第 1 章 Netty 背景介紹

一、Netty簡介

• Netty 是由 JBOSS 提供的一個 Java 開源框架，現為 Github 上的獨立項目。
• Netty 是一個異步的、基于事件驅動的網絡應用框架，用以快速開發高性能、高可靠性的網絡 IO 程序。
• Netty 主要針對在 TCP 協議下，面向 Clients 端的高并發應用，或者 Peer-to-Peer 場景下的大量數據持續傳輸的應用。
• Netty 本質是一個 NIO 框架，適用于服務器通訊相關的多種應用場景
  

二、應用場景

在分布式系統中，各個節點之間需要遠程服務調用，高性能的 RPC 框架必不可少，Netty 作為 異步高性能的通信框架，往往作為基礎通信組件被這些 RPC 框架使用。

典型的應用有：阿里分布式服務框架 Dubbo 的 RPC 框架使用 Dubbo 協議進行節點間通信，Dubbo 協議默 認使用 Netty 作為基礎通信組件，用于實現各進程節點之間的內部通信

三、3種IO方式

I/O 模型簡單的理解：就是用什么樣的通道進行數據的發送和接收，很大程度上決定了程序通信的性能

Java 共支持 3 種網絡編程模型/IO 模式：BIO、NIO、AIO

• Java BIO：同步阻塞方式（傳統阻塞型），服務器實現模式為一個連接對應一個線程，即客戶端有連接請求時服務器端就需要啟動一個線程進行處理，如果這個連接不做任何事情會造成不必要的線程開銷

• Java NIO：同步非阻塞，服務器實現模式為一個線程處理多個請求。客戶端發送的連接請求都會注冊到多路復用器上，多路復用器輪詢到連接有 I/O 請求就進行處理

• JavaAIO(NIO.2) ： 異步非阻塞，AIO 引入異步通道的概念，采用了 Proactor 模式，簡化了程序編寫，有效
  的請求才啟動線程，它的特點是先由操作系統完成后才通知服務端程序啟動線程去處理，一般適用于連接數較
  多且連接時間較長的應用

BIO、NIO、AIO 適用于不同的場景

• BIO 用于連接數目較小且固定的架構，這種方式對于服務器性能要求較高，并發局限于應用中， JDK1.4
  以前的唯一選擇，但程序簡單易理解。
• NIO 適合連接數目較多且連接較短（輕操作）的框架，比如聊天服務器，彈幕系統，服務器間通訊等。 編程比較復雜，JDK1.4 開始支持
• AIO 方式使用于連接數目多且連接比較長（重操作）的架構，比如相冊服務器，充分調用 OS 參與并發操作， 編程比較復雜，JDK7 開始支持。

第 2 章 Java BIO 編程

一、基本介紹

• JavaBIO 就是傳統的 javaiBo 編程，其相關的類和接口在 java.io
• BIO(blockingI/O) ： 同步阻塞，服務器實現模式為一個連接一個線程，即客戶端有連接請求時服務器端就需 要啟動一個線程進行處理，如果這個連接不做任何事情會造成不必要的線程開銷，可以通過線程池機制改善(實 現多個客戶連接服務器)。
• BIO 方式適用于連接數目比較小且固定的架構，這種方式對服務器資源要求比較高，并發局限于應用中， JDK1.4 以前的唯一選擇，程序簡單易理解

二、JavaBIO 工作機制

對 BIO 編程流程

• 服務器端啟動一個 ServerSocket
• 客戶端啟動 Socket 對服務器進行通信，默認情況下服務器端需要對每個客戶 建立一個線程與之通訊
• 客戶端發出請求后, 先咨詢服務器是否有線程響應，如果沒有則會等待，或者被拒絕
• 如果有響應，客戶端線程會等待請求結束后，在繼續執行
  

三、JavaBIO 應用實例

使用 BIO 模型編寫一個服務器端，監聽 6666 端口，當有客戶端連接時，就啟動一個線程與之通訊。 要求使用線程池機制改善，可以連接多個客戶端。

服務器端可以接收客戶端發送的數據(telnet 方式即可)。

代碼示例：

public class BIOServer {

    public static void main(String[] args) throws IOException {
        //1、創建線程池
        ExecutorService executorService = Executors.newCachedThreadPool();

        //2、如果客戶端連接，就創建一個線程與之通信
        ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(6666);
        TheadPrint.print("服務器已啟動");
        while (true) {
            //監聽，等待客戶端連接
            TheadPrint.print("等待連接...");
            final Socket socket = serverSocket.accept();
            TheadPrint.print("連接到一個客戶端");

            //使用一個線程與之通信
            executorService.execute(() -> {
                handler(socket);
            });
        }
    }

    //handler方法，與客戶端通信
    private static void handler(Socket socket) {
        try {
            byte[] bytes = new byte[1024];
            //得到輸入流
            InputStream inputStream = socket.getInputStream();
            while (true) {
                //將流數據讀取到byte數組中
                //返回值是讀取個數，-1表示空
                TheadPrint.print("等待讀取內容..");
                int len = inputStream.read(bytes);
                if (len != -1) {
                    //輸出讀取到的內容
                    TheadPrint.print(new String(bytes, 0, len));
                } else {
                    break;
                }
            }

        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            try {
                socket.close();
                TheadPrint.print("連接關閉");
            } catch (IOException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
}

其實TheadPrint.print是對System.out.println的封裝，加上時間和線程信息，代碼如下：

public class TheadPrint {

    public static void print(String str) {
        SimpleDateFormat df = new SimpleDateFormat("HH:mm:ss:SSS");//設置日期格式
        System.out.println(df.format(new Date()) + " [" + Thread.currentThread().getName() + "]: " + str);
    }

}

啟動之后控制臺輸出如下信息，可以看出主線程在13行的serverSocket.accept()處阻塞

接著在命令行輸入下面的命令，使用telnet連接BIO服務器

telnet 127.0.0.1 6666

連接之后，服務會輸出下面的內容，顯示連接到一個客戶端，并等待接收內容。可以看到連接到一個客戶端之后就啟用了一個線程，而且該線程在33行的inputStream.read處阻塞：

然后使用ctrl+]進行telnet命令行模式，并使用send hello world命令發送數據：

服務會輸出接收到的內容，并且繼續在33行的inputStream.read處阻塞：

這時如果我們按照上述步驟再次連接一個客戶端，可以看到服務器控制臺輸入下面的內容。從線程名稱可以看出，BIO每一個客戶端連接都由一個線程操作：

四、JavaBIO 問題分析

BIO 存在下面這些問題：

• 每個請求都需要創建獨立的線程，與對應的客戶端進行數據 Read，業務處理，數據 Write
• 當并發數較大時，需要創建大量線程來處理連接，系統資源占用較大。
• 連接建立后，如果當前線程暫時沒有數據可讀，則線程就阻塞在 Read 操作上，造成線程資源浪費