Netty原理分析往这边看！

 

Netty是一个高性能、异步事件驱动的NIO框架，它提供了对TCP、UDP和文件传输的支持，做为一个异步NIO框架，Netty的全部IO操做都是异步非阻塞的，经过Future-Listener机制，用户能够方便的主动获取或者经过通知机制得到IO操做结果。

做为当前最流行的NIO框架，Netty在互联网领域、大数据分布式计算领域、游戏行业、通讯行业等得到了普遍的应用，一些业界著名的开源组件也基于Netty的NIO框架构建。

Netty架构分析

Netty 采用了比较典型的三层网络架构进行设计，逻辑架构图以下所示：

 

第一层：Reactor 通讯调度层，它由一系列辅助类完成，包括 Reactor 线程 NioEventLoop 以及其父类、NioSocketChannel/NioServerSocketChannel 以及其父类、ByteBuffer 以及由其衍生出来的各类 Buffer、Unsafe 以及其衍生出的各类内部类等。该层的主要职责就是监听网络的读写和链接操做，负责将网络层的数据读取到内存缓冲区中，而后触发各类网络事件，例如链接建立、链接激活、读事件、写事件等等，将这些事件触发到 PipeLine 中，由 PipeLine 充当的职责链来进行后续的处理。

第二层：职责链 PipeLine，它负责事件在职责链中的有序传播，同时负责动态的编排职责链，职责链能够选择监听和处理本身关心的事件，它能够拦截处理和向后/向前传播事件，不一样的应用的 Handler 节点的功能也不一样，一般状况下，每每会开发编解码 Hanlder 用于消息的编解码，它能够将外部的协议消息转换成内部的 POJO 对象，这样上层业务侧只须要关心处理业务逻辑便可，不须要感知底层的协议差别和线程模型差别，实现了架构层面的分层隔离。

第三层：业务逻辑处理层，能够分为两类：

1.纯粹的业务逻辑处理，例如订单处理。

2.应用层协议管理，例如HTTP协议、FTP协议等。

接下来，我从影响通讯性能的三个方面（I/O模型、线程调度模型、序列化方式）来谈谈Netty的架构。

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IO模型

Netty的I/O模型基于非阻塞I/O实现，底层依赖的是JDK NIO框架的Selector。

Selector提供选择已经就绪的任务的能力。简单来说，Selector会不断地轮询注册在其上的Channel，若是某个Channel上面有新的TCP链接接入、读和写事件，这个Channel就处于就绪状态，会被Selector轮询出来，而后经过SelectionKey能够获取就绪Channel的集合，进行后续的I/O操做。

线程调度模型

经常使用的Reactor线程模型有三种，分别以下：

1.Reactor单线程模型：Reactor单线程模型，指的是全部的I/O操做都在同一个NIO线程上面完成。对于一些小容量应用场景，可使用单线程模型。

 

2.Reactor多线程模型：Rector多线程模型与单线程模型最大的区别就是有一组NIO线程处理I/O操做。主要用于高并发、大业务量场景。

 

3.主从Reactor多线程模型：主从Reactor线程模型的特色是服务端用于接收客户端链接的再也不是个1个单独的NIO线程，而是一个独立的NIO线程池。利用主从NIO线程模型，能够解决1个服务端监听线程没法有效处理全部客户端链接的性能不足问题。

 

序列化方式

影响序列化性能的关键因素总结以下：

1.序列化后的码流大小（网络带宽占用）

2.序列化&反序列化的性能（CPU资源占用）

3.并发调用的性能表现：稳定性、线性增加、偶现的时延毛刺等

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链路有效性检测

心跳检测机制分为三个层面：

1.TCP层面的心跳检测，即TCP的Keep-Alive机制，它的做用域是整个TCP协议栈；

2.协议层的心跳检测，主要存在于长链接协议中。例如SMPP协议；

3.应用层的心跳检测，它主要由各业务产品经过约定方式定时给对方发送心跳消息实现。

心跳检测的目的就是确认当前链路可用，对方活着而且可以正常接收和发送消息。做为高可靠的NIO框架，Netty也提供了基于链路空闲的心跳检测机制：

1.读空闲，链路持续时间t没有读取到任何消息；

2.写空闲，链路持续时间t没有发送任何消息；

3.读写空闲，链路持续时间t没有接收或者发送任何消息。

零拷贝

• “零拷贝”是指计算机操做的过程当中， CPU不须要为数据在内存之间的拷贝消耗资源。而它一般是指计算机在网络上发送文件时，不须要将文件内容拷贝到用户空间（User Space）而 直接在内核空间（Kernel Space）中传输到网络的方式
• Netty的“零拷贝”主要体如今三个方面
• 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，不须要进行字节缓冲区的二次拷贝 。若是使用传统的堆内存（HEAP BUFFERS）进行Socket读写，JVM会将堆内存Buffer拷贝一份到直接内存中，而后才写入Socket中。相比于堆外直接内存，消息在发送过程当中多了一次缓冲区的内存拷贝
• 读取直接从“堆外直接内存”，不像传统的堆内存和直接内存拷贝
• ByteBufAllocator 经过ioBuffer分配堆外内存
• Netty提供了 组合Buffer对象 ，能够聚合多个ByteBuffer对象，用户能够 像操做一个Buffer那样方便的对组合Buffer进行操做 ，避免了传统经过内存拷贝的方式将几个小Buffer合并成一个大的Buffer
• Netty容许咱们将多段数据合并为一整段虚拟数据供用户使用，而过程当中不须要对数据进行拷贝操做
• 组合Buffer对象，避免了内存拷贝
• ChannelBuffer接口：Netty为须要传输的数据制定了统一的ChannelBuffer接口

· 使用getByte(int index)方法来实现随机访问

· 使用双指针的方式实现顺序访问

· Netty主要实现了HeapChannelBuffer，ByteBufferBackedChannelBuffer，与Zero Copy直接相关的CompositeChannelBuffer类

• CompositeChannelBuffer类
• CompositeChannelBuffer类的做用是将多个ChannelBuffer组成一个虚拟的ChannelBuffer来进行操做
• 为何说是虚拟的呢，由于CompositeChannelBuffer并无将多个ChannelBuffer真正的组合起来，而只是保存了他们的引用，这样就避免了数据的拷贝，实现了Zero Copy，内部实现
• 其中readerIndex既读指针和writerIndex既写指针是从AbstractChannelBuffer继承而来的
• components是一个ChannelBuffer的数组，他保存了组成这个虚拟Buffer的全部子Buffer
• indices是一个int类型的数组，它保存的是各个Buffer的索引值
• lastAccessedComponentId是一个int值，它记录了最后一次访问时的子Buffer ID
• CompositeChannelBuffer实际上就是将一系列的Buffer经过数组保存起来，而后实现了ChannelBuffer 的接口，使得在上层看来，操做这些Buffer就像是操做一个单独的Buffer同样
• Netty的文件传输采用了 transferTo方法 ，它能够直接将文件缓冲区的数据发送到目标Channel，避免了传统经过循环write方式致使的内存拷贝问题
• Linux中的sendfile()以及Java NIO中的FileChannel.transferTo()方法都实现了零拷贝的功能，而在Netty中也经过在FileRegion中包装了NIO的FileChannel.transferTo()方法实现了零拷贝

Netty 的 Zero-copy 体如今以下几个个方面:

l Netty 提供了 CompositeByteBuf 类, 它能够将多个 ByteBuf 合并为一个逻辑上的 ByteBuf, 避免了各个 ByteBuf 之间的拷贝。

l 经过 wrap 操做, 咱们能够将byte[] 数组、ByteBuf、ByteBuffer等包装成一个 Netty ByteBuf 对象, 进而避免了拷贝操做。

l ByteBuf 支持 slice 操做,所以能够将 ByteBuf 分解为多个共享同一个存储区域的ByteBuf, 避免了内存的拷贝。

l 经过 FileRegion 包装的FileChannel.tranferTo 实现文件传输, 能够直接将文件缓冲区的数据发送到目标 Channel, 避免了传统经过循环 write 方式致使的内存拷贝问题。