
👆点击“博文视点Broadview”,获取更多书讯

在开始了解Netty是什么之前,我们先来回顾一下,如果需要实现一个客户端与服务端通信的程序,使用传统的IO编程,应该如何来实现?
IO编程
我们简化一下场景:客户端每隔两秒发送一个带有时间戳的“hello world”给服务端,服务端收到之后打印它。
在传统的IO模型中,每个连接创建成功之后都需要由一个线程来维护,每个线程都包含一个while死循环,那么1万个连接对应1万个线程,继而有1万个while死循环,这就带来如下几个问题。
为了解决这3个问题,JDK在1.4版本之后提出了NIO。
NIO编程
在NIO编程模型中,新来一个连接不再创建一个新线程,而是可以把这个连接直接绑定到某个固定的线程,然后这个连接所有的读写都由这个线程来负责,那么它是怎么做到的?我们用下图来对比一下IO与NIO。

如上图所示,在IO模型中,一个连接来了,会创建一个线程,对应一个while死循环,死循环的目的就是不断监测这个连接上是否有数据可以读。在大多数情况下,1万个连接里面同一时刻只有少量的连接有数据可读,因此,很多while死循环都白白浪费掉了,因为读不出数据。
而在NIO模型中,这么多while死循环转换为一个死循环,这个死循环由一个线程控制,那么NIO又是如何做到一个线程一个while死循环就能监测1万个连接是否有数据可读的呢?
这就是NIO模型中Selector的作用,一个连接来了之后,不会创建一个while死循环去监听是否有数据可读,而是直接把这条连接注册到Selector上。然后,通过检查这个Selector,就可以批量监测出有数据可读的连接,进而读取数据。下面我们举一个生活中非常简单的例子来说明IO与NIO的区别。
在一家幼儿园里,小朋友有上厕所的需求,小朋友都太小以至于你要问他要不要上厕所,他才会告诉你。幼儿园一共有100个小朋友,有两种方案可以解决小朋友上厕所的问题。
1.每个小朋友都配一个老师。每个老师都隔段时间询问小朋友是否要上厕所。如果要上,就领他去厕所,100个小朋友就需要100个老师来询问,并且每个小朋友上厕所的时候都需要一个老师领着他去,这就是IO模型,一个连接对应一个线程。
2.所有的小朋友都配同一个老师。这个老师隔段时间询问所有的小朋友是否有人要上厕所,然后每一时刻把所有要上厕所的小朋友批量领到厕所,这就是NIO模型。所有小朋友都注册到同一个老师,对应的就是所有的连接都注册到同一个线程,然后批量轮询。
这就是NIO模型解决线程资源受限问题的方案。在实际开发过程中,我们会开多个线程,每个线程都管理着一批连接,相对于IO模型中一个线程管理一个连接,消耗的线程资源大幅减少。
由于NIO模型中线程数量大大降低,因此线程切换效率也大幅度提高。
IO读写是面向流的,一次性只能从流中读取一字节或者多字节,并且读完之后流无法再读取,需要自己缓存数据。而NIO的读写是面向Buffer的,可以随意读取里面任何字节数据,不需要自己缓存数据,只需要移动读写指针即可。
简单讲完了JDK NIO的解决方案之后,接下来我们使用NIO方案替换掉IO方案。先来看看,如果用JDK原生的NIO来实现服务端,该怎么做。
前方高能预警:以下代码可能会让你感觉极度不适,如有不适,请跳过。
NIOServer.java
/** * @author 闪电侠 */public class NIOServer { public static void main(String[] args) throws IOException { Selector serverSelector = Selector.open(); Selector clientSelector = Selector.open();
new Thread(() -> { try { // 对应IO编程中的服务端启动 ServerSocketChannel listenerChannel = ServerSocketChannel.open(); listenerChannel.socket().bind(new InetSocketAddress(8000)); listenerChannel.configureBlocking(false); listenerChannel.register(serverSelector, SelectionKey.OP_ACCEPT);
while (true) { // 监测是否有新连接,这里的1指阻塞的时间为 1ms if (serverSelector.select(1) > 0) { Set<SelectionKey> set = serverSelector.selectedKeys(); Iterator<SelectionKey> keyIterator = set.iterator();
while (keyIterator.hasNext()) { SelectionKey key = keyIterator.next();
if (key.isAcceptable()) { try { // (1)每来一个新连接,不需要创建一个线程,而是直接注册到clientSelector SocketChannel clientChannel = ((ServerSocketChannel) key.channel()).accept(); clientChannel.configureBlocking(false); clientChannel.register(clientSelector, SelectionKey.OP_READ); } finally { keyIterator.remove(); } }
} } } } catch (IOException ignored) { }
}).start();
new Thread(() -> { try { while (true) { // (2)批量轮询哪些连接有数据可读,这里的1指阻塞的时间为 1ms if (clientSelector.select(1) > 0) { Set<SelectionKey> set = clientSelector.selectedKeys(); Iterator<SelectionKey> keyIterator = set.iterator();
while (keyIterator.hasNext()) { SelectionKey key = keyIterator.next();
if (key.isReadable()) { try { SocketChannel clientChannel = (SocketChannel) key.channel(); ByteBuffer byteBuffer = ByteBuffer.allocate(1024); // (3)面向Buffer clientChannel.read(byteBuffer); byteBuffer.flip(); System.out.println(Charset.defaultCharset().newDecoder(). decode(byteBuffer) .toString()); } finally { keyIterator.remove(); key.interestOps(SelectionKey.OP_READ); } }
} } } } catch (IOException ignored) { } }).start();
}}相信大部分没有接触过NIO的读者应该会直接跳过代码来到这一行:原来使用JDK原生NIO的API实现一个简单的服务端通信程序如此复杂!
我们还是先对照NIO来解释一下核心思路。
其他细节部分,因为实在是太复杂,所以笔者不再多讲,读者也不用对代码的细节深究到底。总之,强烈不建议直接基于JDK原生NIO来进行网络开发,下面是笔者总结的原因。
正因为如此,客户端代码这里就省略了,读者可以直接使用IOClient.java与NIOServer.java通信。
JDK的NIO犹如带刺的玫瑰,虽然美好,让人向往,但是使用不当会让你抓耳挠腮,痛不欲生,正因为如此,Netty横空出世!

Netty编程
Netty到底是何方神圣?
用一句简单的话来说就是:Netty封装了JDK的NIO,让你用得更方便,不用再写一大堆复杂的代码了。
用官方正式的话来说就是:Netty是一个异步事件驱动的网络应用框架,用于快速开发可维护的高性能服务端和客户端。
下面是笔者总结的使用Netty而不使用JDK原生NIO的原因。
这些原因看不懂没有关系,在后续的章节中我们都可以学到。接下来我们用Netty来重新实现一下本章开篇的功能吧!
首先引入Maven依赖,案例后续Netty都基于4.1.6.Final版本。
<dependency> <groupId>io.netty</groupId> <artifactId>netty-all</artifactId> <version>4.1.6.Final</version> </dependency>然后是服务端实现部分。
NettyServer.java
/** * @author 闪电侠 */public class NettyServer { public static void main(String[] args) { ServerBootstrap serverBootstrap = new ServerBootstrap();
NioEventLoopGroup boss = new NioEventLoopGroup(); NioEventLoopGroup worker = new NioEventLoopGroup(); serverBootstrap .group(boss, worker) .channel(NioServerSocketChannel.class) .childHandler(new ChannelInitializer<NioSocketChannel>() { protected void initChannel(NioSocketChannel ch) { ch.pipeline().addLast(new StringDecoder()); ch.pipeline().addLast(new SimpleChannelInboundHandler<String>() { @Override protected void channelRead0(ChannelHandlerContext ctx, String msg) { System.out.println(msg); } }); } }) .bind(8000); }}这么一小段代码就实现了我们前面NIO编程中的所有功能,包括服务端启动、接收新连接、打印客户端传来的数据,怎么样?是不是比JDK原生NIO编程简洁许多?
初学Netty的时候,由于大部分人对NIO编程缺乏经验,因此,将Netty里的概念与IO模型结合起来可能更好理解。
剩下的逻辑笔者在后面的内容中会详细分析,读者可以先把这段代码复制到自己的IDE里,然后运行main函数。
下面是客户端NIO的实现部分。
NettyClient.java
/** * @author 闪电侠 */public class NettyClient { public static void main(String[] args) throws InterruptedException { Bootstrap bootstrap = new Bootstrap(); NioEventLoopGroup group = new NioEventLoopGroup();
bootstrap.group(group) .channel(NioSocketChannel.class) .handler(new ChannelInitializer<Channel>() { @Override protected void initChannel(Channel ch) { ch.pipeline().addLast(new StringEncoder()); } });
Channel channel = bootstrap.connect("127.0.0.1", 8000).channel();
while (true) { channel.writeAndFlush(new Date() + ": hello world!"); Thread.sleep(2000); } }}在客户端程序中,group对应了IOClient.java中main函数起的线程,剩下的逻辑在后面的内容中会详细分析,现在你要做的事情就是把这段代码复制到你的IDE里,然后运行main函数,最后回到NettyServer.java的控制台,你会看到效果。
使用Netty之后是不是觉得整个世界都变美好了?一方面,Netty对NIO封装得如此完美,写出来的代码非常优雅;另一方面,使用Netty之后,网络通信的性能问题几乎不用操心,尽情地让Netty“榨干”你的CPU吧。
以上内容节选自《跟闪电侠学 Netty:Netty 即时聊天实战与底层原理》一书!
目前市面上对初学者友好的Netty资料较少,网络上大多数技术博客都是一堆零散的知识点集合,无法串成一条线形成一个体系。
本书作者俞超老师(闪电侠)在多年的Netty实战、调优、“踩坑”过程中积累了丰富的经验,持续在网络上分享的相关博客、视频等有百万+阅读量,并得到网友一致好评!
为了将这部分经验系统地分享给大家,帮助大家提升核心竞争力,俞超老师特地将Netty底层原理相关知识进行系统梳理,写作了此书。

本书上篇通过一个即时聊天的例子,让读者能够系统地使用一遍Netty,全面掌握Netty的知识点;下篇通过对源码的层层剖析,让读者能够掌握Netty底层原理,知其然并知其所以然,从而编写出高性能网络应用程序。
上篇 入门实战
在入门实战篇中,读者跟随笔者实践完这个即时聊天系统后,能够学会如何使用Netty完成最基本的网络通信程序,可以掌握以下知识点:
1. 如何启动服务端?
2. 如何启动客户端?
3. 如何设计长连自定义协议?
4. 拆包/粘包原理与实践。
5. 如何实现自定义编解码。
6. 如何使用Pipeline与ChannelHandler?
7. 心跳与空闲检测的方法。
8. 如何性能调优?
本篇通俗易懂,可一口气读完,让你一周内进入实战!
下篇 源码分析
在源码分析篇中,笔者从用户视角出发,环环相扣,带领读者逐个攻破Netty底层原理,掌握以下知识点:
1. 服务端启动流程:ServerBootstrap外观,创建NioServerSocketChannel,初始化,注册Selector,绑定端口,接收新连接。
2. 高并发线程模型:Netty无锁化串行设计,精心设计的Reactor线程模型榨干CPU、打满网卡、让应用程序性能爆表的底层原理。
3. 新连接接入流程:Boss Reactor线程,监测新连接,创建NioSocketChannel,IO线程分配,Selector注册事件。
4. 解码原理:解码顶层抽象,定长解码器,行解码器,分隔符解码器,基于长度域解码器全面分析。
5. 事件传播机制脉络:大动脉Pipeline,处理器ChannelHandler,Inbound和Outbound事件传播与异常传播的原理,编码原理。
6. writeAndFlush流程:深入了解使用最频繁的writeAndFlush的底层原理,避免踩坑。
适读人群
本书适合以下三类人群:
1. 如果你听说过或简单使用过Netty,想全面系统地学习Netty,并掌握一些性能调优方法,本书的入门实战篇可以帮助你达成这个目标。
2. 如果你深度使用过Netty,想深入了解Netty的底层设计,编写出更灵活高效的网络通信程序,本书的源码分析篇可以帮助你达成这个目标。
3. 如果你从未读过开源框架源码,本书将是你的第一本源码指导书,阅读优秀的开源软件源码可以助你写出更优美的程序。读源码并不难,难的是迈出这一小步,之后就能通往更广阔的空间。
本书推荐使用方式
01. 按章节顺序把入门实战篇的代码一章章敲出来,在没有掌握前一章节的知识点之前,建议不要跳跃学习。
02. 入门实战篇学完之后,合上书本,把本书即时聊天系统的代码再整体敲若干遍,敲的过程中可能会发现自己有遗忘知识点,这个时候可能需要不断翻阅书本,没有关系,翻阅就好了。
03. 确保最后一次实现本书的即时聊天系统的例子是没有翻阅书本的,是完全自行实现的,之后进入源码分析篇的学习。
04. 针对源码分析篇,建议读者按章节顺序来学习,不要跳跃,不要图快,每一步都要扎实。
05. 在源码学习的过程中,先跟随书本,对照源码,把对应章节的流程过一遍,每个章节学完之后,建议花较多的时间进行调试和阅读,确保掌握了前一章节的内容之后再进行下一章的学习。


京东满100减50,快快扫码抢购吧!
如果喜欢本文欢迎 在看丨留言丨分享至朋友圈 三连
热文推荐
书单 | 多角度掌握知识图谱核心要义与应用
不会Netty,你永远是个Java菜鸟
俄罗斯的数学为什么这么强?
《隐私计算》重磅发布,全面、系统论述数据要素安全流通价值
▼点击阅读原文,了解本书详情~本文分享自 博文视点Broadview 微信公众号,前往查看
如有侵权,请联系 cloudcommunity@tencent.com 删除。
本文参与 腾讯云自媒体同步曝光计划 ,欢迎热爱写作的你一起参与!