Netty入门学习

为什么要学习netty

Netty是由JBOSS提供的一个Java开源框架，现为Github上的独立项目。Netty本质是一个NIO框架，通过异步、基于事件驱动的IO，用以快速开发高性能、高可靠性的网络IO程序，主要针对在TCP协议下，面向Client端的高并发应用，或者Peer-to-Peer场景下的大量数据持续传输的应用。

作为Java后端研发同学，一定都会接触到框架和网络通信，就我接触过并看过源码的开源项目，可以说基本上都是使用Netty作为网络通信的底层框架，如Dubbo、RocketMQ、Canal、otter、HBase等等。
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netty学习导图

学习netty前需要知道的知识

I/O模型

I/O请求分为两个阶段：

• I/O调用阶段：用户进程向内核发起系统调用
• I/O执行阶段：内核等待I/O请求处理完成并返回

如下图

主要I/O模型

• 同步堵塞I/O （BIO）
  

• 同步非堵塞I/O （NIO）
  

• I/O多路复用

• 信号驱动I/O
  
• 异步I/O
  

netty的IO模型是基于非堵塞IO，底层实现依赖于JDK NIO的多路复用器Selector

事件处理器(Event Handler)

负责将读写事件分发给对应的读写事件处理器(Event Handler)

Reactor （使用同步IO）和 Proactor （异步IO），主流的事件模型主要使用Reactor 或Epoll

netty框架的整体结构

Core核心层
提供底层网络通信的通用抽象和实现，包括可扩展的事件模型、通用的通信API、支持零拷贝的 ByteBuf等

Protocol Support 协议支持层

• 覆盖了主流协议的编解码实现如HTTP、SSL、Protobuf、压缩、大文件传输、WebSocket、文本、二进制等
• 支持自定义应用层协议

Transport Service传输服务层

• 传输服务层提供了网络传输能力的定义和实现方法支持Socket、HTTP隧道、虚拟机管道等传输方式
• Netty的模块设计具备较高的通用性和可扩展性 支持自定义应用层协议

netty的逻辑架构

网络通信层

网络通信层的职责是执行网络I/O的操作，支持多种网络协议和I/О模型的连接操作，包括ServerBootstrap，Bootstrap，Channel组件

• Bootstrap可用于连接远端服务器，只绑定一个EventLoopGroup （Boss），负责客户端的启动
• ServerBootStrap 用于服务端启动绑定本地端口，绑定两个EventLoopGroup （Worker），负责服务端的启动

Bootstrap，ServerBootStrap是netty程序的入口

每个服务器中都会有一个Boss，会有一群做事情的 Worker
Boss 会不停地接收新的连接，将连接分配给一个个Worker处理连接
roup
√支持自定义应用层协议

Channel
Channel是网络通信的载体，提供了基本的API用于网络I/О操作
如register、bind、connect、read、write、flush等Netty自己实现的Channel是以JDKNIO Channel为基础的

Channel会有多种状态，如连接建立、连接注册、数据读写、
连接销毁等

Channel的状态

事件	说明
channelRegistered	Channel创建后被注册到EventLoop 上
channelUnregistered	Channel创建后未注册或者从EventLoop取消注册
channelInactive	Channel处于非就绪状态
channelRead	Channel可以从远端读取到数据

小结

BootStrap和ServerBootStrap 分别负责客户端和服务端的启动
Channel是网络通信的载体，提供了与底层Socket交互的能力

事件调度层

通过Reactor线程模型对各类事件进行聚合处理通过Selector主循环线程集成多种事件
核心组件包括EventLoopGroup、EventLoop

EventLoopGroup是Netty Reactor线程模型的具体实现方式

服务编排层

ChannelPipeline负责组装各种ChannelHandler实际数据的编解码以及加工处理操作由ChannelHandler完成

当I/O读写事件触发时，ChannelPipeline会
依次调用ChannelHandler列表对Channel的数据进行拦截和处理

每一个新的Channel会对应绑定一个新的ChannelPipeline（线程安全的）；一个ChannelPipeline关联一个EventLoop一个EventLoop仅会绑定一个线程

ChannelPipeline入站和出站

channel和ChannelPipeline的关系

ChannelHandlerContext的作用

• 保存ChannelHandler上下文
• 实现ChannelHandler之间的交互，包含ChannelHandler生命周期的所有事件
  如connect、bind、read、flush、write、close等

组件之间的协作

小结

• Bootstrap负责客户端或服务端的启动工作，包括创建、初始化Channel等
• EventLoop负责向注册的Channel发起I/O读写操作
• channelPipeline负责ChannelHandler的有序编排