Netty-01-BIO实战

Netty-01-BIO实战及原理

前言

参考书籍：

• Netty权威指南 以5.x版本编写，建议还是以Netty in action为主

1. Netty 介绍和应用场景

1. Netty是由JBOSS提供的一个Java开源框架，现为Github上的独立项目
2. 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
3. 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。
4. 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
5. 要透彻理解Netty ， 需要先学习 NIO ， 这样我们才能阅读 Netty 的源码。

应用场景：

• 互联网行业
  • 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
  • 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
• 游戏行业
  • 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
  • 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
  • 地图服务器之间可以方便的通过 Netty 进行高性能的通信
• 大数据领域
  • 经典的 Hadoop的高性能通信和序列化组件Avro 的 RPC 框架，默认采用 Netty 进行跨界点通信
  • 它的 Netty Service 基于 Netty 框架二次封装实现。

2. Java IO模型

• 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
• Java共支持3种网络编程模型IO模式：BIO、NIO、AIO
  • Java BIO ： 同步并阻塞(传统阻塞型)，服务器实现模式为一个连接一个线程，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
  • 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多路复用器上，多路复用器轮询到连接有I/O请求就进行处理
  • 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

3. BIO 简单实战

3.1 流程概述

• 服务端启动一个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 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，在继续执行

3.2 应用实例

• 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。
• 要求使用线程池机制改善，可以连接多个客户端.
• 服务器端可以接收客户端发送的数据(通过cmd的telnet 方式即可)。

public class BIOServer {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        //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 executorService = Executors.newCachedThreadPool();

        //创建ServerSocket
        ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(6666);
        System.out.println("服务器启动了");

        while (true) {
            System.out.println("线程信息：id= "+ Thread.currentThread().getId() + "; 线程名字：" + Thread.currentThread().getName());
            //监听，等待客户端连接
            System.out.println("等待连接");
            final Socket socket = serverSocket.accept();
            System.out.println("连接到一个客户端");

            //创建一个线程，与之通讯
            executorService.execute(() -> {
                //重写Runnable方法，与客户端进行通讯
                handler(socket);
            });
        }
    }

    //编写一个Handler方法，和客户端通讯
    public static void handler(Socket socket) {
        try {
            System.out.println("线程信息：id= "+ Thread.currentThread().getId() + "; 线程名字：" + Thread.currentThread().getName());
            byte[] bytes = new byte[1024];
            //通过socket获取输入流
            InputStream inputStream = socket.getInputStream();
            //循环的读取客户端发送的数据
            while (true){
                System.out.println("线程信息：id= "+ Thread.currentThread().getId() + "; 线程名字：" + Thread.currentThread().getName());
                System.out.println("read....");
                int read = inputStream.read(bytes);
                if (read != -1){
                    System.out.println(new String(bytes, 0, read));//输出客户端发送的数据
                } else {
                    break;
                }
            }
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            System.out.println("关闭和client的连接");
            try {
                socket.close();
            } catch (IOException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
}

3.3 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

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