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Netty學習筆記

2021-01-11 17:11:00 後端開發

何為Netty


??Netty是一個異步事件驅動的網路應用程式框架,用于快速開發可維護的高性能協議服務器和客戶端,

何為事件驅動


事件處理的兩道工序:

方法 說明
事件分離器(Event Demultiplexer) 將事件源(socket/file)的I/O時間分離出來(IO就緒事件,IO完成事件),并分傳遞到對應的I/O事件處理器,
事件處理器(Event Handler) 應用預先注冊需要處理的事件及其事件處理器(回呼函式),

事件分離器的兩種模式:

模式 說明
Reactor 事件分離器負責等待檔案描述符或socket為讀寫操作準備就緒,然后將就緒事件傳遞給對應的處理器,最后由處理器負責完成實際的讀寫作業,I/O操作由應用完成,呼叫事件處理器時,表示I/O就緒,
Proactor demultiplexor事件處理器負責發起異步I/O操作,將用戶定義的資料緩沖區地址和資料大小傳遞給作業系統,作業系統進行I/O操作,事件分離器捕獲IO操作完成事件,然后將事件傳遞給對應處理器,I/O操作由系統完成,呼叫事件處理器時,表示I/O完成,

何為異步I/O


??常見的I/O模式有一下幾種,Netty是多路復用模式,假設場景:用戶想從水管管道取5000L水,但是這個水管的水流是斷斷續續的,那么他有以下幾種方法:

模式 大白話 說明
阻塞 I/O(blocking IO) 他打開水龍頭,在必須原地等待水量達到5000L,然后這個任務才完成, 阻塞,同步I/O
非阻塞 I/O(nonblocking IO) 他打開水龍頭,然后去做別的事情,兩分鐘過來查看一次(輪詢),直到水位達到500L,然后這個任務才完成, 非阻塞,同步I/O
I/O 多路復用( IO multiplexing)(事件驅動I/O) 他加裝多個水龍頭,然后在水龍頭的前端安裝水滴傳感器(阻塞),他在后臺輪詢各個傳感器的資料,一旦得到A水龍頭的水滴傳感器已經被觸發時,他就打開水龍頭A接水,有一下幾種機制select,epoll,iocp,kqueue,poll, 非阻塞,同步I/O
信號驅動 I/O( signal driven IO) 他加裝多個水龍頭,然后在水龍頭的前端安裝水滴傳感器,當水龍頭A的水滴傳感器觸發時,主動通知他,他就打開水龍頭A接水, 非阻塞,同步I/O
異步 I/O(asynchronous IO) 他加裝多個水龍頭,然后在水龍頭的前端安裝水量傳感器,并且將水龍頭打開,然后他就去做其他的事情了,當水來時,水量傳感器統計已取的水量,達到5000L時,將多個水桶的水匯聚到一個桶里,讓他直接使用 非阻塞,異步I/O

I/O多路復用模式


模式 方法 說明 最大連接數 效率 訊息傳遞方式
select 輪詢 同步非阻塞 FD_SETSIZE宏定義 FD的增加會造成線性遍歷速度慢的“線性下降性能問題” 內核需要將訊息傳遞到用戶空間,都需要內核拷貝動作
kQueue 回呼 同步非阻塞 與epoll相似 與epoll相似 與epoll相似
iocp 通知 異步 待了解 待了解 待了解
poll 輪詢 同步非阻塞 基于鏈表來存盤沒有最大連接數的限制 與select一樣 與select一樣
ePoll 回呼 同步非阻塞 連接數有上限,效率與連接數成反比 socket活躍大會有性能問題 通過內核和用戶空間共享一塊記憶體來實作

Netty示例決議


以下是一個經典示例:

import io.netty.bootstrap.ServerBootstrap;
import io.netty.channel.*;
import io.netty.channel.nio.NioEventLoopGroup;
import io.netty.channel.socket.SocketChannel;
import io.netty.channel.socket.nio.NioServerSocketChannel;
import io.netty.handler.codec.http.HttpObjectAggregator;
import io.netty.handler.codec.mqtt.MqttDecoder;
import io.netty.handler.codec.mqtt.MqttEncoder;
import io.netty.handler.timeout.IdleStateHandler;
import org.springframework.beans.factory.annotation.Autowired;
import org.yb.iot.mqtt.handler.ChannelPipelineHandler;
import org.yb.iot.mqtt.handler.InboundMessageHandler;

import java.util.concurrent.TimeUnit;

public class NettyServer {


    public static void main(String[] args) {
        /**
         * NioEventLoopGroup是處理I / O操作的多執行緒事件回圈,多種實作可選,
         * 使用多少個執行緒以及如何將它們映射到創建的通道取決于EventLoopGroup實作,甚至可以通過建構式進行配置,
         * 在上文中提到,I/O多路復用機制有多種,Netty中提供了多種實作,,以Group尾綴的為多執行緒實作,
         */
        EventLoopGroup bossGroup = new NioEventLoopGroup();
        EventLoopGroup workerGroup = new NioEventLoopGroup();
        
        try {
            /**
             * 設定服務器的幫助程式類,
             */
            ServerBootstrap serverBootstrap = new ServerBootstrap();

            /**
             * bossGroup通常稱為“老板”,接受傳入的連接,
             * workerGroup通常稱為“工人”,一旦老板接受連接并將注冊的連接注冊給工人,便處理已接受連接的流量,
             */
            serverBootstrap.group(bossGroup, workerGroup)
                    /**
                     * 指定IO模型
                     */
                    .channel(NioServerSocketChannel.class)

                    /**
                     * 配置自定義的事件處理器,
                     */
                    .childHandler(new ChannelInitializer<SocketChannel>() {

                        @Autowired
                        private InboundMessageHandler inboundMessageHandler;

                        /**
                         * 初始化channel模型的背景關系
                         * @param socketChannel
                         * @throws Exception
                         */
                        @Override
                        public void initChannel(SocketChannel socketChannel) {
                            /**
                             * 事件處理器責任鏈,可以動態增刪
                             * 可以進行例如協議編碼解碼,心跳,內容長度,粘包分包處理,讀寫處理等,
                             * Netty已經默認提供了多種標準協議的解碼編碼實作,全都在io.netty.handler.codec.*下,如MQTT,HTTP等,
                             */
                            ChannelPipeline pipeline = socketChannel.pipeline();

                            /** 最大內容長度 */
                            pipeline.addLast(new HttpObjectAggregator(1024 * 1024 * 64));

                            /** 心跳時間 */
                            pipeline.addLast("idleStateHandler", new IdleStateHandler(120, 120, 120, TimeUnit.SECONDS));

                            /** 協議編碼 */
                            pipeline.addLast(MqttEncoder.INSTANCE);

                            /** 協議解碼 */
                            pipeline.addLast(new MqttDecoder(1024 * 1024 * 64));

                            /** 訊息處理 */
                            pipeline.addLast(inboundMessageHandler);
                        }
                    })

                    /**
                     * 配置EventLoopGroup模型的引數
                     */
                    .option(ChannelOption.SO_BACKLOG, 128)

                    /**
                     * 配置Channel模型的引數
                     */
                    .childOption(ChannelOption.SO_KEEPALIVE, true);

            /**
             * 系結并開始接受傳入的連接,ChannelFuture支持I/O完成事件監聽,
             */
            ChannelFuture channelFuture = serverBootstrap.bind(1883).sync();

            /**
             * 注冊等待Socket服務器關閉,
             */
            channelFuture.channel().closeFuture().sync();

        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            /**
             * 優雅的關閉并退出服務
             */
            workerGroup.shutdownGracefully();
            bossGroup.shutdownGracefully();
        }
    }
}

EventLoopGroup與Channel的實作對應關系如下:

單執行緒模型 多執行緒模型/主從執行緒模型 通道模型 模式
EpollEventLoop.class EpollEventLoopGroup.class EpollServerSocketChannel.class epoll
KQueueEventLoop.class KQueueEventLoopGroup.class KQueueServerSocketChannel.class kQueue
NioEventLoop.class NioEventLoopGroup.class NioServerSocketChannel.class select
AioEventLoop.class AioEventLoopGroup.class AioServerSocketChannel.class iocp

Netty重要組件:

說明
Channel 管道物件
ChannelPipeline 管道事件處理器責任鏈
ChannelHandler 管道事件處理器的介面
ChannelHandlerContext 管道事件處理器的背景關系
ChannelFuture 管道異步操作的結果
ByteBuf 管道一幀資料的物件,位元組容器,通過參考計數的方式實作記憶體回收

參考檔案

Netty Wiki
Netty 實戰 中文版
Netty設計原理
并發編程網 Netty
linux下select/poll/epoll機制的比較
Linux IO模式及 select、poll、epoll詳解
Netty 系列之 Netty 執行緒模型
深入研究Netty之執行緒模型詳解
Netty學習之IO模型

著作權宣告

  • 本文作者: 大魚叔叔
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