Netty实现原 理浅析

足彩竞彩 2019-05-22 14:50191http://www.fswell.com/admin

原文出处: kafka0102的博客

Netty是JBoss出品的高效的Java NIO开发框架,关于其使用,可参考我的另一篇文章 netty使用初步。本文将主要分析Netty实现方面的东西,由于精力有限,本人并没有对其源码做了极细致的研 究。如果下面的内容有错误或不严谨的地方,也请指正和谅解。对于Netty使用者来说,Netty提供了几个典型的example,并有详尽的API doc和guide doc,本文的一些内容及图示也来自于Netty的文档,特此致谢。

1、总体结构

先放上一张漂亮的Netty总体结构图,下面的内容也主要围绕该图上的一些核心功能做分析,但对如Container Integration及Security Support等高级可选功能,本文不予分析。

2、网络模型

Netty是典型的Reactor模型结构,关于Reactor的详尽阐释,可参考POSA2,这里不做概念性的解释。而应用Java NIO构建Reactor模式,Doug Lea(就是那位让人无限景仰的大爷)在“Scalable IO in Java”中给了很好的阐述。这里截取其PPT中经典的图例说明 Reactor模式的典型实现:

1、这是最简单的单Reactor单线程模型。Reactor线程是个多面手,负责多路分离套接字,Accept新连接,并分派请求到处理器链中。该模型 适用于处理器链中业务处理组件能快速完成的场景。不过,这种单线程模型不能充分利用多核资源,所以实际使用的不多。

2、相比上一种模型,该模型在处理器链部分采用了多线程(线程池),也是后端程序常用的模型。

3、 第三种模型比起第二种模型,是将Reactor分成两部分,mainReactor负责监听server socket,accept新连接,并将建立的socket分派给subReactor。subReactor负责多路分离已连接的socket,读写网 络数据,对业务处理功能,其扔给worker线程池完成。通常,subReactor个数上可与CPU个数等同。

说完Reacotr模型的三种形式,那么Netty是哪种呢?其实,我还有一种Reactor模型的变种没说,那就是去掉线程池的第三种形式的变种,这也 是Netty NIO的默认模式。在实现上,Netty中的Boss类充当mainReactor,NioWorker类充当subReactor(默认 NioWorker的个数是Runtime.getRuntime().availableProcessors())。在处理新来的请求 时,NioWorker读完已收到的数据到ChannelBuffer中,之后触发ChannelPipeline中的ChannelHandler流。

Netty是事件驱动的,可以通过ChannelHandler链来控制执行流向。因为ChannelHandler链的执行过程是在 subReactor中同步的,所以如果业务处理handler耗时长,将严重影响可支持的并发数。这种模型适合于像Memcache这样的应用场景,但 对需要操作数据库或者和其他模块阻塞交互的系统就不是很合适。Netty的可扩展性非常好,而像ChannelHandler线程池化的需要,可以通过在 ChannelPipeline中添加Netty内置的ChannelHandler实现类–ExecutionHandler实现,对使用者来说只是 添加一行代码而已。对于ExecutionHandler需要的线程池模型,Netty提供了两种可 选:1) MemoryAwareThreadPoolExecutor 可控制Executor中待处理任务的上限(超过上限时,后续进来的任务将被阻 塞),并可控制单个Channel待处理任务的上限;2) OrderedMemoryAwareThreadPoolExecutor 是  MemoryAwareThreadPoolExecutor 的子类,它还可以保证同一Channel中处理的事件流的顺序性,这主要是控制事件在异步处 理模式下可能出现的错误的事件顺序,但它并不保证同一Channel中的事件都在一个线程中执行(通常也没必要)。一般来 说,OrderedMemoryAwareThreadPoolExecutor 是个很不错的选择,当然,如果有需要,也可以DIY一个。

3、 buffer

org.jboss.netty.buffer包的接口及类的结构图如下:

该包核心的接口是ChannelBuffer和ChannelBufferFactory,下面予以简要的介绍。

Netty使用ChannelBuffer来存储并操作读写的网络数据。ChannelBuffer除了提供和ByteBuffer类似的方法,还提供了 一些实用方法,具体可参考其API文档。ChannelBuffer的实现类有多个,这里列举其中主要的几个:

1)HeapChannelBuffer:这是Netty读网络数据时默认使用的ChannelBuffer,这里的Heap就是Java堆的意思,因为 读SocketChannel的数据是要经过ByteBuffer的,而ByteBuffer实际操作的就是个byte数组,所以 ChannelBuffer的内部就包含了一个byte数组,使得ByteBuffer和ChannelBuffer之间的转换是零拷贝方式。根据网络字 节续的不同,HeapChannelBuffer又分为BigEndianHeapChannelBuffer和 LittleEndianHeapChannelBuffer,默认使用的是BigEndianHeapChannelBuffer。Netty在读网络 数据时使用的就是HeapChannelBuffer,HeapChannelBuffer是个大小固定的buffer,为了不至于分配的Buffer的 大小不太合适,Netty在分配Buffer时会参考上次请求需要的大小。

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