韩顺平netty学习笔记

1) I/O 模 型简单的理解 ： 就是 用什么样的通 道 进 行数据的发送和接收，很 大程度上决定 了 程 序通信的 性 能

2) Java共支持3种网络编程 模 型 /IO 模式： BIO 、 NIO 、 AIO

3) Java BIO ： 同步并阻 塞 ( 传统阻塞型 ) ， 服务器实现模式为一个连接一个线程，即客户端有连接请求时服务器端就需要启动一个线程进行处理，如果这个连接不做任何事情会造成不必要的线程开 销 【 简单示意图 】

4) Java NIO ： 同步非阻塞 ，服务器实现模式为一个线程处理多个请求 ( 连接 ) ，即客户端发送的连接请求都会注册到多路复用器上，多路复用器轮询到连接有 I/O 请求就进行处理 【 简单示意图 】

5) Java AIO(NIO.2) ： 异步非阻塞 ， AIO 引入异步通道的概念，采用了 Proactor 模式，简化了程序编写，有效的请求才启动线程，它的特点是先由操作系统完成后才通知服务端程序启动线程去处理，一般适用于连接数较多且连接时间较长的应用

 

1) BIO 方式适用于连接数目比较小且固定的架构，这种方式对服务器资源要求比较高，并发局限于应用中， JDK1.4 以前的唯一选择，但程 序简 单易理解 。

2) NIO 方式适用于 连接数目多且连接比较短 （轻操作）的架构，比如聊天服务器 ， 弹 幕系统，服务器间通讯等。编 程比较复杂， JDK1.4 开始支持 。

3) AIO 方式使用于 连接数目多且连接比较长 （重操作）的架构，比如相册服务器，充分调用 OS 参与并发操作，编程比较复杂， JDK7 开始支持 。

 

l Java NIO 基本介绍

1) Java NIO 全称 java non-blocking IO ，是指 JDK 提供的新 API 。从 JDK1.4 开始， Java 提供 了一 系列改进的输入 / 输出的新特性，被统称为 NIO( 即 New IO ) ，是 同步非阻塞 的

2) NIO 相关类都被放在 java.nio 包及子包下，并且对原 java.io 包中的很多类进行改写 。

3) NIO 有三大核心部分： Channel( 通道 ) ， Buffer( 缓冲区 ) , Selector( 选择器 )

4) NIO 是 面 向 缓 冲区 ，或者面向 块 编程的。数据读取到一个它稍后处理的缓冲区，需要时可在缓冲区中前后移动，这就增加了处理过程中的灵活性，使 用它可以提供 非阻塞 式的高伸缩性网 络

5)Java NIO的非阻塞模式，使一个线程从某通道发送请求或者读取数据，但是它仅能得到目前可用的数据，如果目前没有数据可用时，就什么都不会获取，而 不是保持线程阻塞，所以直至数据变的可以读取之前，该线程可以继续做其他的事情。 非阻塞写也是如此，一个线程请求写入一些数据到某通道，但不需要等待它完全写入，这个线程同时可以去做别的事情。【 后面有案例说明】

6) 通 俗理解： NIO 是可以做到用一个线程来处理多个操作的。假设有 10000 个请求过来 , 根据实际情况，可以分配 50 或者 100 个线程来处理。不像之前的阻塞 IO 那样，非得分配 10000 个 。

7) HTTP2.0 使用了多路复用的技术，做到同一个连接并发处理多个请求，而且并发请求的数量比 HTTP1.1 大了好几个数量级。

 

l NIO 和 BIO 的比较

 

Buffer 基本介绍

1) Buffer 就是一个内存块 ， 底 层是有一个数组

2) 数 据的读取写入是通过 Buffer, 这个和 BIO , BIO 中要么是输入流，或者是 输 出流 , 不能双向，但是 NIO 的 Buffer 是可以读也可以写 , 需要 flip 方法 切 换channel 是双向的 , 可以返回底层操作系统的情况 , 比如Linux ， 底层的操作系统通道就是双向的 .

缓冲区（Buffer）：缓冲区本质上是一个可以读写数据的内存块，可以理解成是一个容器对象(含数组)，该对象提供了一组方法，可以更轻松地使用内存块，，缓冲区对象内置了一些机制，能够跟踪和记录缓冲区的状态变化情况。Channel 提供从文件、网络读取数据的渠道，但是读取或写入的数据都必须经由 Buffer，如图:  【后面举例说明】

l通道(Channel) 

1)NIO的通道类似于流，但有些区别如下：
     •通道可以同时进行读写，而流只能读或者只能写
     •通道可以实现异步读写数据
     •通道可以从缓冲读数据，也可以写数据到缓冲
2)BIO 中的 stream 是单向的，例如 FileInputStream 对象只能进行读取数据的操作，而 NIO 中的通道(Channel)是双向的，可以读操作，也可以写操作。
3)Channel在NIO中是一个接口
public interface Channel extends Closeable{}
4)常用的 Channel 类有：FileChannel、DatagramChannel、ServerSocketChannel 和 SocketChannel。【ServerSocketChanne 类似 ServerSocket , SocketChannel 类似 Socket】
5)FileChannel 用于文件的数据读写，DatagramChannel 用于 UDP 的数据读写，ServerSocketChannel 和 SocketChannel 用于 TCP 的数据读写。

l Selector ( 选择器 )

1) 我 们说零拷贝，是从 操作系统的角度来说的 。因为内核缓冲区之间，没有数据是重复的（只有 kernel buffer 有一份数 据）。

2) 零 拷贝不仅仅带来更少的数据复制，还能带来其他的性能优势，例如更少的上下文切换，更少的 CPU 缓存伪共享以及无 CPU 校验和计算。

lJava AIO 基本介绍

1) JDK 7 引入了 Asynchronous I/O ，即 AIO 。在进行 I/O 编程中，常用到两种模式： Reactor和 Proactor 。 Java 的 NIO 就是 Reactor ，当有事件触发时，服务器端得到通知，进行相应的处理

2) AIO 即 NIO2.0 ，叫做异步不阻塞的 IO 。 AIO 引入异步通道的概念，采用了 Proactor 模式，简化了程序编写，有效的请求才启动线程，它的特点是先由操作系统完成后才通知服务端程序启动线程去处理，一般适用于连接数较多且连接时间较长的应用

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3) 目前 AIO 还没有广泛应 用， Netty 也是基于 NIO, 而不是 AIO ， 因 此我们就不详解 AIO 了，有兴趣的同学可以参考 << Java 新一代网络编程模型 AIO 原理及 Linux 系统 AIO 介绍 >>  http :// www.52im.net/thread-306-1-1.html 

 

 

l 原生 NIO 存在的问题

1) NIO 的类库和 API 繁杂，使用麻烦 ：需 要熟练掌握 Selector 、 ServerSocketChannel 、 SocketChannel 、 ByteBuffer 等 。

2) 需 要具备其他的额外技 能： 要 熟 悉 Java 多线程编程，因为 NIO 编程涉及到 Reactor 模式，你必须对多线程 和 网络 编 程非常熟悉，才能编写出高质量的 NIO 程序 。

3) 开 发工作量和难度都非常大：例如客户端面临断连重连、网络闪断、半包读写、失败缓存、网络拥塞和异 常流 的处理等 等。

4) JDK NIO 的 Bug ：例如臭名昭著的 Epoll Bug，它会导致 Selector 空轮询，最终导致 CPU 100% 。直 到 JDK 1.7 版本该问题仍旧存在 ，没 有被根本解决。

l Netty 的优点

1) 设 计优雅：适用于各种传输类型的统一 API 阻塞和非阻塞 Socket ；基于灵活且可扩展的事件模型，可以清晰地分离关注点；高度可定制的线程模型 - 单线程，一个或多个线程 池 .

2) 使 用方便：详细记录的 Javadoc ，用户指南和示例；没有其他依赖项， JDK 5 （ Netty 3.x ）或 6 （ Netty 4.x ）就足够了 。

3) 高性能、吞吐量更高：延迟更低；减少资源消耗；最小化不必要的内存复制。

4) 安 全：完整的 SSL/TLS 和 StartTLS 支持 。

5) 社 区活跃、不断更新：社区活跃，版本迭代周期短，发现的 Bug 可以被及时修复，同时，更多的新功能会被加入