的Channel

3、设置并绑定服务端的channel

4、5、创建处理网络事件的ChannelPipeline和handler，网络时间以流的形式在其中流转，handler完成多数的功能定制：比如编解码 SSl安全认证

6、绑定并启动监听端口

7、当轮训到准备就绪的channel后，由Reactor线程：NioEventLoop执行pipline中的方法，最终调度并执行channelHandler

8、说到这里顺便给大家推荐一个Java的交流学习社区：586446657，里面不仅可以交流讨论，还有面试经验分享以及免费的资料下载，包括Spring，MyBatis，Netty源码分析，高并发、高性能、分布式、微服务架构的原理，JVM性能优化这些成为架构师必备的知识体系。相信对于已经工作和遇到技术瓶颈的码友，在这里会有你需要的内容。

客户端

1、创建ServerBootStrap实例

2.创建处理客户端连接Reactor线程组

3.创建客户端连接的NioSocketChannel

4.创建pipeline和channelHadler

5.异步发起TCP连接并判断是否成功

Netty 重连实现