文章目录

一、Netty的介绍
二、Netty的应用场景
- 1. 互联网行业
- 2. 游戏行业
- 3. 大数据领域
三、I/O模型
- 1. Java BIO
- - （1）Java BIO 基本介绍
  - （2）Java BIO 工作机制
  - （3）Java BIO 应用实例
  - （4）Java BIO 问题分析
- 2. Java NIO
- - （1）Java NIO 基本介绍
  - （2）Java NIO 三大核心组件原理示意图（简单版）
- 3. Java AIO(NIO.2)
- 4. BIO、NIO、AIO适用场景分析
- 5. NIO 和 BIO 的比较

一、Netty的介绍

Netty 是由 JBOSS 提供的一个 Java 开源框架，现为 Github上的独立项目。
Netty 是一个异步的、基于事件驱动的网络应用框架，用以快速开发高性能、高可靠性的网络 IO 程序。
Netty主要针对在TCP协议下，面向Clients端的高并发应用，或者Peer-to-Peer场景下的大量数据持续传输的应用。
Netty本质是一个NIO框架，适用于服务器通讯相关的多种应用场景。

java原生IO是基于TCP/IP的上一层，NIO又对java原生IO进行了封装，而Netty又在NIO基础上进行了封装。

二、Netty的应用场景

1. 互联网行业

（1）互联网行业：在分布式系统中，各个节点之间需要远程服务调用，高性能的 RPC 框架必不可少，Netty 作为异步高性能的通信框架，往往作为基础通信组件被这些 RPC 框架使用。
（2）典型的应用有：阿里分布式服务框架 Dubbo 的 RPC 框架使用 Dubbo 协议进行节点间通信，Dubbo 协议默认使用 Netty 作为基础通信组件，用于实现各进程节点之间的内部通信。

2. 游戏行业

（1）无论是手游服务端还是大型的网络游戏，Java 语言得到了越来越广泛的应用。
（2） Netty 作为高性能的基础通信组件，提供了 TCP/UDP 和 HTTP 协议栈，方便定制和开发私有协议栈，账号登录服务器。
（3）地图服务器之间可以方便的通过 Netty 进行高性能的通信。

3. 大数据领域

（1）经典的 Hadoop 的高性能通信和序列化组件（Avro实现数据文件的共享）的 RPC 框架，默认采用 Netty 进行跨节点通信。
（2）它的 Netty Service 基于 Netty 框架二次封装实现。

三、I/O模型

（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。

1. Java BIO

（1）Java BIO 基本介绍

（1）Java BIO 就是传统的java io 编程，其相关的类和接口在 java.io。
（2）BIO(blocking I/O) ：同步并阻塞(传统阻塞型)，服务器实现模式为一个连接对应一个线程，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（阻塞），可以通过线程池机制改善(实现多个客户连接服务器)。

（2）Java BIO 工作机制

BIO简单工作流程：

服务器端启动一个ServerSocket；
客户端启动Socket对服务器进行通信，默认情况下服务器端需要对每个客户端建立一个线程与之通讯；
客户端发出请求后, 先咨询服务器是否有线程响应，如果没有则会等待，或者被拒绝；
如果有响应，客户端线程会等待请求结束后，再继续执行。

（3）Java BIO 应用实例

实例说明：
（1）使用BIO模型编写一个服务器端，监听6666端口，当有客户端连接时，就启动一个线程与之通讯；
（2）要求使用线程池机制改善，可以连接多个客户端；
（3）服务器端可以接收客户端发送的数据(telnet 方式即可)；

@Slf4j
public class BIOServer {

    public static void main(String[] args) throws Exception {

        /**
         * 线程池机制
         * 1.创建一个线程池
         * 2.如果有客户端连接，就创建一个线程，与之通讯(单独写一个方法)
         */
        ExecutorService newCachedThreadPool = Executors.newCachedThreadPool();

        // 创建ServerSocket
        ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(6666);

        log.info("服务器启动了");

        while (true) {
            // 监听，等待客户端连接
            log.info("阻塞等待连接....");
            final Socket socket = serverSocket.accept();
            log.info("连接到一个客户端");

            // 创建一个线程，与之通讯(单独写一个方法)
            newCachedThreadPool.execute(() -> handler(socket));
        }


    }

    // 编写一个handler方法，和客户端通讯
    public static void handler(Socket socket) {

        // 通过socket获取输入流
        try (InputStream inputStream = socket.getInputStream();) {
            byte[] bytes = new byte[1024];

            // 循环的读取客户端发送的数据
            while (true) {
                log.info("阻塞read....");
                int read = inputStream.read(bytes);
                if (read != -1) {
                    log.info("收到客户端消息:{}", new String(bytes, 0, read)); 
                } else {
                    break;
                }
            }

        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        
    }
}

（1）通过telnet方式连接服务端

（2）连接后，先输入CTRL+]，再通过send发送消息
（3）启动2个客户端，并向服务端发送消息

（4）输出日志

23:33:18.906 [main] INFO com.lwk.nettydemo.bio.BIOServer - 服务器启动了
23:33:18.919 [main] INFO com.lwk.nettydemo.bio.BIOServer - 阻塞等待连接....
23:33:26.258 [main] INFO com.lwk.nettydemo.bio.BIOServer - 连接到一个客户端
23:33:26.260 [main] INFO com.lwk.nettydemo.bio.BIOServer - 阻塞等待连接....
23:33:26.261 [pool-1-thread-1] INFO com.lwk.nettydemo.bio.BIOServer - 阻塞read....
23:33:37.645 [pool-1-thread-1] INFO com.lwk.nettydemo.bio.BIOServer - 收到客户端消息:hello1
23:33:37.645 [pool-1-thread-1] INFO com.lwk.nettydemo.bio.BIOServer - 阻塞read....
23:34:20.527 [main] INFO com.lwk.nettydemo.bio.BIOServer - 连接到一个客户端
23:34:20.527 [main] INFO com.lwk.nettydemo.bio.BIOServer - 阻塞等待连接....
23:34:20.527 [pool-1-thread-2] INFO com.lwk.nettydemo.bio.BIOServer - 阻塞read....
23:34:31.339 [pool-1-thread-2] INFO com.lwk.nettydemo.bio.BIOServer - 收到客户端消息:hello2
23:34:31.339 [pool-1-thread-2] INFO com.lwk.nettydemo.bio.BIOServer - 阻塞read....

（4）Java BIO 问题分析

每个请求都需要创建独立的线程，与对应的客户端进行数据 Read，业务处理，数据 Write 。
当并发数较大时，需要创建大量线程来处理连接，系统资源占用较大。
连接建立后，如果当前线程暂时没有数据可读，则线程就阻塞在 Read 操作上，造成线程资源浪费。

2. Java NIO

（1）Java NIO 基本介绍

（1）Java NIO 全称 java non-blocking IO，是同步非阻塞的，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)，是指 JDK 提供的新 API。
（2）NIO 相关类都被放在 java.nio 包及子包下，并且对原 java.io 包中的很多类进行了改写。
（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。
（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。
（8）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selector（多路复用器）上，selector轮询到当前连接有I/O请求就进行处理。

（2）Java NIO 三大核心组件原理示意图（简单版）

每个Channel都会对应一个Buffer；
Selector 对应一个线程，一个线程对应多个Channel；
下图反应了有三个 Channel 注册到该 Selector中；
程序切换到哪个 Channel，是由事件（Event）决定的；
Selector 会根据不同的事件，在各个 Channel 上切换；
Buffer 就是一个内存块，底层有一个数组；
数据的读取和写入是通过Buffer，而 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，可以反应底层操作系统的情况，比如Linux ，底层操作系统的通道就是双向的；

3. 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。
但是AIO没有得到广泛的应用。

4. BIO、NIO、AIO适用场景分析

（1）BIO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，充分调用操作系统参与并发操作，编程比较复杂，JDK7开始支持。

5. NIO 和 BIO 的比较

（1）BIO 以流的方式处理数据，而 NIO 以块的方式处理数据，块 I/O 的效率比流 I/O 高很多。
（2）BIO 是阻塞的，NIO 则是非阻塞的。
（3）BIO基于字节流和字符流进行操作，而 NIO 基于 Channel（通道）和 Buffer（缓冲区）进行操作，数据总是从通道读取到缓冲区中，或者从缓冲区写入到通道中。Selector(选择器)用于监听多个通道的事件（比如：连接请求，数据到达等），因此使用单个线程就可以监听多个客户端通道 。