Netty網絡框架

buffer[緩沖區]; S2[Channel的flush方法] --發送緩沖區中的數據并清空--> buffer[緩沖區]; buffer --發送--> S3[SocketChannel];

write():將數據寫入到緩沖區
flush():發送緩沖區中的數據并進行清空
writeAndFlush():將數據寫入到緩沖區,同時發送緩沖區中的數據并進行清空

Channel的writeAndFlush()和flush()方法會從鏈表的最后一個節點開始從后往前尋找有OUT性質的Handler進行處理。

ChannelHandlerContext的writeAndFlush()和flush()方法會從當前節點從后往前尋找有OUT性質的Handler進行處理。

關于寫就緒事件

當SocketChannel可以寫入數據時，將會觸發寫就緒事件，所以一般不能隨便監聽，否則將會一直觸發。

當SocketChannel在寫入數據寫不進時（緩沖區已經滿了），向Selector傳遞要監聽此Channel的寫就緒事件，然后強制發送緩沖區中的數據并進行清空，此時將會觸發寫就緒事件，當Selector處理完寫就緒事件后，應當剔除監聽此Channel的寫就緒事件。

為什么說Netty中的所有操作都是異步的

Channel中的所有任務都會放入到其綁定的EventLoop的任務隊列中，然后等待被EventLoop中的線程處理。

關于ChannelFuture

由于Netty中的所有操作都是異步的，因此一般會返回ChannelFuture對象，用于存儲Channel異步執行的結果。

當創建ChannelFuture實例時，isDone()方法返回false，僅當ChannelFuture被設置成成功或者失敗時，isDone()方法才返回true。

可以往ChannelFuture中添加ChannelFutureListener，當任務被執行完畢后由IO線程自動調用。

Netty中的ByteBuf

ByteBuf有readerIndex和writerIndex兩個指針，默認都為0，當進行寫操作時移動writerIndex指針，讀操作時移動readerIndex指針。

可讀容量 = writerIndex - readerIndex

*只有read()/write()方法才會移動指針，get()/set()方法不會移動指針。

*ByteBuf支持動態擴容。

ByteBuf的創建和管理

使用ByteBufAllocator來創建和管理ByteBuf，其分別提供PooledByteBufAllocator和UnpooledByteBufAllocator實現類，分別代表池化和非池化。

*Netty同時也提供了Pooled和Unpooled工具類來創建和管理ByteBuf。

池化的ByteBuf（Pooled）

每次使用時都從池中取出一個ByteBuf對象，當使用完畢后再放回到池中。

每個ByteBuf都有一個refCount屬性，僅當refCount屬性為0時才將ByteBuf對象放回到池中。

ByteBuf的release()方法可以使refCount屬性減1（一般由最后一個訪問ByteBuf的Handler進行處理）

非池化的ByteBuf（Unpooled）

每次使用時都創建一個新的ByteBuf對象。

使用池化ByteBuf的風險

如果每次使用ByteBuf后卻不進行釋放，那么有可能發生內存泄漏，對象池中會不停的創建ByteBuf對象。

非池化的ByteBuf對象能夠依賴JVM自動進行回收。

關于堆內和堆外的ByteBuf

池化和非池化的ByteBufAllocator中都可以創建堆內和堆外的ByteBuf對象。

堆外的ByteBuf可以避免在進行IO操作時數據從堆內內存復制到操作系統內存的過程，所以對于IO操作來說一般使用堆外的ByteBuf，而對于內部業務數據處理來說使用堆內的ByteBuf。

Netty支持的IO模型

Netty支持BIO、NIO、AIO三種IO模型。

*其中AIO模型只在Netty的5.x版本有提供，但不建議使用，因為Netty不再維護同時也廢除了5.x版本，其原因是在Linux中AIO比NIO強不了多少。

Netty如何切換IO模型

只需要將EventLoopGroup和ServerSocketChannel換成相應IO模型的API即可。

Netty中使用Reactor模式

Reactor單線程模式

EventLoopGroup eventLoopGroup = new NioEventLoopGroup(1);

Reactor多線程模式

EventLoopGroup eventLoopGroup = new NioEventLoopGroup();

*默認CPU核數 x 2個EventLoop。

主從Reactor多線程模式

EventLoopGroup bossGroup = new NioEventLoopGroup();
EventLoopGroup workerGroup = new NioEventLoopGroup();

關于TCP的粘包和半包

粘包（多個數據包被合并成一個進行發送）

graph LR; data1[ABC] --> compact[ABCDEF]; data2[DEF] --> compact; compact --send--> net[網絡]

半包（一個數據包被拆分成多個進行發送）

graph LR; data1[ABCDEF] --> part1[ABC]; data1 --> part2[DEF]; part1 --send--> net1[網絡]; part2 --send--> net2[網絡];

發生粘包的原因

1.寫入的數據遠小于緩沖區的大小，TCP協議為了性能的考慮，合并后再進行發送。

發生半包的原因

1.寫入的數據大于緩沖區的大小，因此必須拆包后再進行傳輸（緩沖區已滿，強制flush）

2.寫入的數據大于協議的MTU（最大傳輸單元），因此必須拆包后再進行傳輸。

TCP長連接的缺陷

長連接中可以發送多個請求，同時TCP協議是流式協議，消息無邊界，所以有一個很棘手的問題，接收方怎么去知道一個請求中的數據到底是哪里到哪里，以及一個請求中的數據有可能是粘包后的結果，同時多個請求中的數據有可能是半包后的結果。

解決方案

1.使用短連接，連接開始和連接結束之間的數據就是請求的數據。

2.使用固定的長度，每個請求中的數據都使用固定的長度，接收方以接收到固定長度的數據來確定一個完整的請求數據。

3.使用指定的分隔符，每個請求中的數據的末尾都加上一個分隔符，接收方以分隔符來確定一個完整的請求數據。

4.使用特定長度的字段去存儲請求數據的長度，接收方根據請求數據的長度來確定一個完整的請求數據。

Netty對TCP長連接缺陷的解決方案

FixedLengthFrameDecoder:使用固定的長度

DelimiterBasedFrameDecoder:使用指定的分隔符

LengthFieldBasedFrameDecoder:使用特定長度的字段去存儲請求數據的長度

關于TCP的KeepAlive

正常情況下雙方建立連接后是不會斷開的，KeepAlive就是防止連接雙方中的任意一方由于意外斷開而通知不到對方，導致對方一直持有連接，占用資源。

*建立連接需要三次握手、正常斷開連接需要四次揮手。

KeepAlive有三個核心參數

net.ipv4.tcp_keepalive_timeout:連接的超時時間(默認7200s)

net.ipv4.tcp_keepalive_intvl:發送探測包的間隔(默認75s)

tnet.ipv4.cp_keepalive_probes:發送探測包的個數(默認9個)

這三個參數都是系統參數，會影響部署在機器上的所有應用。

KeepAlive的開關是在應用層開啟的，只有當應用層開啟了KeepAlive，KeepAlive才會生效。

java.net.Socket.setKeepAlive(boolean on);

當連接在指定時間內沒有發送請求時，開啟KeepAlive的一端就會向對方發送一個探測包，如果對方沒有回應，則每隔指定時間發送一個探測包，總共發送指定個探測包，如果對方都沒有回應則認為對方不可用，斷開連接。

為什么要做應用層的KeepAlive

1.KeepAlive參數是系統參數，對于應用來說不夠靈活。

2.默認檢測一個不可用的連接所需要的時間太長。

怎么做應用層的KeepAlive

1.定時任務

客戶端定期向所有已經建立連接的服務端發送心跳檢測，如果服務端連續沒有回應指定個心跳檢測，則認為對方不可用，此時客戶端應該重連。

服務端定期向所有已經建立連接的客戶端發送心跳檢測，如果客戶端連續沒有回應指定個心跳檢測，則認為對方不可用，此時應該斷開連接。

2.計時器

連接在指定時間內沒有發送請求則認為對方不可用

Netty對KeepAlive的支持

Netty開啟KeepAlive

Bootstrap.option(ChannelOption.SO_KEEPALIVE,true);
ServerBootstrap.childOption(ChannelOption.SO_KEEPALIVE,true);

Netty提供的KeepAlive機制

Netty提供的IdleStateHandler能夠檢測處于Idle狀態的連接。

Idle狀態類型

reader_idle:SocketChannel在指定時間內都沒有數據可讀

writer_idle:SocketChannel在指定時間內沒有寫入數據

all_idle:SocketChannel在指定時間內沒有數據可讀或者沒有寫入數據

直接將IdleStateHandler添加到ChannelPipeline即可，當Netty檢測到處于Idle狀態的連接時，將會自動調用其Handler的userEventTriggered()方法，用戶只需要在該方法中判斷Idle狀態的類型，然后做出相應的處理。

關于HTTP的KeepAlive

HTTP的KeepAlive是對長連接和短連接的選擇，并不是保持連接存活的一種機制。

HTTP是基于請求和響應的，客戶端發送請求給服務端然后等待服務端的響應，當服務端檢測到請求頭中包含Connection:KeepAlive時，表示客戶端使用長連接，此時服務端應該保持連接，當檢測到請求頭中包含Connection:close時，表示客戶端使用短連接，此時服務端應該主動斷開連接。

TCP并不是基于請求和響應的，客戶端可以發送請求給服務端，同時服務端也可以發送請求給客戶端。

本文鏈接：https://blog.csdn.net/weixin_45714179/article/details/103387137

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