Netty学习笔记

1.Netty的高性能体现在哪些方面？

（1）异步非阻塞通信。使用异步非阻塞通信方式，利用I/O多路复用技术，只需少量的线程就能管理大量的网络连接的读写操作。

（2）采用高效的Reactor线程模型。

支持三种Reactor线程模型：Reactor单线程模型、Reactor多线程模型、主从Reactor多线程模型。

（3）串行无锁化设计。NioEventLoop线程池采用串行无锁化执行方式，避免多线程竞争（锁同步）引起的性能下降，比一个队列+线程池模型的性能更好。

（4）高效的并发编程。大量使用volatile；广泛使用CAS和原子类；使用线程安全的容器；通过读写锁提升并发性能。

（5）高性能的序列化框架。默认支持Google Protobuf，也可以扩展Netty编解码接口实现自己的高性能序列化方式。

（6）零拷贝。Netty有三种情况使用了零拷贝技术。

第一种情况：Netty的接受和发送ByteBuf可以采用Direct Buffer，使用堆外内存进行I/O读写，不需要进行字节缓存区的二次拷贝。注意：Netty也支持堆内存方式。

第二种情况：CompositeByteBuf类可以将多个ByteBuf合并成一个逻辑上的ByteBuf，避免ByteBuf之间的相互拷贝。

第三种情况：文件传输使用零拷贝。Netty的文件传输类DefaultFileRegion的transferTo方法直接将文件缓存区的数据发送到目标Channel，避免通过传统的循环write方式导致的内存拷贝问题。

（7）内存池。接受、发送缓冲区在使用堆外内存时，利用内存池最大程度地重用缓存区，极大得降低堆外内存分配和释放的消耗时间。

（8）灵活的TCP参数配置能力。常用的TCP配置参数有：

SO_BACKLOG 对应listen函数的backlog参数，表示入队的未完成、已完成三次握手的连接请求数的最大值，UNIX网络编程_卷一一书有权威的讲解。

SO_REUSEADDR 重用TIME_WAIT套接字。

TCP_NODELAY TCP Nagle算法，减少小包的发送，为了降低延迟通常会关闭。

SO_KEEPALIVE TCP协议自身的心跳，在业务层通常也会实现心跳。

SO_RCVBUF 接受缓存区的大小。

SO_SNDBUF 发送缓存区的大小。

2.Netty的执行流程是怎样的？

（1）创建ServerBootstrap实例。

（2）创建parentGroup和childGroup，都是EventLoopGroup对象，内部会创建Reactor线程模型中的处理线程池。

EventLoopGroup接口的实现有：NioEventLoopGroup，EpollEventLoopGroup，KQueueEventLoopGroup。

（3）调用ServerBootstrap的group方法绑定parentGroup和childGroup。

（4）调用ServerBootstrap的channel方法，指定ServerChannel接口的实现类，accept新连接时使用该实现类创建ServerChannel对象。

（5）调用ServerBootstrap的option、childOption方法，设置TCP配置参数。

（6）调用ServerBootstrap的childHandler方法，设置channel初始化器，为ChannelInitializer抽象类的子类。

accept新连接时，创建好ServerChannel对象后，通过channel初始化器往channel的pipeline中添加ChannelHandler，例如编解码处理器、连接心跳管理处理器、ssl处理器、业务计算处理器等等。当channel上发生网络I/O事件时，通过pipeline中的ChannelHandler链进行处理。

（7）调用ServerBootstrap的bind方法，绑定、并监听端口。

（8）当监听channel上出现可读（OP_READ）或者可接受(OP_ACCEPT)事件时，netty底层会调用accept方法接受这个新连接，创建一个新的channel，同时调用channel初始化器initChannel方法，构建完整的channel处理器链。创建好channel之后，把这个channel注册到网络I/O事件监听列表中。

（9）当普通channel上出现可读（OP_READ）事件时，netty底层先调用read方法将数据读入字节数组中（默认采用堆外内存零拷贝方式读取数据），然后使用channel的pipline处理器链依次进行处理：对接受的数据反序列化，ssl认证，业务处理，对响应数据序列化，发送响应等等。

（10）心跳检测，当channel上超过指定时间没有发生网络I/O时间，心跳处理ChannelHandler就会发出IdleStateEvent事件，通常在业务处理ChannelHandler的userEventTriggered方法中进行处理，关闭channel，清理相关联的业务数据，或者输出日志信息。

3.Netty支持哪些心跳类型？

支持三种心跳类型：ReaderIdle，WriterIdle，AllIdle，分别是读心跳检测，写心跳检测和全部心跳检测。

读心跳检测：检测超时时间内是否有接受到对端的数据包，如果没有发出ReaderIdleStateEvent事件。

写心跳检测：检测超时时间内是有有向对端发出数据包，如果没有发出WriterIdleStateEvent事件。

全部心跳检测：检测超时时间内是否有接受到对端的数据包，或者是否有向对端发出数据包，如果都没有发出AllIdleState事件。

4.Netty的心跳机制是如何实现的？

TCP保持长连接的过程中，可能出现断网、某一端掉电（没有执行关闭socket）等网络异常，异常发生时，如果client和server之间没有网络交互，两方不能及时发现连接已经断开。对于服务端而言，无效的连接会一直占用系统资源，应该及时发现后关闭socket，释放掉占用的资源。通过心跳机制来解决这个问题。

TCP自带有心跳机制，提供了SO_KEEPALIVE长连接心跳保活选型。TCP自带的心跳机制不够灵活，一般在应用层会实现自定义的心跳机制。

Netty通过channel的IdleStateHandler和定时任务实现心跳检测。当新连接的channel创建时，调用channel初始化器的InitChannel方法把IdleStateHandler加入channel的处理器链pipline中，然后调用ChannelHandler的channelActive、channelRegistered方法启动心跳检测定时任务。当channel上发生读写操作时，调整心跳检测的状态和读写事件发生的时刻。心跳检测定时任务执行时检测上一次读/写发生后经过的时间长度有没有过期，如果没有过期用新的时间间隔启动下一个心跳检测定时任务；如果过期先用新的时间间隔启动下一个心跳检测定时任务，然后发出IdleStateEvent事件。当channel对应的连接断开时，ChannelHandler的channelInActive、channelRemove方法会被调用，此时取消开启的心跳检测任务。

5.Netty发送消息有几种方式？

（1）调用Channel的发送方法。

（2）调用与ChannelHandler绑定的ChannelHandlerContext的发送方法。

6.Netty中有哪些重要组件？

（1）Channel：是Netty的网络抽象类，封装了socket，包含所有的网络I/O操作方法，例如connect，bind，read，write等。

（2）EventLoop：用于处理channel上发生的网络I/O事件，内部会创建线程池，把channel的网络I/O事件封装成任务放入线程池进行处理。

（3）ChannelFuture：Netty中的I/O操作都是异步处理的，在发起I/O操作时，通过ChannelFuture的addListener方法注册相应的ChannelFutureListener监听器，当I/O操作完成时回调监听器的方法，告知发起方I/O操作的最终结果是失败、还是成功，发起方进而执行后续的操作。

（4）ChannelHandler：channel上网络I/O事件的处理器，不同的I/O事件有不同的处理方法，连接成功调用channelActive，连接断开调用channelInActive，接受到消息调用channelRead等等。ChannelHandler会组装成处理器链，每个ChannelHandler只执行一个操作，这种利用单一责任原则设计模式可以让代码可读性、可维护性更好。

（5）ChannelPipeline：为ChannelHandler处理器链提供容器，channel在创建时，会为channel创建只属于它的pipeline，将channel的完整的ChannelHandler处理器链保持在pipeline中。每个channel都有一个pipeline容器，pipeline中的ChannelHandler都是新new出来的，不同的channel之间并不共享ChannelHandler对象，这样设计可以保证ChannelHandler是线程安全的。

7.Netty是什么？

Netty是一个基于NIO的客户端-服务端网络通信框架，使用它可以快速地开发网络应用程序。

Netty极大地简化、优化了TCP、UDP套接字网络服务的网络编程，同时性能和安全性上都表现良好。

Netty支持多种协议，例如FTP，SMTP，HTTP以及各种二进制和基于文本的协议。

8.Netty有哪些应用场景？

（1）用于RPC框架的网络层，例如Dubbo、Motan。

（2）实现HTTP服务。

（3）开发CS架构的应用程序，例如即时聊天系统、Zookeeper。

9.为什么要用Netty？

（1）提供统一的API，支持多种传输方式：阻塞和非阻塞。

（2）线程模型简单、高效，开销低，性能非常好。

（3）自带编解码器，可以很好的解决TCP粘包/拆包问题。

（4）自带非常多的协议栈实现。

（5）容易使用，大大地降低了网络编程的难度。比直接使用Java的socket api开发高性能的网络服务的难度低得多。

（6）安全性很好，SSL/TLS以及StartTLS有完整的支持。

（7）社区活跃，成熟稳定。经过众多大项目的使用和考验，例如Dubbo，zookeeper，RocketMQ等。

10.粘包拆包发生的原因是什么？怎么解决粘包拆包？

TCP提供面向“数据流”的可靠传输服务，会出现粘包拆包问题。

UDP提供面向“数据报”的不可靠传输服务，数据包之间没有联系，并且有明确的边界，不存在粘包拆包问题。

粘包出现的主要原因：发送方写入数据小于套接字缓冲区大小，多个数据包合在一个缓冲区发送；接受方读取套接字缓冲区数据不及时，多个数据包堆积在缓冲区中。

拆包出现的主要原因：发送方写入数据大于套接字缓冲区大小，发送方发送的数据大于MTU（最大传输单元），数据包必须拆包。

粘包拆包的解决方法：指导思想是给数据包添加明确的边界。

（1）设置固定长度的数据包，长度不足时用特殊字符补齐。

（2）消息之间用特殊字符分隔，遇到分隔符时将数据包拆开。

（3）使用固定长度包头+包体的发送消息，包头里边放上包头长度的字段。

发送方按照包头、包体、包头、包体...这种固定顺序发送消息。

接收方按照包头、包体、包头、包体...这种固定顺序接受消息。

11.Netty时间轮

Netty采用的是Hashed时间轮（unsorted)，实现类为HashedWheelTimer。数据结构如下图。

由数组和双向链表组成，和HashMap的结构类似。

tickDuration字段用于表示每个tick的时间间隔，即图中圆盘的刻度。值越小精度越高，单位时间内触发次数越多，性能会有一定的下降。

ticksPerWheel代表数组的长度，即图中圆盘的长度。值越大散列程度越好，查找效率越高，但是内存开销大一些；值越小，内存开销小，冲突较多，查找效率低。

图中方框节点中的数字表示剩余圈数，即HashedWheelTimeout的remainingRouds表示的含义。

调用newTimeout方法提交任务，先写入暂存队列，在worker线程执行tick操作时真正写入时间轮。

调用cancel方法取消任务，也是先写入暂存队列，在worker线程执行tick操作时真正从时间轮中删除。

worker线程用于触发tick操作：

（1）处理待取消任务。

（2）处理待提交任务。

（3）处理超时逻辑。遍历当前刻度对应的双向链表，如果剩余圈数为0，执行定时任务的回调方法，然后从时间轮中移除。

12.Netty时间轮使用的注意事项有哪些？

（1）适用于时间精度要求不高，定时任务请求量较大的场景，例如服务端连接心跳检测。

（2）Netty时间轮中任务调度和执行是单线程，处理任务不要包含耗时的操作，否则会阻塞其他定时任务的执行。

Timer的实现方式还有：

Java的Timer、ScheduledThreadPoolExecutor 试用于时间精度高，定时任务请求小的场景。

Java的DelayQueue。

Kafa实现的带等级时间轮。

（3）不要大量创建时间轮对象，每个时间轮都会创建一个worker线程。

（4）Netty时间轮时间复杂度为：

newTimeout即startTimer O(1)

cancel即stopTimer O(1)

perTickBookKeeping O(n/m)，n为任务个数，m为ticksPerWheel数组长度。

参考资料：

[1]Reactor模型参考资料：【NIO系列】——之Reactor模型 - wier的个人空间 - OSCHINA - 中文开源技术交流社区

[2]Netty权威指南第2版

[3]1000道Java程序员必备面试题

[4]Netty ChannelOption.SO_BACKLOG配置：Netty ChannelOption.SO_BACKLOG配置_架构师的小跟班的博客-CSDN博客_channeloption.so_backlog

[5]UNIX环境高级编程

[6]Linux体系下的accept队列和SYN队列：Linux体系下的accept队列和SYN队列 - 知乎

[7]UNIX网络编程_卷一

[8]Netty时间轮调度算法原理分析，再不了解你就out啦：Netty时间轮调度算法原理分析，再不了解你就out啦，java高级特性编程及实战第三章_m0_63176399的博客-CSDN博客

[9]Netty 时间轮源码解析：Netty 时间轮源码解析

最后

以上就是健康白云为你收集整理的Netty学习笔记的全部内容，希望文章能够帮你解决Netty学习笔记所遇到的程序开发问题。

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