Netty高性能网络通信框架

业界哪些流行的开源框架用Netty作为底层通信框架

• Dubbo： 阿里开源的高性能RPC框架
• RocketMQ： 阿里出品的高性能消息队列
• Spark： 炙手可热的大数据处理引擎，底层使用Netty
• Elasticsearch： 分布式多用户的全文搜索引擎
• Apache Cassandra：开源分布式搜索数据库
• Flink:分布式高性能高可用的流处理框架
• Netty-SocketIO的java服务端实现
• Spring5：使用Netty作为http协议框架
• Play：简单易用的http服务器
• Grpc:google开源的高性能rpc通信框架
• Infinispan：针对缓存的高并发键值对数据存储
• HornetQ：支持集群和多种协议，可嵌入、高性能的异步消息系统
• Vert.x轻量级高性能能JVM应用平台
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  完整的参考列表

业界有哪些公司在使用Netty

在大型企业中有：Apple、Twitter的Finagle、Facebook的Nifty、Google、Square、Instagram

在初创企业中有：做http长连接的Firebase、支持各种各样消息推送通知的Urban Airship


当然，Netty也从这些项目中受益。通过实现 FTP、 SMTP、 HTTP 和 WebSocket 以及其他的基于二进制和基于文本的协议， Netty 扩展了它的应用范围及灵活性。

Netty是什么

1. 异步和事件驱动的高性能网络通信框架。
2. **特点:**它可以以任意的顺序响应在任意的时间点产生的事件，可以实现最高级别的可伸缩性。
3. **目的:**用于快速开发高性能服务端和客户端
4. **封装:**JDK底层BIO和NIO模型，提供高度可用的API,满足各类业务场景，其中ChannelHandler的热插拔机制解放了业务逻辑之外的细节问题，让业务逻辑的添加和删除非常容易
5. 自带编解码器解决拆包粘包问题，用户只关心业务逻辑
6. 精心设计的reactor线程模型支持高并发海量连接
7. 自带各种协议栈如http、websocket，处理任何一种通信协议都几乎不用亲自动手
8. **架构方法和设计原则：**每个小点都和它的技术性内容一样重要，穷其精妙。如关注点分离–业务和网络逻辑解耦，模块化和可复用性，可测试性。

Netty的特性总结

##Netty基本组件

• NioEventLoop ->Thread
• Channel ->Socket
  NioSocketChannel implements Channel
  Chennel is a nexus to a network socket or a component which is capable operations such as read,write,connect,and bind
• ByteBuf ->IO Bytes
  readBytes()、writeBytes() and so on
• Pipline ->Logic Chain 逻辑链
• ChannelHandler ->Logic处理块

##Netty核心组件
###1. Channel-Socket
Channel是通讯的载体，其基本构造是Socket
是对网络底层读写和连接原语言的抽象

###2. EventLoop-控制流、多线程处理、并发
定义了 Netty 的核心抽象， 用于处理连接的生命周期中所发生的事件

###注: Channel、 EventLoop、 Thread 以及EventLoopGroup 之间的关系

#####A. 一个 EventLoopGroup 包含一个或者多个 EventLoop；
#####B. 一个 EventLoop 在它的生命周期内只和一个 Thread 绑定
#####C. 所有由 EventLoop 处理的 I/O 事件都将在它专有的 Thread 上被处理；
#####D. 一个 Channel 在它的生命周期内只注册于一个 EventLoop；
#####E. 一个 EventLoop 可能会被分配给一个或多个 Channel
#####F. 一个给定 Channel 的 I/O 操作都是由相同的 Thread 执行的， 实际上消除了对于同步的需要。

###3. ChannelFuture-异步通知
Netty 中所有的 I/O 操作都是异步的,用于在之后的某个时间点确定其结果的方法
###4. ChannelHandler和ChannelPipeline
ChannelHandler负责Channel中的逻辑处理
其旨在简化应用程序处理逻辑的开发过程
充当了所有处理入站和出站数据的应用程序逻辑的容器
ChannelHandler子接口：
ChannelInboundHandler——处理入站数据以及各种状态变化
ChannelOutboundHandler——处理出站数据并且允许拦截所有的操作
ChannelInboundHandler的方法:

ChannelOutboundHandler的方法:

ChannelPipeline 提供了 ChannelHandler链的容器
定义了用于在该链上传播入站和出站事件流的API

###5. ByteBuf-Netty的数据容器
Java NIO提供了ByteBuffer作为它的字节容器
Netty的ByteBuffer替代品是ByteBuf

A. 它可以被用户自定义的缓冲区类型扩展，通过内置的复合缓冲区类型实现了透明的零拷贝；

B.容量可以按需增长（类似于 JDK 的 StringBuilder）

C.读和写使用了不同的索引

D.支持方法的链式调用

E.支持引用计数

F.支持池化

###6. Bootstap-引导客户端和无连接协议
Bootstrap类负责为客户端和使用无连接协议的应用程序创建 Channel

单元测试

使用EmbeddedChannel 测试 ChannelHandler

1. 测试入站消息
2. 测试出站消息
3. 测试异常处理

##编解码器

• 解码器
  将字节解码为消息
  将一种消息类型解码为另一种

• 编码器
  将消息编码为字节
  将消息编码为消息

##Netty服务端启动

1. 创建服务端Channel
2. 初始化服务端Channel
3. 注册Selector
4. 端口绑定，实现对本地端口的接听

##预置的ChannelHandler和编解码器

1. 通过 SSL/TLS 保护 Netty 应用程序
2. ChannelHandler处理 HTTP 和 HTTPS协议
3. 支持WebSocket
4. ChannelHandler检测空闲连接以及超时
5. FileRegion,通过支持零拷贝的文件传输的Channel来发送的文件区域
6. 使用JDK、JBOSS Marshalling、Protocol Buffers序列化数据
7. 使用UDP广播事件

###创建服务端Channel
bind()[用户代码入口] ->initAndRegister()[初始化并注册] ->newChannel()[创建服务端channel]

##如何使用Netty进行RPC服务器的开发?

1. 定义RPC请求消息、应答消息结构，里面要包括RPC的接口定义模块、包括远程调用的类名、方法名称、参数结构、参数值等信息。
2. 服务端初始化的时候通过容器加载RPC接口定义和RPC接口实现类对象的映射关系，然后等待客户端发起调用请求。
3. 客户端发起的RPC消息里面包含，远程调用的类名、方法名称、参数结构、参数值等信息，通过网络，以字节流的方式送给RPC服务端，RPC服务端接收到字节流的请求之后，去对应的容器里面，查找客户端接口映射的具体实现对象。
4. RPC服务端找到实现对象的参数信息，通过反射机制创建该对象的实例，并返回调用处理结果，最后封装成RPC应答消息通知到客户端。
5. 客户端通过网络，收到字节流形式的RPC应答消息，进行拆包、解析之后，显示远程调用结果。
   
   客户端并发发起RPC调用请求，然后RPC服务端使用Netty连接器，分派出N个NIO连接线程，这个时候Netty连接器的任务结束。然后NIO连接线程是统一放到Netty NIO处理线程池进行管理，这个线程池里面会对具体的RPC请求连接进行消息编码、消息解码、消息处理等等一系列操作。最后进行消息处理（Handler）的时候，处于性能考虑，这里的设计是，直接把复杂的消息处理过程，丢给专门的RPC业务处理线程池集中处理，然后Handler对应的NIO线程就立即返回、不会阻塞。这个时候RPC调用结束，客户端会异步等待服务端消息的处理结果，通过消息回调机制实现。
   Netty对于RPC消息的解码、编码、处理对应的模块和流程，具体如下图所示：