一、 Netty简介
Netty是一个高机能、异步事宜驱动的NIO框架，基于JAVA NIO供应的API完成。它供应了对TCP、UDP和文件传输的支持，作为一个异步NIO框架，Netty的一切IO操纵都是异步非壅塞的，经由历程Future-Listener机制，用户能够轻易的主动猎取或许经由历程关照机制取得IO操纵效果。 作为当前最盛行的NIO框架，Netty在互联网范畴、大数据分布式盘算范畴、游戏行业、通讯行业等取得了普遍的运用，一些业界有名的开源组件也基于Netty的NIO框架构建。
二、Netty线程模子
在JAVA NIO方面Selector给Reactor情势供应了基本，Netty连系Selector和Reactor情势设想了高效的线程模子。先来看下Reactor情势：
2.1 Reactor情势
Wikipedia这么诠释Reactor模子：“The reactor design pattern is an event handling pattern for handling service requests delivered concurrently by one or more inputs. The service handler then demultiplexes the incoming requests and dispatches them synchronously to associated request handlers.”。起首Reactor情势起首是事宜驱动的，有一个或很多个并发输入源，有一个Server Handler和多个Request Handlers，这个Service Handler会同步的将输入的要求多路复用的分发给响应的Request Handler。能够以下图所示：
从组织上有点相似生产者和消费者模子，即一个或多个生产者将事宜放入一个Queue中，而一个或很多个消费者主动的从这个行列中poll事宜来处置惩罚；而Reactor情势则没有Queue来做缓冲，每当一个事宜输入到Service Handler以后，该Service Handler会主动依据差别的Evnent范例将其分发给对应的Request Handler来处置惩罚。
2.2 Reator情势的完成
关于Java NIO 组织Reator情势，Doug lea在《Scalable IO in Java》中给了很好的论述，这里截取PPT对Reator情势的完成举行申明
1.第一种完成模子以下：
这是最简朴的Reactor单线程模子，因为Reactor情势运用的是异步非壅塞IO，一切的IO操纵都不会被壅塞，理论上一个线程能够自力处置惩罚一切的IO操纵。这时刻Reactor线程是个多面手，担负多路星散套接字，Accept新衔接，并分发要求到处置惩罚链中。
关于一些小容量运用场景，能够运用到单线程模子。但关于高负载，大并发的运用却不适宜，主要原因以下：
（1）当一个NIO线程同时处置惩罚成百上千的链路，机能上没法支持，纵然NIO线程的CPU负荷到达100%，也没法完整处置惩罚音讯
（2）当NIO线程负载太重后，处置惩罚速率会变慢，会致使大批客户端衔接超时，超时以后往往会重发，更加重了NIO线程的负载。
（3）可靠性低，一个线程不测死轮回，会致使全部通讯体系不可用。
为了处理这些题目，涌现了Reactor多线程模子。
2.Reactor多线程模子：
比拟上一种情势，该模子在处置惩罚链部份采纳了多线程（线程池）。
在绝大多数场景下，该模子都能满足机能需求。然则，在一些特别的运用场景下，如效劳器会对客户端的握手音讯举行平安认证。这类场景下，零丁的一个Acceptor线程能够会存在机能不足的题目。为了处理这些题目，产生了第三种Reactor线程模子。
相干引荐：《java开辟教程》
3.Reactor主从模子
该模子比拟第二种模子，是将Reactor分红两部份，mainReactor担负监听server socket，accept新衔接；并将竖立的socket分派给subReactor。subReactor担负多路星散已衔接的socket，读写收集数据，对营业处置惩罚功用，其扔给worker线程池完成。平常，subReactor个数上可与CPU个数同等。
2.3 Netty模子
2.2中说完了Reactor的三种模子，那末Netty是哪种呢？实在Netty的线程模子是Reactor模子的变种，那就是去掉线程池的第三种情势的变种，这也是Netty NIO的默许情势。Netty中Reactor情势的参与者主要有下面一些组件：
（1）Selector
（2）EventLoopGroup/EventLoop
（3）ChannelPipeline
Selector即为NIO中供应的SelectableChannel多路复用器，充任着demultiplexer的角色，这里不再赘述；下面对别的两种功用和其在Netty之Reactor情势中饰演的角色举行引见。
三、EventLoopGroup/EventLoop
当体系在运转历程当中，假如频仍的举行线程上下文切换，会带来分外的机能消耗。多线程并发实行某个营业流程，营业开辟者还需要时刻对线程平安保持警惕，哪些数据能够会被并发修正，怎样庇护？这不仅降低了开辟效力，也会带来分外的机能消耗。
为了处理上述题目，Netty采纳了串行化设想理念，从音讯的读取、编码以及后续Handler的实行，一直都由IO线程EventLoop担负，这就不测着全部流程不会举行线程上下文的切换，数据也不会面对被并发修正的风险。这也诠释了为何Netty线程模子去掉了Reactor主从模子中线程池。
EventLoopGroup是一组EventLoop的笼统，EventLoopGroup供应next接口，能够总一组EventLoop内里根据肯定划定规矩猎取个中一个EventLoop来处置惩罚使命，关于EventLoopGroup这里需要相识的是在Netty中，在Netty效劳器编程中我们需要BossEventLoopGroup和WorkerEventLoopGroup两个EventLoopGroup来举行事情。平常一个效劳端口即一个ServerSocketChannel对应一个Selector和一个EventLoop线程，也就是说BossEventLoopGroup的线程数参数为1。BossEventLoop担负吸收客户端的衔接并将SocketChannel交给WorkerEventLoopGroup来举行IO处置惩罚。
EventLoop的完成充任Reactor情势中的分发（Dispatcher）的角色。
四、ChannelPipeline
ChannelPipeline实际上是担负着Reactor情势中的要求处置惩罚器这个角色。
ChannelPipeline的默许完成是DefaultChannelPipeline，DefaultChannelPipeline自身维护着一个用户不可见的tail和head的ChannelHandler，他们离别位于链表行列的头部和尾部。tail在更上层的部份，而head在接近收集层的方向。在Netty中关于ChannelHandler有两个主要的接口，ChannelInBoundHandler和ChannelOutBoundHandler。inbound能够理解为收集数据从外部流向体系内部，而outbound能够理解为收集数据从体系内部流向体系外部。用户完成的ChannelHandler能够依据需要完成个中一个或多个接口，将其放入Pipeline中的链表行列中，ChannelPipeline会依据差别的IO事宜范例来找到响应的Handler来处置惩罚，同时链表行列是义务链情势的一种变种，自上而下或自下而上一切满足事宜关联的Handler都邑对事宜举行处置惩罚。
ChannelInBoundHandler对从客户端发往效劳器的报文举行处置惩罚，平常用来实行半包/粘包，解码，读取数据，营业处置惩罚等；ChannelOutBoundHandler对从效劳器发往客户端的报文举行处置惩罚，平常用来举行编码，发送报文到客户端。
下图是对ChannelPipeline实行历程的申明：
关于Pipeline的更多学问可参考：浅谈管道模子(Pipeline)
五、Buffer
Netty供应的经由扩大的Buffer相对NIO中的有个很多上风，作为数据存取异常主要的一块，我们来看看Netty中的Buffer有什么特性。
1.ByteBuf读写指针
在ByteBuffer中，读写指针都是position，而在ByteBuf中，读写指针离别为readerIndex和writerIndex，直观看上去ByteBuffer仅用了一个指针就完成了两个指针的功用，节省了变量，然则当关于ByteBuffer的读写状况切换的时刻必需要挪用flip要领，而当下一次写之前，必需要将Buffe中的内容读完，再挪用clear要领。每次读之前挪用flip，写之前挪用clear，如许无疑给开辟带来了烦琐的步骤，而且内容没有读完是不能写的，如许异常不天真。比拟之下我们看看ByteBuf，读的时刻仅仅依靠readerIndex指针，写的时刻仅仅依靠writerIndex指针，不需每次读写之前挪用对应的要领，而且没有必需一次读完的限定。
2.零拷贝
（1）Netty的吸收和发送ByteBuffer采纳DIRECT BUFFERS，运用堆外直接内存举行Socket读写，不需要举行字节缓冲区的二次拷贝。假如运用传统的堆内存（HEAP BUFFERS）举行Socket读写，JVM会将堆内存Buffer拷贝一份到直接内存中，然后才写入Socket中。比拟于堆外直接内存，音讯在发送历程当中多了一次缓冲区的内存拷贝。
（2）Netty供应了组合Buffer对象，能够聚合多个ByteBuffer对象，用户能够像操纵一个Buffer那样轻易的对组合Buffer举行操纵，避免了传统经由历程内存拷贝的体式格局将几个小Buffer合并成一个大的Buffer。
（3）Netty的文件传输采纳了transferTo要领，它能够直接将文件缓冲区的数据发送到目的Channel，避免了传统经由历程轮回write体式格局致使的内存拷贝题目。
3.援用计数与池化手艺
在Netty中，每一个被请求的Buffer关于Netty来讲都多是很珍贵的资本，因而为了取得关于内存的请求与接纳更多的控制权，Netty本身依据援用计数法去完成了内存的治理。Netty关于Buffer的运用都是基于直接内存（DirectBuffer）完成的，大大提高I/O操纵的效力，但是DirectBuffer和HeapBuffer比拟之下除了I/O操纵效力高以外另有一个天生的瑕玷，即关于DirectBuffer的请求比拟HeapBuffer效力更低，因而Netty连系援用计数完成了PolledBuffer，即池化的用法，当援用计数即是0的时刻，Netty将Buffer接纳致池中，鄙人一次请求Buffer的没某个时刻会被复用。
总结
Netty实在本质上就是Reactor情势的完成，Selector作为多路复用器，EventLoop作为转发器，Pipeline作为事宜处置惩罚器。然则和平常的Reactor差别的是，Netty运用串行化完成，并在Pipeline中运用了义务链情势。
Netty中的buffer相对有NIO中的buffer又做了一些优化，大大提高了机能。
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