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《Netty 权威指南》—— 选择Netty的理由

声明:本文是《Netty 权威指南》的样章,感谢博文视点授权并发编程网站发布样章,禁止以任何形式转载此文。

在开始本节之前,我先讲一个亲身经历的故事:曾经有两个项目组同时用到了NIO编程技术,一个项目组选择自己开发NIO服务端,直接使用JDK原生的API,结果2个多月过去了,他们的NIO服务端始终无法稳定,问题频出。由于NIO通信是它们的核心组件之一,因此,项目的进度受到了严重的影响,领导对此非常恼火。另一个项目组直接使用Netty作为NIO服务端,业务的定制开发工作量非常小,测试表明,功能和性能都完全达标,项目组几乎没有在NIO服务端上花费额外的时间和精力,项目进展也非常顺利。

这两个项目组的不同遭遇提醒我们:开发出高质量的NIO程序并不是一件简单的事情,除去NIO固有的复杂性和BUG不谈,作为一个NIO服务端需要能够处理网络的闪断、客户端的重复接入、客户端的安全认证、消息的编解码、半包读写等等,如果你没有足够的NIO编程经验积累,一个NIO框架的稳定往往需要半年甚至更长的时间。更为糟糕的是一旦在生产环境中发生问题,往往会导致跨节点的服务调用中断,严重的可能会导致整个集群环境都不可用,需要重启服务器,这种非正常停机会带来巨大的损失。

从可维护性角度看,由于NIO采用了异步非阻塞编程模型,而且是一个IO线程处理多条链路,它的调试和跟踪非常麻烦,特别是生产环境中的问题,我们无法有效调试和跟踪,往往只能靠一些日志来辅助分析,定位难度很大。

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《Netty 权威指南》—— 4种IO的对比

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2.5.1.概念澄清

为了防止由于对一些技术概念和术语的理解或者叫法不一致引起歧义,本小节特意对本书中的专业术语或者技术用语做下声明,如果它们与其它的一些技术书籍术语不一致,请以本小节的解释为准。

2.5.1.1. 异步非阻塞IO

很多人喜欢将JDK1.4提供的NIO框架称为异步非阻塞IO,但是,如果严格按照Unix网络编程模型和JDK的实现进行区分,实际上它只能被称为非阻塞IO,不能叫异步非阻塞IO。在早期的JDK1.4和1.5 update10版本之前,JDK的Selector基于select/poll模型实现,它是基于IO复用技术的非阻塞IO,不是异步IO。在JDK1.5 update10和linux core2.6以上版本,sun优化了Selctor的实现,它底层使用epoll替换了select/poll,上层的API并没有变化,我们可以认为是JDK NIO的一次性能优化,但是它仍旧没有改变IO的模型。相关优化的官方说明如下:

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《Netty 权威指南》—— AIO版本时间服务器运行结果

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执行TimeServer,运行结果如下:

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《Netty权威指南》目录

Netty权威指南》是全球第二本、中国第一本Netty教材,它由华为平台中间件资深架构设计师李林锋撰写,作者有6年多的NIO设计和开发实战经验,多次受邀进行Netty和
NIO编程培训。

本书基于最新的Netty5.0 版本撰写,从Netty开发环境的搭建,到第一个基于Netty的NIO服务端和客户端程序的开发,一步步的让读者从入门到精通,熟练的掌握基于Netty
的NIO开发,理解Netty的架构设计原理,可以对Netty进行深度的定制设计和开发。

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《Netty 权威指南》—— AIO创建的TimeClient源码分析

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异步非阻塞IO版本的时间服务器服务端已经介绍完毕,下面我们继续看客户端的实现。

首先看下客户端主函数的实现,AIO时间服务器客户端  TimeClient:

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《Netty 权威指南》—— AIO 创建的TimeServer源码分析

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NIO2.0引入了新的异步通道的概念,并提供了异步文件通道和异步套接字通道的实现。异步通道提供两种方式获取获取操作结果:

  • 通过java.util.concurrent.Future类来表示异步操作的结果;
  • 在执行异步操作的时候传入一个java.nio.channels.

CompletionHandler接口的实现类作为操作完成的回调。

NIO2.0的异步套接字通道是真正的异步非阻塞IO,它对应Unix网络编程中的事件驱动IO(AIO),它不需要通过多路复用器(Selector)对注册的通道进行轮询操作即可实现异步读写,简化了NIO的编程模型。

下面还是通过代码来熟悉NIO2.0 AIO的相关类库,我们仍旧以时间服务器为例程进行讲解。

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《Netty 权威指南》—— NIO创建的TimeClient源码分析

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我们首先还是看下如何对TimeClient进行改造:

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《Netty 权威指南》—— NIO客户端序列图

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步骤一:打开SocketChannel,绑定客户端本地地址(可选,默认系统会随机分配一个可用的本地地址),示例代码如下:

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《Netty 权威指南》—— NIO创建的TimeServer源码分析

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我们将在TimeServer例程中给出完整的NIO创建的时间服务器源码:

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《Netty 权威指南》—— 服务端序列图

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下面,我们对NIO服务端的主要创建过程进行讲解和说明,作为NIO的基础入门,我们将忽略掉一些在生产环境中部署所需要的一些特性和功能。

步骤一:打开ServerSocketChannel,用于监听客户端的连接,它是所有客户端连接的父管道,代码示例如下:

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《Netty 权威指南》—— NIO类库简介

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在介绍NIO编程之前,我们首先需要澄清一个概念,NIO到底是什么的简称?有人称之为New IO,因为它相对于之前的IO类库是新增的,所以被称为New IO,这是它的官方叫法。但是,由于之前老的IO类库是阻塞IO,New IO类库的目标就是要让JAVA支持非阻塞IO,所以,更多的人喜欢称之为非阻塞IO(Non-block IO),由于非阻塞IO更能够体现NIO的特点,所以本书使用的NIO都指的是非阻塞IO。

与Socket类和ServerSocket类相对应,NIO也提供了SocketChannel和ServerSocketChannel两种不同的套接字通道实现。这两种新增的通道都支持阻塞和非阻塞两种模式。阻塞模式使用非常简单,但是性能和可靠性都不好,非阻塞模式正好相反。开发人员一般可以根据自己的需要来选择合适的模式,一般来说,低负载、低并发的应用程序可以选择同步阻塞IO以降低编程复杂度。但是对于高负载、高并发的网络应用,需要使用NIO的非阻塞模式进行开发。
下面的小节首先介绍NIO编程中的一些基本概念,然后通过NIO服务端的序列图和源码讲解,让大家快速的熟悉NIO编程的关键步骤和API的使用。如果你已经熟悉了NIO编程,可以跳过2.3章节继续学习后面的章节。

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《Netty 权威指南》—— 伪异步IO编程

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为了解决同步阻塞IO面临的一个链路需要一个线程处理的问题,后来有人对它的线程模型进行了优化,后端通过一个线程池来处理多个客户端的请求接入,形成客户端个数M:线程池最大线程数N的比例关系,其中M可以远远大于N,通过线程池可以灵活的调配线程资源,设置线程的最大值,防止由于海量并发接入导致线程耗尽。 下面,我们结合连接模型图和源码,对伪异步IO进行分析,看它是否能够解决同步阻塞IO面临的问题。

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《Netty 权威指南》—— 传统的BIO编程

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网络编程的基本模型是Client/Server模型,也就是两个进程之间进行相互通信,其中服务端提供位置信息(绑定的IP地址和监听端口),客户端通过连接操作向服务端监听的地址发起连接请求,通过三次握手建立连接,如果连接建立成功,双方就可以通过网络套接字(Socket)进行通信。

在基于传统同步阻塞模型开发中,ServerSocket负责绑定IP地址,启动监听端口,Socket负责发起连接操作,连接成功之后,双方通过输入和输出流进行同步阻塞式通信。

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《Netty 权威指南》样章

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第 2 章  NIO入门

在本章节,我们分别对JDK的BIO、NIO和JDK1.7最新提供的NIO2.0的使用进行详细说明,通过流程图和代码讲解,让大家体会到随着Java IO类库的不断发展和改进,基于Java的网络编程会变得越来越简单,随着异步IO功能的增强,基于Java NIO开发的网络服务器甚至不逊色于采用C++开发的网络程序。

本章主要内容包括:

  •  传统的同步阻塞式IO编程
  • 基于NIO的非阻塞编程
  • 基于NIO2.0 的异步非阻塞(AIO)编程
  • 为什么要使用NIO编程
  • 为什么选择Netty

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