点击查看 《Netty in Action》笔记目录。
本文是对《Netty in Action》第1章内容的笔记和翻译，主要内容包括：
- Java 中的网络使用
- 介绍 Netty
- Netty 的核心组件
Netty 是一个基于异步的、事件驱动的网络应用开发框架，可以为频繁的开发和维护提供方便，并为客户端和服务端提供高性能的协议。
Netty 不仅仅是一个网络框架，它的整体架构和设计思想和它的技术内容一样重要. 为此，我们将要讨论以下一些要点：
- 将关注点隔离（将业务逻辑和网络逻辑进行解耦）
- 模块化和可重用性
- 第一需求是系统可以被测试
Java 中的网络编程
Java 中传统的网络代码实现如下所示：
上面代码背后的处理模型如下所示：
上面模型的缺点是：
- 浪费资源：在任何一个时刻，都可能由于等待输入或输出的阻塞，造成很多线程休眠。
- 很难支持大量数目的线程，因为任何一个线程都需要分配栈内存，而计算机内存是有限的。
- 线程间的上下文切换会严重影响性能。
Java NIO
本地 Socket 库早就已经包含了非阻塞的调用方式。通过这些方法，我们可以对网络资源的使用进行更加多的控制。
- 通过使用
setsockopt()，你可以配置 Socket，使得当没有数据的时候，读写调用可以马上返回。 - 你可以注册一系列的非阻塞 Socket，并通过系统的事件通知 API 来了解读写的数据是否已经准备好。
2002年的时候，Java 组织在 JDK 1.4 版本中的 java.nio 包中引入了非阻塞的 IO（non-blocking I/O）。
新 IO 还是非阻塞 IO ?
NIO 一开始是 New Input/Output 的缩写, 但是 Java API 已经存在很长的时间了，它已经不再被认为是新的 API 了。很多使用者认为 NIO 带表了非阻塞 IO（non-blocking I/O），而原来的阻塞 IO（blocking I/O）则被认为是 OIO 或 old input/output。
Selectors
java.nio.channels.Selector 类是 Java 非阻塞 IO 实现的核心，它使用了事件驱动 API 来表明哪些非阻塞 sockets 已经准备好可以进行 I/O 了。下图展示了：在这样的模型下，一个单线程可以处理多个并发的连接。
和阻塞型 IO 模型相比，这样的模型提供了更好的资源管理：
- 连接可以被更少的线程支持，因此在内存管理和上下文切换上有更少的开销。
- 当本任务没有 IO 处理的时候，线程可以重新绑定到其它任务上。
Netty 介绍
直接使用相对原生的 API，会增加开发的复杂度，并要求开发者具备很高的开发技能，但这样的人才还是很紧缺的。因此，需要采用一个面向对象的基本思想： 隐藏复杂的实现，提供简单的抽象.
Netty 的特性总结:
| 类别 | Netty 特性 |
|---|---|
| 设计 | 对多种传输类型统一了 API，包括阻塞和非阻塞。 简单但高效的线程模型。 支持无连接数据报套接字。 逻辑组件的连接，支持组件重用。 |
| 易用性 | 完善的 Javadoc 以及大量使用实例。 只需要依赖 JDK 1.6+。（一些可选的特性依赖 JDK 1.7+ 或者一些额外的依赖) |
| 性能 | 和 Java 本身的 API 相比，具备更高的吞吐量和更低的延时。 通过池化和重用，减少了资源的消耗。 最小化内存拷贝。 |
| 鲁棒性 | 不会由于连接的快、慢、负载较大而导致 OutOfMemoryError。在高速网络场景中，消除了 NIO 应用程序典型的不公平读写比。 |
| 安全性 | 支持 SSL/TLS 、StartTLS。 在 Applet 或者 OSGI 等资源受限环境中也可以使用。 |
| 社区驱动 | 发布频繁和活跃。 |
异步和事件驱动的优点：
- 非阻塞的网络调用，使得我们从等待操作完成的过程中解放出来。基于这个特性的异步 IO 使得我们可以实现：异步方法立即返回，当完成的时候可以立刻或者稍后通知我们。
-
Selector允许我们通过更少的线程来监控更多的连接和事件。
Netty 的核心组件
在这一节，我们要讨论 Netty 主要的构建模块：
ChannelsCallbacksFutures-
Events和Handlers
这些构建模块代表了不同类型的构建要素: 资源、逻辑和通知。应用程序将会通过这些模块来访问网络和数据。
Channels
Channel 是 Java NIO 的基本构成。它表示：
与实体间打开的一个连接。这些实体包括：一个硬件设备、一个文件、一个网络 socket、或者一个程序组件，它们可以进行不同的 I/O 操作，例如：读写操作。
Channel 可以被打开、关闭、建立连接、取消连接。
Callbacks
Callback 是一个回调方法, 本质上是指向其它方法的一个引用。通过回调可以实现：在合适时，调用指向的函数。
Netty 内部使用 callbacks 来处理事件。当 callback 被触发，事件可以被对应的 ChannelHandler 接口实现来处理。下面的图片展示了这样的一个例子：当一个新的连接建立后，ChannelHandler 会回调 channelActive() 方法，该方法将会把消息打印出来。
Futures
Future 提供了另一种通知机制来让应用知道操作已经完成。
JDK 中提供了 java.util.concurrent.Future 接口，但是提供的实现实现只能允许你：手工判断操作是否完成、或者阻塞到操作完成。这样的机制不是很方面，所以 Netty 提供了自己的实现 ChannelFuture，它可以实现异步操作的执行。
ChannelFuture 提供了一个额外的方法，可以允许我们注册一个或多个 ChannelFutureListener 实例。这些监听者的回调函数 operationComplete() 会在方法完成时被调用。
Netty 的每个输出 I/O 操作会返回一个 ChannelFuture，也就是说，这些输出操作是非阻塞的，会立即返回。
下例中 ChannelFuture 作为 I/O 操作返回的一部分。其中 connect() 将会没有阻塞立即返回，而调用的方法会在后台完成。
下例展示了如何使用 ChannelFutureListener。
ChannelFutureListener 是一个更加完善的 callback。事实上，callbacks 和 Futures 是互补的，它们是 Netty 的一个重要组成部分。
Events and handlers
Netty 使用不同的事件来告知我们：状态的改变、操作处于哪个阶段。 对应的行为可能包括：
- 日志
- 数据传输
- 流控
- 应用逻辑
Netty 是一个网络框架，所以事件可以根据它们在输入还是输出流进行区分。
输入数据或者输入相关状态改变的事件包括：
- 连接的有效和无效
- 数据读取
- 用户事件
- 错误事件
输出事件是相关操作的返回结果，它将会在未来的某个时刻被调用，包括：
- 打开或者关闭一个远程连接。
- 在一个 socket 中写入或者刷新数据。
目前，你可以把每个 handler 实例看做是针对特定的事件（event）的一个回调（callback）。
结合以上要素
Futures、Callbacks、Handlers
Netty 的异步编程模型是基于 Futures 和 callbacks 建立的, 而将事件分发到对应的处理 handler 这样的操作是封装在 Netty 内部较深层次的。总而言之，这些元素提供了一个处理环境：可以使得应用的业务逻辑和网络的具体操作进行解耦。这是 Netty 设计的根本目标。
只要提供 callbacks 或者使用操作返回的 Futures，就可以实现在程序运行时拦截操作和转移输入输出数据。这使得链接操作变得非常容易和高效，并能促进写可重用、泛化程度更高的代码。
Selectors、Events、Event Loops
在内部，EventLoop 被绑定到每个 Channel 上，来处理所有的事件（events），包括：
- 重新注册感兴趣的事件
- 分发事件到 ChannelHandlers
- 调度下一步的响应
EventLoop 本身只被一个线程驱动，处理所绑定的 Channel 的所有 I/O 事件，并且这种关系在 EventLoop 的生命周期中不会改变。 这个简单和强大的设计可以消除你对同步 ChannelHandlers 的担心。