【java网络编程】netty框架

article/2025/9/21 11:04:58

一、简介

netty是一个高性能、异步事件驱动的NIO框架，它基于Java Nio提供的API实现，提供了对TCP、UDP和文件传输的支持。

二、Reactor模型

Reactor是一种并发处理客户端请求响应的事件驱动模型。服务端在接收到客户端请求后采用多路复用策略，通过一个非阻塞的线程来异步接收所有的客户端请求。

（1）Reactor单线程模型

一个线程负责建立连接、读、写等操作。如果在业务中处理中出现了耗时操作，就会导致所有请求全部处理延时。

 （2）Reactor多线程模型

只是在单线程的模型情况下，使用线程池管理多个线程，用多线程进行处理业务。

（3）Reactor主从多线程模型

该模型采用一个主Reactor仅处理连接，而多个子Reactor用于处理IO读写。然后交给线程池处理业务。Tomcat就是采用该模式实现。效率高

三、Netty的核心组件

（1）BootStrap/ServerBootStrap

BootStrap用于客户端服务启动。ServerBootStrap用于服务端启动。

（2）NioEventLoop

基于线程队列的方式执行事件操作，具体要执行的事件操作包括连接注册、端口绑定和I/O数据读写等。每个NioEventLoop线程都负责多个Channel的事件处理。

（3）NioEventLoopGroup

对NioEventLoop的生命周期进行管理

（4）Future/ChannelFuture

用于异步通信的实现，基于异步通信方式可以在I/O操作触发后注册一个事件，在I/O操作（数据读写完成或失败）完成后自动触发监听事件并完成后续操作。

（5）Channel

是netty中的网络通信组件，用于执行具体的I/O操作。主要功能包括：网络连接的建立、连接状态的管理、网络连接参数的配置、基于异步NIO的网络数据操作。

（6）Selector

用于I/O多路复用中Channel的管理

（7）ChannelHandlerContext

Channel上下文信息的管理。每个ChannelHandler都对应一个ChannelHandlerContext。

（8）ChannelHandler

I/O事件的拦截和处理。

其中ChannelInBoundHandler用于处理数据接收的I/O操作。

其中ChannelOutBoundHandler用于处理数据发送的I/O操作。

（9）ChannelPipeline

基于拦截器设计模式实现的事件拦截处理和转发。

每个Channel都对应一个ChannelPipeline，在ChannelPipeline中维护了一个由ChannelHandlerContext组成的双向链表，每个ChannelHandlerContext都对应一个ChannelHandker,以完成具体Channel事件的拦截和处理。

四、netty的运行原理

Server工作流程：

1、server端启动时绑定本地某个端口，初始化NioServerSocketChannel.

2、将自己NioServerSocketChannel注册到某个BossNioEventLoopGroup的selector上。

server端包含1个Boss NioEventLoopGroup和1个Worker NioEventLoopGroup

Boss NioEventLoopGroup专门负责接收客户端的连接，Worker NioEventLoopGroup专门负责网络的读写。

NioEventLoopGroup相当于1个事件循环组，这个组里包含多个事件循环NioEventLoop，每个NioEventLoop包含1个selector和1个事件循环线程。

BossNioEventLoopGroup循环执行的任务：

  1. 轮询accept事件；
  2. 处理accept事件，将生成的NioSocketChannel注册到某一个WorkNioEventLoopGroup的Selector上。
  3. 处理任务队列中的任务，runAllTasks。任务队列中的任务包括用户调用eventloop.execute或schedule执行的任务，或者其它线程提交到该eventloop的任务。

WorkNioEventLoopGroup循环执行的任务：

  1. 轮询read和Write事件
  2. 处理IO事件，在NioSocketChannel可读、可写事件发生时，回调（触发）ChannelHandler进行处理。
  3. 处理任务队列的任务，即 runAllTasks

五、netty怎么解决粘包拆包的

使用解码器解决，解码器一个有4种

 ch.pipeline().addLast(new LengthFieldBasedFrameDecoder());
  1. 固定长度的拆包器 FixedLengthFrameDecoder ， 每个应用层数据包的拆分都是固定长度大小
  2. 行拆包器 LineBasedFrameDecoder ，每个应用层数据包，都以换行符作为分隔符，进行分割拆分
  3. 分隔符拆包器 DelimiterBasedFrameDecoder ，每个应用层数据包，都通过自定义分隔符，进行分割拆分
  4. 基于数据包长度的拆包器，LengthFieldBasedFrameDecoder 将应用层数据包的长度，作为接收端应用层数据包的拆分依据。（常用）

六、netty性能为什么这么高

（1）网络模型（I/O多路复用模型）

多路复用IO，采用一个线程处理连接请求，多个线程处理IO请求，他比BIO能处理更多请求，数据请求和数据处理都是异步，底层采用了linux的select、poll、epoll

（2）数据零拷贝

netty的数据接受和发送均采用对外直接内存进行socket读写，堆外内存可以直接操作系统内存，不需要来回的进行字节缓冲区的二次复制。同时netty提供了组合buffer对象，可以避免传统通过内存复制的方式合并buffer时带来的性能损耗。

netty文件传输采用transfeTo方法操作，完全零拷贝。

（3）内存重用机制

使用堆外直接内存，重用缓冲区，不需要jvm回收内存

（4）无锁设计

netty内部采用串行无锁化设计对I/O操作，避免多线程竞争CPU和资源锁定导致的性能下降。

（5）高性能的序列化框架

使用google的protoBuf实现数据的序列化

（6）使用FastThreadLocal类

使用FastThreadLocal类替代ThreadLocal类

七、netty使用

1、引入依赖

<dependency><groupId>io.netty</groupId><artifactId>netty-all</artifactId><version>4.0.36.Final</version></dependency>

2、编写服务端代码（固定写法）

public class Server {  private int port;  public Server(int port) {  this.port = port;  }  public void run() {  EventLoopGroup bossGroup = new NioEventLoopGroup(); //用于处理服务器端接收客户端连接  EventLoopGroup workerGroup = new NioEventLoopGroup(); //进行网络通信（读写）  try {  ServerBootstrap bootstrap = new ServerBootstrap(); //辅助工具类，用于服务器通道的一系列配置  bootstrap.group(bossGroup, workerGroup) //绑定两个线程组  .channel(NioServerSocketChannel.class) //指定NIO的模式  .childHandler(new ChannelInitializer<SocketChannel>() { //配置具体的数据处理方式  @Override  protected void initChannel(SocketChannel socketChannel) throws Exception {  socketChannel.pipeline().addLast(new ServerHandler());  }  })  /** * 对于ChannelOption.SO_BACKLOG的解释： * 服务器端TCP内核维护有两个队列，我们称之为A、B队列。客户端向服务器端connect时，会发送带有SYN标志的包（第一次握手），服务器端 * 接收到客户端发送的SYN时，向客户端发送SYN ACK确认（第二次握手），此时TCP内核模块把客户端连接加入到A队列中，然后服务器接收到 * 客户端发送的ACK时（第三次握手），TCP内核模块把客户端连接从A队列移动到B队列，连接完成，应用程序的accept会返回。也就是说accept * 从B队列中取出完成了三次握手的连接。 * A队列和B队列的长度之和就是backlog。当A、B队列的长度之和大于ChannelOption.SO_BACKLOG时，新的连接将会被TCP内核拒绝。 * 所以，如果backlog过小，可能会出现accept速度跟不上，A、B队列满了，导致新的客户端无法连接。要注意的是，backlog对程序支持的 * 连接数并无影响，backlog影响的只是还没有被accept取出的连接 */  .option(ChannelOption.SO_BACKLOG, 128) //设置TCP缓冲区  .option(ChannelOption.SO_SNDBUF, 32 * 1024) //设置发送数据缓冲大小  .option(ChannelOption.SO_RCVBUF, 32 * 1024) //设置接受数据缓冲大小  .childOption(ChannelOption.SO_KEEPALIVE, true); //保持连接  ChannelFuture future = bootstrap.bind(port).sync();  future.channel().closeFuture().sync();  } catch (Exception e) {  e.printStackTrace();  } finally {  workerGroup.shutdownGracefully();  bossGroup.shutdownGracefully();  }  }  public static void main(String[] args) {  new Server(8379).run();  }  
}

 3、编写Handler处理类


public class ServerHandler  extends ChannelHandlerAdapter {  @Override  public void channelRead(ChannelHandlerContext ctx, Object msg) throws Exception {  //do something msg  ByteBuf buf = (ByteBuf)msg;  byte[] data = new byte[buf.readableBytes()];  buf.readBytes(data);  String request = new String(data, "utf-8");  System.out.println("Server: " + request);  //写给客户端  String response = "我是反馈的信息";  ctx.writeAndFlush(Unpooled.copiedBuffer("888".getBytes()));  //.addListener(ChannelFutureListener.CLOSE);  }  @Override  public void exceptionCaught(ChannelHandlerContext ctx, Throwable cause) throws Exception {  cause.printStackTrace();  ctx.close();  }  }


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