Day18_Netty

本文主要是介绍Day18_Netty，希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值，需要的开发者们随着小编来一起学习吧！

文章目录

Netty
- - IO 模型
  - Java有哪些数据类型
  - 零拷贝
  - 深拷贝和浅拷贝的区别是什么?
  - BIO、NIO、AIO的区别是什么？
  - Netty 是什么？
  - Netty 基于 NIO，那为啥不直接用 NIO 呢? / 为什么要用 Netty？
  - Netty 应用场景了解么？
  - 那些开源项目用到了 Netty?
  - Netty的核心组件是什么？
  - 请解释Netty的事件模型是什么样的。
  - 什么是Channel和ChannelPipeline？
  - Netty的ByteBuf是什么，有什么优势？
  - Netty支持哪些协议？
  - 什么是编解码器（Codec）？Netty中有哪些内置的编解码器？
  - Netty的线程模型是什么？为什么它是高效的？
  - Netty 中的线程模型有哪几种？
  - 什么是EventLoop，它的作用是什么？
  - NioEventLoopGroup 默认的构造函数会起多少线程呢？
  - ChannelFuture
  - 如何优化Netty应用的性能？
  - Netty如何处理安全性问题？
  - Netty如何支持WebSocket？
  - Netty对HTTP/2的支持是怎样的？
  - 请分享一下你在项目中使用Netty的经验。
  - Netty如何处理粘包和拆包问题？
  - Netty中的ChannelHandlerContext的作用是什么？
  - 有没有使用Netty实现过高性能的网络应用？
  - Reactor模型
  - Netty 服务端和客户端的启动过程了解么？
  - Netty 长连接、心跳机制了解么？
  - Netty 的零拷贝了解么？
  - 如何将长链接转换成短链接，并发送短信？
  - 长链接和短链接如何互相转换？
  - 长链接和短链接的对应关系如何存储？

Netty

IO 模型

UNIX 系统下， IO 模型一共有 5 种：同步阻塞 I/O、同步非阻塞 I/O、I/O 多路复用、信号驱动 I/O 和
异步 I/O。

BIO：属于同步阻塞 IO 模型。数据的读取写入必须阻塞在一个线程内等待其完成。
NIO：属于同步非阻塞的 I/O模型。提供了 Channel , Selector，Buffer 等抽象。NIO 提供了与传统 BIO 模型中的Socket 和 ServerSocket 相对应的 SocketChannel 和 ServerSocketChannel 两种不同的套接字通道实现,两种通道都支持阻塞和非阻塞两种模式。对于高负载、高并发的（网络）应用，应使用NIO 的非阻塞模式来开发
AIO：(Asynchronous I/O）异步的IO模型。应用操作之后会直接返回，不会堵塞在那里，当后台处理完成，操作系统会通知相应的线程进行后续的操作。目前来说 AIO 的应用还不是很广泛。Netty 之前也尝试使用过 AIO，不过又放弃了。这是因为，Netty使用了 AIO 之后，在 Linux 系统上的性能并没有多少提升。

5种阻塞模型：同步阻塞、同步非阻塞、同步多路复用、异步阻塞（没有此情况）、异步非阻塞

同步：线程自己从头到尾自己把活干完
异步：至少有两个线程的情况下，让另一个线程干活然后把结果告诉你

阻塞 IO：等待数据阶段用户线程被阻塞了，等待数据期间什么活都干不了只能被阻塞在那里

假设你是一个餐厅的服务员，你正在等厨师做好一道菜给顾客。在厨师做菜的过程中，你什么都做不了，只能干等着，直到菜做好了你才能继续服务下一位顾客。这就是阻塞IO，你的工作（服务员的工作）被阻塞在了等待厨师做菜（IO操作）上

非阻塞 IO：等待数据阶段用户线程运行着干其它活

假设你是一个餐厅的服务员，你告诉厨师顾客要什么菜，然后你就去忙其他事情了（比如接待其他顾客）。每隔一段时间，你就去问一下厨师你的菜好了没有。这种方式虽然不会让你一直等着，但你需要不断地去询问，也就是“轮询”，这会消耗你的时间和精力（CPU资源）。

多路复用：有一个selector专门负责监视多个IO操作然后及时反馈给当前线程，以便于当前线程可以专心搞其它事情

现在有一个多路复用器来帮你管理多个订餐请求。你告诉多路复用器你想要哪些餐厅的哪些菜，然后你就去忙其他事情了。多路复用器会帮你盯着这些餐厅，一旦有餐好了，他就会通知你来取。这样，你既可以处理多个订餐请求，又不需要一直等着或不断地去询问，大大提高了效率。

阻塞IO：是一个线程在干活，干活期间不能干别的活，是同步的，所以叫做同步阻塞非阻塞IO：也是一个线程在干活，只不过干活期间可以干别的活，所以也是同步的，所以叫同步非阻塞多路复用：多路复用本质也是当前这一个线程在干活，所以它也是同步的，所以叫同步多路复用异步阻塞（没有此情况）异步非阻塞：有两个线程在干活，让另一个线程干活然后把结果告诉你

Java有哪些数据类型

基本数据类型sout打印出来的是数值，引用数据类型sout打印出来的是对象的地址值
其中八种基本数据类型：byte、short、char‐‐>int‐‐>long‐‐>float‐‐>double，boolean
所占的空间大小：

	byte(1)
short(2)、char(2)
int(4)、long(8)
float(4)、double(8)

说说这 8 种基本数据类型对应的包装类型?
这八种基本类型都有对应的包装类分别为：Byte、Short、Character、Integer、Long、Float、Double、Boolean

那基本类型和包装类型有啥区别不？
Byte、Short、Character、Integer、Long、Float、Double、Boolean这些包装类的默认值是null，因为它们是对象类型。

基本类型是有默认值的：byte默认值0、short默认值0、char默认值’\u0000’、int默认值0、long默认值0L、float默认值0.0f、double默认值0.0d，boolean默认值false

零拷贝

传统的 IO 将一个文件通过 socket 写出，内部工作流程是这样的：

在传统的数据传输过程中，当应用程序需要从磁盘读取数据并通过网络发送时，通常需要经历以下步骤：

这个过程涉及了多次数据拷贝和上下文切换（用户态和内核态之间的切换），这会导致CPU资源的浪费和数据传输效率的降低。

“零拷贝”这个名字听起来很神奇，好像数据在传输过程中完全没有被拷贝一样。但实际上，这里的“零拷贝”是指减少了数据在用户空间和内核空间之间的拷贝次数，并不是没有拷贝而是减少了拷贝次数，特别是避免了将数据从内核空间拷贝到用户空间，然后再从用户空间拷贝回内核空间（如网络发送缓冲区）的过程。这样，数据的传输变得更加高效，减少了CPU的负担和内存带宽的占用。

深拷贝和浅拷贝的区别是什么?

浅拷贝:被复制对象的所有变量都含有与原来的对象相同的值,而所有的对其他对象的引用仍然指向原来的对象.换言之,浅拷贝仅仅复制所考虑的对象,而不复制它所引用的对象。
深拷贝:被复制对象的所有变量都含有与原来的对象相同的值.而那些引用其他对象的变量将指向被复制过的新对象.而不再是原有的那些被引用的对象.换言之.深拷贝把要复制的对象所引用的对象都复制了一遍。

BIO、NIO、AIO的区别是什么？

BIO：属于同步阻塞 IO 模型。数据的读取写入必须阻塞在一个线程内等待其完成。

NIO：属于同步非阻塞的 I/O模型。提供了 Channel , Selector，Buffer 等抽象。NIO 提供了与传统 BIO 模型中的Socket 和 ServerSocket 相对应的 SocketChannel 和 ServerSocketChannel 两种不同的套接字通道实现,两种通道都支持阻塞和非阻塞两种模式。对于高负载、高并发的（网络）应用，应使用NIO 的非阻塞模式来开发

AIO：(Asynchronous I/O）异步的IO模型。应用操作之后会直接返回，不会堵塞在那里，当后台处理完成，操作系统会通知相应的线程进行后续的操作。目前来说 AIO 的应用还不是很广泛。Netty 之前也尝试使用过 AIO，不过又放弃了。这是因为，Netty使用了 AIO 之后，在 Linux 系统上的性能并没有多少提升。

Netty 是什么？

就简单用 3 点来概括一下 Netty 吧！

Netty 是一个基于 NIO 的 client-server(客户端服务器)框架，使用它可以快速简单地开发网络应用程序。
它极大地简化并优化了 TCP 和 UDP 套接字服务器等网络编程,并且性能以及安全性等很多方面甚至都要更好。
支持多种协议如 FTP，SMTP，HTTP 以及各种二进制和基于文本的传统协议。
易于开发，且性能、稳定性和灵活性都非常的好

Netty 基于 NIO，那为啥不直接用 NIO 呢? / 为什么要用 Netty？

不用 NIO 主要是因为 NIO 的编程模型复杂而且对编程功底要求比较高。
NIO 在面对断连重连、包丢失、粘包等问题时处理过程非常复杂。

Netty 具有下面这些优点:

简单而强大的线程模型。
自带编解码器解决 TCP 粘包/拆包问题。
Netty支持多种常见的网络协议，包括TCP、UDP、HTTP、WebSocket等。这使得它适用于各种应用场景
比直接使用 Java 核心 API 有更高的吞吐量、更低的延迟、更低的资源消耗和更少的内存复制。
经历了大型项目的使用和考验，而且很多开源项目都使用到了 Netty，比如我们经常接触的 Dubbo、RocketMQ 等等。
异步事件驱动：Netty采用基于事件驱动的模型，通过异步的方式处理网络操作。这允许在单线程上处理大量的并发连接，提高了系统的吞吐量和性能。
高性能：Netty通过优化的事件循环、内存管理和零拷贝等技术，实现了出色的性能表现。
支持并发和多连接：Netty通过使用多线程和高效的事件处理机制，能够轻松处理数千甚至数万个并发连接，适用于高并发场景。

Netty 应用场景了解么？

Netty 主要用来做网络通信 :

作为 RPC 框架的网络通信工具：我们在分布式系统中，不同服务节点之间经常需要相互调用，这个时候就需要 RPC 框架了。不同服务节点的通信是如何做的呢？可以使用 Netty 来做。
实现一个即时通讯系统：使用 Netty 我们可以实现一个可以聊天类似微信的即时通讯系统
物联网（IoT）：在物联网领域，设备之间的通信需要高效、可靠的网络框架，Netty的异步IO模型和卓越的性能使其成为物联网系统的理想选择。
…

那些开源项目用到了 Netty?

用到了 Netty：Dubbo、RocketMQ、Elasticsearch等

没用用到Netty的：Zookeeper使用Java的原生NIO（非阻塞IO）进行网络通信。

Netty的核心组件是什么？

Netty的核心组件包括以下几个主要部分：

Channel（通道）： Channel是Netty中用于处理数据的通道。它负责所有的I/O操作，包括读取、写入、连接和绑定等。Netty提供了不同类型的Channel，用于支持TCP、UDP等不同的传输协议。
EventLoop（事件循环）： EventLoop是Netty异步事件处理的核心。每个Channel都与一个EventLoop关联，它负责处理该Channel上的所有事件。EventLoop采用单线程或多线程的方式，负责处理I/O事件、执行任务和定时任务等。
ChannelPipeline（通道管道）： ChannelPipeline是一个由一系列ChannelHandler组成的处理链。每个Channel都有一个关联的ChannelPipeline，用于处理入站和出站的数据。ChannelHandler负责处理特定类型的事件，如数据编解码、业务逻辑处理等。
ChannelHandler（通道处理器）： ChannelHandler是用于处理I/O事件的组件。开发者可以编写自定义的ChannelHandler来实现特定的业务逻辑，例如数据编解码、业务处理等。ChannelHandler可添加到ChannelPipeline中，形成一个处理链。
ByteBuf（字节缓冲区）： ByteBuf是Netty中用于存储和操作字节数据的缓冲区。它提供了灵活的API，支持池化、切片等高级特性，有助于提高性能和内存管理效率。
ChannelFuture（通道未来）： ChannelFuture表示异步操作的结果，例如I/O操作的成功、失败或取消。通过ChannelFuture，开发者可以注册监听器以处理操作完成时的回调。
Bootstrap（引导类）： Bootstrap是Netty用于启动客户端的引导类。它负责配置和启动Netty的客户端组件，包括设置Channel类型、EventLoop组、ChannelPipeline等。
ServerBootstrap（服务器引导类）： ServerBootstrap是Netty用于启动服务器的引导类。它包含了一些服务器独有的配置选项，如处理客户端连接请求、设置TCP参数等。

这些核心组件共同构建了Netty的基础架构，使得开发者能够通过简单而强大的API构建高性能的网络应用和服务。

请解释Netty的事件模型是什么样的。

事件与事件处理器（Handler）
在Netty中，网络操作（如连接、读取数据、写入数据等）都被视为事件。当这些事件发生时，Netty会将这些事件传递给相应的事件处理器（Handler）。事件处理器就像是处理网络事件的“工人”，它们负责根据事件的具体类型执行相应的操作。
事件处理链（ChannelPipeline）
Netty中的事件处理器并不是单独工作的，它们被组织成一个链（ChannelPipeline）。这个链就像是一个流水线，每个事件都会按顺序通过链中的每个处理器。
异步与回调
Netty的I/O操作是异步的，这意味着当你发起一个I/O操作时（如读取数据），Netty会立即返回一个结果（通常是一个Future对象），而不会阻塞当前线程等待操作完成。你可以在结果上注册一个回调（Callback），当操作完成时，Netty会自动调用这个回调，并传入操作的结果。这种方式大大提高了程序的并发处理能力。
EventLoop（事件循环）
EventLoop负责处理连接上的各种事件，包括接收数据、发送数据、处理IO事件等。Netty使用EventLoop来处理网络事件。它负责处理分配给它的所有Channel（通道）的事件。EventLoop会不断地轮询注册在其上的Channel，处理这些Channel上的IO事件，这样可以确保Channel的所有事件都在同一个线程中按顺序处理，从而避免了多线程并发带来的复杂性。一个EventLoop可能处理着多个channel的事件。一个EventLoop通常关联一个线程，而一个Netty应用可能有多个EventLoop，每个EventLoop运行在独立的线程上

网络事件传递给事件处理器链进行处理，事件处理器链里面有事件处理器来处理，并利用异步和回调机制来提高程序的并发性能。同时，通过EventLoop来管理事件的处理线程，保证了事件处理的顺序性和一致性。

什么是Channel和ChannelPipeline？

Channel（通道）：
- Channel代表了一个网络连接，可以是客户端到服务器的连接，也可以是服务器之间的连接。每个Channel都由一个EventLoop负责处理，而一个EventLoop可以管理多个Channel。Channel中可以执行I/O操作，如读取、写入、连接和绑定等。
ChannelPipeline（通道管道）：
- ChannelPipeline是一个由一系列ChannelHandler组成的处理链。ChannelHandler如进行数据编解码、业务逻辑处理等。ChannelPipeline将这些ChannelHandler串联起来，形成一个处理链。
- 每个Channel都有一个关联的ChannelPipeline，用于处理入站和出站的数据。

Netty的ByteBuf是什么，有什么优势？

Netty里面有ByteBuf，而NIO里面是ByteBuffer

ByteBuf是对ByteBuffer的增强，是对字节数据的封装。

ByteBuf是可以动态扩容的，而ByteBuffer一旦指定了容量就固定了，所以ByteBuf是对ByteBuffer的增强

bytebuffer是读写共用一个指针，所以需要读写的切换；现在bytebuf就不用

ByteBuf的设计允许进行零拷贝操作，例如，可以直接将ByteBuf的底层字节数组传递给其他组件，避免了中间的数据拷贝，提高了数据传输的效率。

Netty支持哪些协议？

TCP和UDP： Netty提供了对TCP和UDP协议的支持，可以用于构建各种基于这两个传输协议的网络应用。
HTTP和HTTPS： Netty可以用于构建支持HTTP和HTTPS协议的Web服务器和客户端。
WebSocket： Netty支持WebSocket协议，可以用于实现实时、双向通信的Web应用。
SMTP和IMAP： Netty可以用于构建支持邮件协议（如SMTP和IMAP）的服务器和客户端。
DNS： Netty可以用于构建支持域名系统（DNS）的应用。
MQTT： Netty提供了对MQTT（Message Queuing Telemetry Transport）协议的支持，可以用于构建支持物联网设备通信的应用。
Custom Protocols： 由于Netty的灵活性，开发者可以根据需要自定义协议栈，构建适用于特定场景的自定义协议。

什么是编解码器（Codec）？Netty中有哪些内置的编解码器？

编解码器（Codec）是负责将数据在不同表示形式之间进行转换的组件。主要用于处理二进制数据与Java对象之间的相互转换。

内置的编解码器：

ByteToMessageDecoder： 这是一个抽象类，用于将字节数据解码为消息对象。开发者可以继承这个类并实现decode方法，以实现特定协议的解码逻辑。
MessageToByteEncoder： 同样是一个抽象类，用于将消息对象编码为字节数据。开发者可以继承这个类并实现encode方法，以实现特定协议的编码逻辑。

这篇关于Day18_Netty的文章就介绍到这儿，希望我们推荐的文章对编程师们有所帮助！