Netty（一）Netty简介与Java的IO模型
1 Netty简介与应用场景
Netty是由JBOSS提供的一个Java开源框架，现为Github上的独立项目。
- Netty是一个异步的、基于事件驱动的网络应用框架，用以快速开发高性能、高可靠性的网络IO程序
- Netty主要针对在TCP环境下，面向Clients端的高并发应用，或者P2P场景下的大量数据持续传输的应用
- Netty的本质是一个
NIO框架，适用于服务器通讯相关的多种应用场景
Netty框架基于TCP/IP协议，在原生的JDK IO、网络的基础上使用NIO对IO、网络进行的封装优化的框架
Netty的应用场景：
- 分布式系统中各个节点的远程服务调用，需要高性能的RPC框架，Netty作为基础通信组件常常被这些RPC框架所使用：如阿里的分布式服务框架Dubbo的RPC框架使用Dubbo协议默认使用Netty作为基础通信组件，用于实现各进程节点之间的内部通信
- 在游戏行业，Netty作为高性能的基础通信组件，提供了TCP/UDP以及HTTP协议栈，方便定制和开发私有协议栈，账号登录服务器
2 Java IO模型
2.1 Java IO模型简介
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IO模型就是用什么样的通道进行数据的发送和接收（是同步的还是异步的、是单通道还是双通道、用没用到缓冲、是阻塞的还是非阻塞的等等），很大程度上决定了程序通信的性能
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Java IO模型主要包括三种：
BIO、NIO和AIO-
BIO：同步并堵塞（传统阻塞型），服务器实现模式为一个连接一个线程，即客户端有连接请求的时候，服务器端就需要启动一个线程进行处理，如果这个连接不进行任何操作则会造成不必要的线程开销，可以通过线程池改善
阻塞就是指的客户端想通过Socket套接字与客户端建立的连接没有响应或者拒绝的情况
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NIO：同步非堵塞，服务器实现模式为一个线程处理多个请求（连接），即客户端发送的连接请求会注册到多路复用器（选择器 Selector）上，然后由多路复用器轮询I/O请求进行处理
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AIO：异步非堵塞，引入了异步通道的概念，采用了Proactor模式简化了程序编写，只有有效的请求才会启动线程，并且会先由操作系统完成后才通知服务器端去处理，一般适用于连接数较多且连接时间较长的应用
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2.2 BIO、NIO、AIO的使用场景分析
- BIO方式使用于连接数目比较少且固定的架构，这种方式对服务器资源要求比较高，并发局限于应用中，JDK1.4以前的唯一选择，但程序简单易理解
- NIO方式适用于连接数目多并且连接比较短（轻操作）的架构，比如聊天服务器、弹幕系统，服务器间通讯等，编程比较负责，JDK1.4开始支持
- AIO方式适用于连接数目多并且连接比较长（重操作）的架构，比如相册服务器，充分调用OS参与并发操作，编程比较负责JDK7开始支持
3 Java BIO
BIO：同步并堵塞（传统阻塞型），服务器实现模式为一个连接一个线程，即客户端有连接请求的时候，服务器端就需要启动一个线程进行处理，如果这个连接不进行任何操作则会造成不必要的线程开销，可以通过线程池改善- BIO方式使用于连接数目比较少且固定的架构，这种方式对服务器资源要求比较高，并发局限于应用中，JDK1.4以前的唯一选择，但程序简单易理解
- BIO相关的类和接口在java.io包下
- BIO编程简单流程：
- 服务器端启动一个ServerSocket
- 客户端启动Socket与服务器端进行通信，默认情况下服务器端需要对每个客户（请求）建立一个线程与之通信
- 客户端发出请求后，先咨询服务器端是否有线程响应，如果没有则会等待或者被拒绝（阻塞）
- 如果有响应，则客户端线程必须在请求结束后才能继续执行（同步）
Java BIO实例
下面的代码用BIO模型编写了一个服务器端，实现了：
- 监听6666端口，当有客户端连接的时候，就启动一个线程与之通讯
- 使用了线程池进行了完善，能够与多个客户端同时进行通讯
- 服务器端接收客户端（使用talnet模拟）发送的数据
public class BIOServer {
public static void main(String[] args) {
System.out.println(Thread.currentThread().getName());
ExecutorService cachedThreadPool = Executors.newCachedThreadPool();
try {
ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(6666);
System.out.println("服务器启动");
while(true) {
// 阻塞点1：主线程等待客户端连接：accept无连接会阻塞线程
System.out.println("等待连接");
Socket accept = serverSocket.accept();
System.out.println("连接到一个客户端");
cachedThreadPool.execute(() -> {
handler(accept);
});
}
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
public static void handler(Socket socket) {
System.out.println(Thread.currentThread().getName());
InputStream inputStream = null;
try {
inputStream = socket.getInputStream();
byte[] bytes = new byte[1024];
while(true) {
// 阻塞点2：客户端无输入，read堵塞子线程
System.out.println(Thread.currentThread().getName());
System.out.println("等待读取输入流");
int len = inputStream.read(bytes);
if(len == - 1) {
break;
}
System.out.println(new String(bytes, 0, len));
}
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
} finally {
System.out.println("关闭和client的连接");
try {
socket.close();
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
}
4 Java NIO
- Java NIO全称java non-blocking IO，是JDK1.4开始提供的一系列改进的输入、输出新特性，被统称为NIO（也可以理解为New IO），是同步非堵塞的
- NIO的相关类都放在了
java.nio包及其子包下，并且对原java.io包中的很多类进行了改写 - NIO的三大核心组件：
Channel（通道）、Buffer（缓冲区）、Selector（选择器） - NIO是面向缓冲区的，或者是面向块编程的。数据读取到一个它稍后处理的缓冲区，需要的时候可以在缓冲区前后移动，这就增加了处理过程中的灵活性，使用它可以提供非堵塞式的高伸缩性网络
- Java NIO的非堵塞模式，使一个线程从某通道发送请求、获取或者写入数据的时候，如果没有数据也不会堵塞等待，而是直至数据变得可以读、写之前，该线程可以继续去做其他的事情。.
- 因此NIO可以做到用一个线程来处理多个操作
- HTTP2.0使用了多路复用技术，使得浏览器能够做到一个连接并发处理多个请求，因此NIO的使用变得更加广泛
Channel即数据通道，作用是完成读写任务。
Selector根据每个通道的事件来决定为哪个通道服务
每一个通道对应一个Buffer，通道和缓冲区之间是双向连接的，即二者之间是可以相互读写的；客户端不会直接读写通道的数据，而是直接和缓冲区交互，正是由于缓冲区的设置，使得客户端在读写数据的时候不会被堵塞