Netty-异步和数据驱动

什么是 Netty

Netty 是一个利用 Java 的高级网络的能力,隐藏其背后的复杂性而提供一个易于使用的 API 的客户端/服务器框架。Netty 提供高性能和可扩展性,让你可以自由地专注于你真正感兴趣的东西,你的独特的应用!

在这一章我们将解释 Netty 在处理一些高并发的网络问题体现的价值。然后,我们将介绍基本概念和构成 Netty 的工具包,我们将在这本书的其余部分深入研究。

一些历史

在网络发展初期,需要花很多时间来学习 socket 的复杂,寻址等等,在 C socket 库上进行编码,并需要在不同的操作系统上做不同的处理。

Java 早期版本(1995-2002)介绍了足够的面向对象的糖衣来隐藏一些复杂性,但实现复杂的客户端-服务器协议仍然需要大量的样板代码(和进行大量的监视才能确保他们是对的)。

这些早期的 Java API(java.net)只能通过原生的 socket 库来支持所谓的“blocking(阻塞)”的功能。一个简单的例子

Listing 1.1 Blocking I/O Example

ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(portNumber);//1
Socket clientSocket = serverSocket.accept();             //2
BufferedReader in = new BufferedReader(					 //3
        new InputStreamReader(clientSocket.getInputStream()));
PrintWriter out =
        new PrintWriter(clientSocket.getOutputStream(), true);
String request, response;
while ((request = in.readLine()) != null) {				 //4
    if ("Done".equals(request)) {						 //5
        break;
    }
}
response = processRequest(request);						//6
out.println(response);									//7
}														//8

1.ServerSocket 创建并监听端口的连接请求

2.accept() 调用阻塞,直到一个连接被建立了。返回一个新的 Socket 用来处理 客户端和服务端的交互

3.流被创建用于处理 socket 的输入和输出数据。BufferedReader 读取从字符输入流里面的本文。PrintWriter 打印格式化展示的对象读到本文输出流

4.处理循环开始 readLine() 阻塞,读取字符串直到最后是换行或者输入终止。

5.如果客户端发送的是“Done”处理循环退出

6.执行方法处理请求,返回服务器的响应

7.响应发回客户端

8.处理循环继续

显然,这段代码限制每次只能处理一个连接。为了实现多个并行的客户端我们需要分配一个新的 Thread 给每个新的客户端 Socket(当然需要更多的代码)。但考虑使用这种方法来支持大量的同步,长连接。在任何时间点多线程可能处于休眠状态,等待输入或输出数据。这很容易使得资源的大量浪费,对性能产生负面影响。当然,有一种替代方案。

除了示例中所示阻塞调用,原生 socket 库同时也包含了非阻塞 I/O 的功能。这使我们能够确定任何一个 socket 中是否有数据准备读或写。我们还可以设置标志,因为读/写调用如果没有数据立即返回;就是说,如果一个阻塞被调用后就会一直阻塞,直到处理完成。通过这种方法,会带来更大的代码的复杂性成本,其实我们可以获得更多的控制权来如何利用网络资源。

JAVA NIO

在 2002 年,Java 1.4 引入了非阻塞 API 在 java.nio 包(NIO)。

"New"还是"Nonblocking"?

NIO 最初是为 New Input/Output 的缩写。然而,Java 的 API 已经存在足够长的时间,它不再是新的。现在普遍使用的缩写来表示Nonblocking I/O (非阻塞 I/O)。另一方面,一般(包括作者)指阻塞 I/O 为 OIO 或 Old Input/Output。你也可能会遇到普通 I/O。

我们已经展示了在 Java 的 I/O 阻塞一例例子。图 1.1 展示了方法 必须扩大到处理多个连接:给每个连接创建一个线程,有些连接是空闲的!显然,这种方法的可扩展性将是受限于可以在 JVM 中创建的线程数。

Figure 1.1 Blocking I/O

![](../images/Figure 1.1 Blocking IO.jpg)

当你的应用中连接数比较少,这个方案还是可以接受。当并发连接超过10000 时,context-switching(上下文切换)开销将是明显的。此外,每个线程都有一个默认的堆栈内存分配了 128K 和 1M 之间的空间。考虑到整体的内存和操作系统需要处理 100000 个或更多的并发连接资源,这似乎是一个不理想的解决方案。

##SELECTOR

相比之下,图1.2 显示了使用非阻塞I/O,主要是消除了这些方法 约束。在这里,我们介绍了“Selector”,这是 Java 的无阻塞 I/O 实现的关键。

Figure 1.2 Nonblocking I/O

![](../images/Figure 1.2 Nonblocking IO.jpg)

Selector 最终决定哪一组注册的 socket 准备执行 I/O。正如我们之前所解释的那样,这 I/O 操作设置为非阻塞模式。通过通知,一个线程可以同时处理多个并发连接。(一个 Selector 由一个线程通常处理,但具体实施可以使用多个线程。)因此,每次读或写操作执行能立即检查完成。总体而言,该模型提供了比 阻塞 I/O 模型 更好的资源使用,因为

  • 可以用较少的线程处理更多连接,这意味着更少的开销在内存和上下文切换上
  • 当没有 I/O 处理时,线程可以被重定向到其他任务上。

你可以直接用这些 Java API 构建的 NIO 建立你的应用程序,但这样做 正确和安全是无法保证的。实现可靠和可扩展的 event-processing(事件处理器)来处理和调度数据并保证尽可能有效地,这是一个繁琐和容易出错的任务,最好留给专家 - Netty。



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