Netty高并发原理

Netty是一个高性能事件驱动的异步的非堵塞的IO(NIO)框架，用于建立TCP等底层的连接，基于Netty可以建立高性能的Http服务器。支持HTTP、 WebSocket 、Protobuf、 Binary TCP |和UDP，Netty已经被很多高性能项目作为其Socket底层基础，如HornetQ Infinispan Vert.x
Play Framework Finangle和 Cassandra。其竞争对手是：Apache MINA和 Grizzly。

传统堵塞的IO读取如下：

InputStream is = new FileInputStream("input.bin");

int byte = is.read(); // 当前线程等待结果到达直至错误

而使用NIO如下：

while (true) {

　selector.select(); // 从多个通道请求事件

　Iterator it = selector.selectedKeys().iterator();

　while (it.hasNext()) {

　　SelectorKey key = (SelectionKey) it.next();

　　handleKey(key);

　　it.remove();

｝

.csharpcode, .csharpcode pre
{
font-size: small;
color: black;
font-family: consolas, "Courier New", courier, monospace;
background-color: #ffffff;
/*white-space: pre;*/
}
.csharpcode pre { margin: 0em; }
.csharpcode .rem { color: #008000; }
.csharpcode .kwrd { color: #0000ff; }
.csharpcode .str { color: #006080; }
.csharpcode .op { color: #0000c0; }
.csharpcode .preproc { color: #cc6633; }
.csharpcode .asp { background-color: #ffff00; }
.csharpcode .html { color: #800000; }
.csharpcode .attr { color: #ff0000; }
.csharpcode .alt
{
background-color: #f4f4f4;
width: 100%;
margin: 0em;
}
.csharpcode .lnum { color: #606060; }

堵塞与非堵塞原理

传统硬件的堵塞如下，从内存中读取数据，然后写到磁盘，而CPU一直等到磁盘写完成，磁盘的写操作是慢的，这段时间CPU被堵塞不能发挥效率。

Netty高并发原理

使用非堵塞的DMA如下图：CPU只是发出写操作这样的指令，做一些初始化工作，DMA具体执行，从内存中读取数据，然后写到磁盘，当完成写后发出一个中断事件给CPU。这段时间CPU是空闲的，可以做别的事情。这个原理称为Zero.copy零拷贝。

Netty高并发原理

Netty底层基于上述Java NIO的零拷贝原理实现：

Netty高并发原理

比较

Tomcat是一个Web服务器，它是采取一个请求一个线程，当有1000客户端时，会耗费很多内存。通常一个线程将花费 256kb到1mb的stack空间。
Node.js是一个线程服务于所有请求，在错误处理上有限制
Netty是一个线程服务于很多请求，如下图，当从Java NIO获得一个Selector事件，将激活通道Channel。

Netty高并发原理

演示

Netty的使用代码如下：

Channel channel = ...

ChannelFuture cf = channel.write(data);

cf.addListener(

　　new ChannelFutureListener() {

　　　@Override

　　　public void operationComplete(ChannelFuture future)　throws Exception {

　　　　　if(!future.isSuccess() {

　　　　　　　　future.cause().printStacktrace();

...

...

});

...

cf.sync();

通过引入观察者监听，当有数据时，将自动激活监听者中的代码运行。

我们使用Netty建立一个服务器代码：

public class EchoServer {

    private final int port;

    public EchoServer(int port) {

        this.port = port;

    public void run() throws Exception {

        // Configure the server.

        EventLoopGroup bossGroup = new NioEventLoopGroup();

        EventLoopGroup workerGroup = new NioEventLoopGroup();

        try {

            ServerBootstrap b = new ServerBootstrap();

            b.group(bossGroup, workerGroup).channel(NioServerSocketChannel.class).option(ChannelOption.SO_BACKLOG, 100)

                   .handler(new LoggingHandler(LogLevel.INFO)).childHandler(new ChannelInitializer<SocketChannel>() {

                       @Override

                       public void initChannel(SocketChannel ch) throws Exception {

                           ch.pipeline().addLast(

                           // new LoggingHandler(LogLevel.INFO),

                                   new EchoServerHandler());

});

            // Start the server.

            ChannelFuture f = b.bind(port).sync();

            // Wait until the server socket is closed.

            f.channel().closeFuture().sync();

        } finally {

            // Shut down all event loops to terminate all threads.

            bossGroup.shutdownGracefully();

            workerGroup.shutdownGracefully();

这段代码调用：在9999端口启动

new EchoServer(9999).run();

我们需要完成的代码是EchoServerHandler：

public class EchoServerHandler extends ChannelInboundHandlerAdapter {

    private static final Logger logger = Logger.getLogger(EchoServerHandler.class.getName());

    @Override

    public void channelRead(ChannelHandlerContext ctx, Object msg) throws Exception {

        ctx.write(msg);

    @Override

    public void channelReadComplete(ChannelHandlerContext ctx) throws Exception {

        ctx.flush();

    @Override

    public void exceptionCaught(ChannelHandlerContext ctx, Throwable cause) {

        // Close the connection when an exception is raised.

        logger.log(Level.WARNING, "Unexpected exception from downstream.", cause);

        ctx.close();

原理

一个Netty服务器的原理如下：

Netty高并发原理

图中每次请求的读取是通过UpStream来实现，然后激活我们的服务逻辑如EchoServerHandler，而服务器向外写数据，也就是响应是通过DownStream实现的。每个通道Channel包含一对UpStream和DownStream，以及我们的handlers（EchoServerHandler），如下图，这些都是通过channel pipeline封装起来的，数据流在管道里流动，每个Socket对应一个ChannelPipeline。

Netty高并发原理

CHANNELPIPELINE是关键，它类似Unix的管道，有以下作用：

为每个Channel 保留 ChannelHandlers ，如EchoServerHandler
所有的事件都要通过它
不断地修改：类似unix的SH管道： echo "Netty is shit...." | sed -e 's/is /is the /'
一个Channel对应一个 ChannelPipeline
包含协议编码解码安全验证SSL/TLS和应用逻辑

客户端代码

前面我们演示了服务器端代码，下面是客户端代码：

public class EchoClient {

    private final String host;

    private final int port;

    private final int firstMessageSize;

    public EchoClient(String host, int port, int firstMessageSize) {

        this.host = host;

        this.port = port;

        this.firstMessageSize = firstMessageSize;

    public void run() throws Exception {

        // Configure the client.

        EventLoopGroup group = new NioEventLoopGroup();

        try {

            Bootstrap b = new Bootstrap();

           b.group(group).channel(NioSocketChannel.class).option(ChannelOption.TCP_NODELAY, true).handler(new ChannelInitializer<SocketChannel>() {

                @Override

                public void initChannel(SocketChannel ch) throws Exception {

                   ch.pipeline().addLast(

                   // new LoggingHandler(LogLevel.INFO),

                           new EchoClientHandler(firstMessageSize));

});

            // Start the client.

            ChannelFuture f = b.connect(host, port).sync();

            // Wait until the connection is closed.

            f.channel().closeFuture().sync();

        } finally {

            // Shut down the event loop to terminate all threads.

            group.shutdownGracefully();

客户端的应用逻辑EchoClientHandler：

public class EchoClientHandler extends ChannelInboundHandlerAdapter {

    private static final Logger logger = Logger.getLogger(EchoClientHandler.class.getName());

    private final ByteBuf firstMessage;

/**

     * Creates a client-side handler.

*/

    public EchoClientHandler(int firstMessageSize) {

        if (firstMessageSize <= 0) {

            throw new IllegalArgumentException("firstMessageSize: " + firstMessageSize);

        firstMessage = Unpooled.buffer(firstMessageSize);

        for (int i = 0; i < firstMessage.capacity(); i++) {

            firstMessage.writeByte((byte) i);

    @Override

    public void channelActive(ChannelHandlerContext ctx) {

        ctx.writeAndFlush(firstMessage);

        System.out.print("active");

    @Override

    public void channelRead(ChannelHandlerContext ctx, Object msg) throws Exception {

        ctx.write(msg);

        System.out.print("read");

    @Override

    public void channelReadComplete(ChannelHandlerContext ctx) throws Exception {

        ctx.flush();

        System.out.print("readok");

    @Override

    public void exceptionCaught(ChannelHandlerContext ctx, Throwable cause) {

        // Close the connection when an exception is raised.

        logger.log(Level.WARNING, "Unexpected exception from downstream.", cause);

        ctx.close();

转载自：http://www.jdon.com/concurrent/netty.html

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Netty高并发原理

而使用NIO如下：

堵塞与非堵塞原理

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客户端代码

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