Netty学习

一、原理
高性能、异步事件驱动的NIO框架，基于JAVA NIO提供的API实现，它提供了对TCP、UDP和文件传输的支持，作为一个异步的NIO框架，Netty的所有IO操作都是异步非阻塞的，通过Future-Listene机制，用户可以方便的主动获取或者通过通知机制获得IO操作结果。

二、高性能
IO多路复用技术，系统不需要创建新的额外进程或者线程，也不需要维护这些进程和线程的运行，降低了系统的维护工作量，节省了系统资源。与Socket类和ServerSocket类相对应，NIO提供了SocketChannel和ServerSocketChannel两种不同的套接字通道实现。
Netty架构按照Reactor模式设计和实现
客户端通信步骤如下：
1、打开sockeChannel
2、设置socketchannel为非阻塞模式，同时设置TCP参数
3、异步连接服务端
4、判断连接结果，如果连接成功，调到步骤10，否则执行步骤5
5、向Reactor线程的多路复用器注册OP CONNECT事件
6、创建Selector，启动线程
7、Selector轮询就绪的key
8、handerConnect()
9、判断连接完成，完成执行步骤10
10、向多路复用器注册读事件OP_READ
11、handleRead()异步读请求消息到ByteBuffer
12、decode请求消息
13、异步写ByteBuffer到SocketChannel
服务端通信步骤如下：
1、打开ServerSocketChanner
2、绑定监听地址InetSocketAddress
3、创建Selector，启动线程
4、将ServerSocketChannel注册到Selector，监听SelecteKey,OP_ACCEPT
5、Selector轮询就绪的key
6、handleAccept()处理新的客户端接入
7、设置新建客户连接的Socket
8、向Selector注册监听读操作SelectorKey.OP_READ
9、handleRead()异步读请求消息到ByteBuffer
10、decode请求消息
11、异步写ByteBuffer到SocketChannel
IO线程NioEventLoop由于聚合了多路复用器Selector，可以同时并发处理成百上千个客户端Channel，由于读写操作都是非阻塞的，这就可以充分提升IO线程的运行效率，避免由于频繁IO阻塞导致的线程挂起

异步通信NIO
由于Netty采用异步通信模式，一个IO线程可以并发处理N个客户端连接和读写操作，从根本上解决了传统同步阻塞IO一连接一阻塞模型，架构的性能、弹性伸缩能力和可靠性都得到了极大的提升

零拷贝
Netty的接收和发送ByteBuffer采用DIRECT BUFFERS,使用堆外直接内存进行Socket读写，不需要进行字节缓存区的二次拷贝。
Netty提供了组合的Buffer对象，可以聚合多个ByteBuffer对象，用户可以像操作一个Buffer那样方便的对组合Buffer进行操作，避免了传统通过内存拷贝的方式将几个小buffer合并成一个大的Buffer
Netty的文件传输采用了transferTo方法，可以直接将文件缓冲区的数据发送到目标Channel，避免了传统通过循环write方式导致的内存拷贝问题

内存池
对于堆外直接内存的分配和回收，是一件耗时的操作，为了尽量重用缓冲区，Netty提供了基于内存池的缓冲区重用机制。

高效的Reactor线程模型
单线程模型
所有的IO操作都在同一个NIO线程上面完成
作为NIO服务端，接收客户端的TCP连接
作为NIO客户端，向服务端发起TCP连接
读取通信对端的请求或者应答消息
向通信对端发送消息请求或者应答消息

多线程模型
NIO线程 acceptor线程用监听服务端，接收客户端的TCP连接请求，网络IO操作读写等由一个NIO线程池负责，线程池可以采用标准的JDK线程池实现，它包含了一个任务队列和N个可用的线程，由这些NIO线程负责消息的读取、解码、编码和发送

主从多线程模型
acceptor线程池仅仅只用于客户端的登录、握手和安全认证，一旦链路建立成功，就将链路注册到后端subReactor线程池的IO线程上，由IO线程负责后续的IO操作。
无锁设计、线程绑定：Netty采用了串行无锁化设计，在IO线程内部进行串行操作，避免多线程竞争导致的性能下降。
高性能的序列化框架：Netty默认提供了对Google Protobuf的支持，通过扩展Netty的编码解码接口，用户可以实现其他的高性能序列化框架。
小包封大包，防止网络阻塞
软中断Hash值和CPU绑定，开启RPS后可以实现软中断，提升网络吞吐量。
Netty RPC实现
RPC 远程过程调用，调用远程计算机上的服务，就像调用本地服务的一样，RPC可以很好的解耦系统，如WebService就是一种基Http协议的RPC。
关键技术：
1、服务发布与订阅：服务端使用Zookeeper注册服务地址，客户端从Zookeeper获取可用的服务地址
2、通信：使用Netty作为通信框架
3、Spring：使用Spring配置服务，加载bean，扫描注解
4、动态代理：客户端使用代理模式透明化服务调用
5、消息编解码：使用Protostuff序列化和反序列化的消息
核心流程：
1、服务消费方调用以本地调用方式调用服务
2、client stub接收到调用后负责将方法、参数等组装成能够进行网络传输的消息体
3、client stub找到服务地址、并将消息发送到服务端
4、server stub收到消息后进行解码
5、server stub根据解码结果调用本地的服务
6、本地服务执行并将结果返回给server stub
7、server stub将返回结果打包成消息并发送至消费方
8、client stub接收到消息，并进行解码
9、服务消费方得到最终结果
消息数据结构：
1、接口名称
2、方法名
3、参数类型和参数值
4、超时时间
5、requestID，标识唯一请求ID
6、服务端返回的消息
序列化
通讯过程
核心问题 线程暂停、消息乱序
如果使用netty的话，一般会用channel.writeAndFlush()方法来发送消息二进制串，这个方法调用后对于整个远程调用来说是一个异步的，对于当前线程来说，将请求发送出来后，线程就可以往后执行了，至于服务端的结果，是服务端处理完成后，再以消息的形式发送给客户端的。
通讯流程
requestID生成AtomicLong
存放回调对象callback到全局ConcurrentHashMap
synchronized获取回调对象callback的锁并自行wait
监听消息的线程收到消息，找到callback上的锁并唤醒

RMI实现方式
一种用于实现远程过程调用的应用程序编程接口，它是客户机上运行的程序可以调用远程服务器上的对象，远程方法调用特性使Java编程人员能够在网络环境中分布操作，尽可能简化远程接口对象的使用。
实现步骤：
1、编写远程服务接口，该接口必须竭诚remote接口，方法必须抛出RemoteException异常
2、编写远程接口实现类，该实现类必须继承UnicastRemoteObject类
3、运行RMI编译器，创建客户端stub类和服务端skeleton类
4、启动一个RMI注册表，以便驻留这些服务
5、在RMI注册表中注册服务
6、客户端查找远程对象，并调用远程方法
Protoclol Buffer
用于结构化数据串行化的灵活、高效、自动的方法。
特点：
序列化、反序列化简单、速度快
1、编码/解码 方式简单
2、采用protocol buffer自身的框架代码和编译器共同完成
数据压缩效果好
1、采用独特的编码方式，如编码方式等
2、采用T-L-V的数据存储方式，减少了分隔符的使用和数据存储得紧凑
Thrift
是fecebook实现的一种高效的、支持多种编程语言的远程服务调用的框架，本文将从java开发人员角度详细接收Apache Thrift的架构、开发和部署，并且针对不同的传输协议和服务类型给出相应的Java实例，同时详细介绍Thrift异步客户端的实现，最后提出使用Thrift需要注意的事项。
它采用接口描述语言定义并创建服务，支持可扩展的跨语言服务开发，所包含的代码生成引擎可以在多种语言中，相对XML和JSON体积更小，对于高并发、大数据量和多语言的环境更有优势。
1、多语言开发的需要
2、性能问题