什么是Netty?

Netty 是一个利用 Java 的高级网络的能力，隐藏其背后的复杂性而提供一个易于使用的 API 的客户端/服务器框架。

Netty三大优点

1 并发快

Netty是一款基于NIO（Nonblocking I/O，非阻塞IO）开发的网络通信框架，对比于BIO（Blocking I/O，阻塞IO），他的并发性能得到了很大提高，两张图让你了解BIO和NIO的区别：

BIO的通信方式
NIO的通信方式

alt

从这两图可以看出，NIO的单线程能处理连接的数量比BIO要高出很多，而为什么单线程能处理更多的连接呢？原因就是图二中出现的Selector。当一个连接建立之后，他有两个步骤要做，第一步是接收完客户端发过来的全部数据，第二步是服务端处理完请求业务之后返回response给客户端。NIO和BIO的区别主要是在第一步。在BIO中，等待客户端发数据这个过程是阻塞的，这样就造成了一个线程只能处理一个请求的情况，而机器能支持的最大线程数是有限的，这就是为什么BIO不能支持高并发的原因。而NIO中，当一个Socket建立好之后，Thread并不会阻塞去接受这个Socket，而是将这个请求交给Selector，Selector会不断的去遍历所有的Socket，一旦有一个Socket建立完成，他会通知Thread，然后Thread处理完数据再返回给客户端——这个过程是不阻塞的，这样就能让一个Thread处理更多的请求了。

IO模型
- BIO，同步阻塞IO，阻塞整个步骤，如果连接少，他的延迟是最低的，因为一个线程只处理一个连接，适用于少连接且延迟低的场景，比如说数据库连接。
- NIO，同步非阻塞IO，阻塞业务处理但不阻塞数据接收，适用于高并发且处理简单的场景，比如聊天软件。
- 多路复用IO，他的两个步骤处理是分开的，也就是说，一个连接可能他的数据接收是线程a完成的，数据处理是线程b完成的，他比BIO能处理更多请求。
- 信号驱动IO，这种IO模型主要用在嵌入式开发，不参与讨论。
- 异步IO，他的数据请求和数据处理都是异步的，数据请求一次返回一次，适用于长连接的业务场景。

2 传输快

Netty的传输快其实也是依赖了NIO的一个特性——零拷贝。我们知道，Java的内存有堆内存、栈内存和字符串常量池等等，其中堆内存是占用内存空间最大的一块，也是Java对象存放的地方，一般我们的数据如果需要从IO读取到堆内存，中间需要经过Socket缓冲区，也就是说一个数据会被拷贝两次才能到达他的的终点，如果数据量大，就会造成不必要的资源浪费。 Netty针对这种情况，使用了NIO中的另一大特性——零拷贝，当他需要接收数据的时候，他会在堆内存之外开辟一块内存，数据就直接从IO读到了那块内存中去，在netty里面通过ByteBuf可以直接对这些数据进行直接操作，从而加快了传输速度。

3 封装好

Netty三大概念

Channel

Channel，表示一个连接，可以理解为每一个请求，就是一个Channel。
ChannelHandler，核心处理业务就在这里，用于处理业务请求。
ChannelHandlerContext，用于传输业务数据。
ChannelPipeline，用于保存处理过程需要用到的ChannelHandler和ChannelHandlerContext。

Bytebuf

ByteBuf是一个存储字节的容器，最大特点就是使用方便，它既有自己的读索引和写索引，方便你对整段字节缓存进行读写，也支持get/set，方便你对其中每一个字节进行读写，他的数据结构如下图所示：他有三种使用模式：

Heap Buffer 堆缓冲区堆缓冲区是ByteBuf最常用的模式，他将数据存储在堆空间。
Direct Buffer 直接缓冲区

直接缓冲区是ByteBuf的另外一种常用模式，他的内存分配都不发生在堆，jdk1.4引入的nio的ByteBuffer类允许jvm通过本地方法调用分配内存，这样做有两个好处
- 通过免去中间交换的内存拷贝, 提升IO处理速度; 直接缓冲区的内容可以驻留在垃圾回收扫描的堆区以外。
- DirectBuffer 在 -XX:MaxDirectMemorySize=xxM大小限制下, 使用 Heap 之外的内存, GC对此”无能为力”,也就意味着规避了在高负载下频繁的GC过程对应用线程的中断影响.
Composite Buffer 复合缓冲区复合缓冲区相当于多个不同ByteBuf的视图，这是netty提供的，jdk不提供这样的功能。

Codec

Netty中的编码/解码器，通过他你能完成字节与pojo、pojo与pojo的相互转换，从而达到自定义协议的目的。

Netty重要问题

netty网络框架特性

1.性能卓越
2.新手友好,简单的线程模型但是足够强大
3.统一的api接口,同时支持多种传输类型
4.基于池化和复用技术,资源消耗低

netty为什么并发高，传输快

Netty是一款基于NIO（Nonblocking I/O，非阻塞IO）开发的网络通信框架，对比于BIO（Blocking I/O，阻塞IO），他的并发性能得到了很大提高。NIO是非阻塞IO，属于多路复用，内部有个selector，轮询各个socket channel,若有读写任务就会将它传给处理线程进行处理。

不用Netty如何实现

协议，服务器，socket，监听器，任务处理器

Netty支持哪些协议？

Http协议 TCP协议 UDP协议 SSL协议

Netty的线程模型

实际上Netty线程模型就是Reactor模式的一个实现，而Reactor模式又是什么呢？

Reactor模式是基于事件驱动开发的，核心组成部分包括Reactor和线程池，其中Reactor负责监听和分配事件，线程池负责处理事件，而根据Reactor的数量和线程池的数量，又将Reactor分为三种模型:

单线程模型

Reactor内部通过selector 监控连接事件，收到事件后通过dispatch进行分发，如果是连接建立的事件，则由Acceptor处理，Acceptor通过accept接受连接，并创建一个Handler来处理连接后续的各种事件,如果是读写事件，直接调用连接对应的Handler来处理

Handler完成read->(decode->compute->encode)->send的业务流程

这种模型好处是简单，坏处却很明显，当某个Handler阻塞时，会导致其他客户端的handler和accpetor都得不到执行，无法做到高性能，只适用于业务处理非常快速的场景多线程模型

多线程模型主线程中，Reactor对象通过selector监控连接事件,收到事件后通过dispatch进行分发，如果是连接建立事件，则由Acceptor处理，Acceptor通过accept接收连接，并创建一个Handler来处理后续事件，而Handler只负责响应事件，不进行业务操作，也就是只进行read读取数据和write写出数据，业务处理交给一个线程池进行处理

线程池分配一个线程完成真正的业务处理，然后将响应结果交给主进程的Handler处理，Handler将结果send给client (下面是核心代码)

多Reactor多线程

存在多个Reactor，每个Reactor都有自己的selector选择器，线程和dispatch

主线程中的mainReactor通过自己的selector监控连接建立事件，收到事件后通过Accpetor接收，将新的连接分配给某个子线程

子线程中的subReactor将mainReactor分配的连接加入连接队列中通过自己的selector进行监听，并创建一个Handler用于处理后续事件

Handler完成read->业务处理->send的完整业务流程

Netty服务器的启动流程

			绑定线程组
			bootstrap.group(parentGroup, childGroup)
              设置使用的channel
               .channel(NioServerSocketChannel.class)
               设置参数
               .option(ChannelOption.SO_BACKLOG, 1024)
               绑定事件处理类
               .childHandler(new ChildChannelHandler());
           绑定端口并且同步等待操作完成
             ChannelFuture channelFuture = bootstrap.bind(port);
           等待服务端链路关闭之后main函数才退出
             channelFuture.channel().closeFuture().sync();

1 绑定线程组，boss线程池用来处理客户端连接，work用来处理任务。
2 选择使用通道模型，NIO或者BIO
3 绑定事件处理类，包括重写channelactive、channelread等
4 绑定端口并且同步等待操作完成。bind(port)
- 首先创建、初始化、注册netty的channel，由于注册是一个异步的过程，所以initAndRegister()方法返回的是一个ChannelFuture，该类是netty对java的Future的拓展类。
- 在执行绑定操作之前需要先判断是否注册成功，如果成功则执行绑定方法，否则添加一个listener到Future中，listener会在future成功之后会被调用。
  - 先创建channel实例 createChannel()
  - 然后是初始化channel，将channel、childHandler的参数设置到对应对象上，然后将childHandler添加到channel的pipeline中
  - 注册了一个ChannelInitializer到channelpipeline上，该ChannelInitializer的initChannel方法创建了一个ServerBootstrapAcceptor注册到channel上，这个ServerBootstrapAcceptor会在服务器处理连接请求时使用
- doBind方法是真正执行绑定操作的方法，是调用java的的ServerSocket#bind方法。
5 等服务器channel关闭后退出

Netty与tomcat的区别

Netty和Tomcat最大的区别就在于通信协议，Tomcat是基于Http协议的，他的实质是一个基于http协议的web容器，但是Netty不一样，他能通过编程自定义各种协议，因为netty能够通过codec自己来编码/解码字节流，完成类似redis访问的功能，这就是netty和tomcat最大的不同。

Netty基本常识