Netty那點事（一）概述

Netty和Mina是Java世界非常知名的通訊框架。它們都出自同一個作者，Mina誕生略早，屬於Apache基金會，而Netty開始在Jboss名下，後來出來自立門戶netty.io。關於Mina已有@FrankHui的Mina系列文章，我正好最近也要做一些網路方面的開發，就研究一下Netty的原始碼，順便分享出來了。

Netty目前有兩個分支：4.x和3.x。4.0分支重寫了很多東西，並對專案進行了分包，規模比較龐大，入手會困難一些，而3.x版本則已經被廣泛使用。本系列文章針對netty 3.7.0 final。3.x和4.0的區別可以參考這篇文章：http://www.oschina.net/translate/netty-4-0-new-and-noteworthy?print。

起：Netty是什麼

大概用Netty的，無論新手還是老手，都知道它是一個“網路通訊框架”。所謂框架，基本上都是一個作用：基於底層API，提供更便捷的程式設計模型。那麼"通訊框架"到底做了什麼事情呢？回答這個問題並不太容易，我們不妨反過來看看，不使用netty，直接基於NIO編寫網路程式，你需要做什麼(以Server端TCP連線為例，這裡我們使用Reactor模型)：

1. 監聽埠，建立Socket連線
2. 建立執行緒，處理內容
   1. 讀取Socket內容，並對協議進行解析
   2. 進行邏輯處理
   3. 回寫響應內容
   4. 如果是多次互動的應用(SMTP、FTP)，則需要保持連線多進行幾次互動
3. 關閉連線

建立執行緒是一個比較耗時的操作，同時維護執行緒本身也有一些開銷，所以我們會需要多執行緒機制，幸好JDK已經有很方便的多執行緒框架了，這裡我們不需要花很多心思。

此外，因為TCP連線的特性，我們還要使用連線池來進行管理：

1. 建立TCP連線是比較耗時的操作，對於頻繁的通訊，保持連線效果更好
2. 對於併發請求，可能需要建立多個連線
3. 維護多個連線後，每次通訊，需要選擇某一可用連線
4. 連線超時和關閉機制

想想就覺得很複雜了！實際上，基於NIO直接實現這部分東西，即使是老手也容易出現錯誤，而使用Netty之後，你只需要關注邏輯處理部分就可以了。

承：體驗Netty

這裡我們引用Netty的example包裡的一個例子，一個簡單的EchoServer，它接受客戶端輸入，並將輸入原樣返回。其主要程式碼如下：

<!-- lang: java --> public void run() { // Configure the server. ServerBootstrap bootstrap = new ServerBootstrap( new NioServerSocketChannelFactory(
                    Executors.newCachedThreadPool(),
                    Executors.newCachedThreadPool())); // Set up the pipeline factory. bootstrap.setPipelineFactory(new ChannelPipelineFactory() { public ChannelPipeline getPipeline() throws Exception { return Channels.pipeline(new EchoServerHandler());
        }
    }); // Bind and start to accept incoming connections. bootstrap.bind(new InetSocketAddress(port));
} 

這裡EchoServerHandler是其業務邏輯的實現者，大致程式碼如下：

<!-- lang: java -->
public class EchoServerHandler extends SimpleChannelUpstreamHandler { @Override public void messageReceived( ChannelHandlerContext ctx, MessageEvent e) { // Send back the received message to the remote peer. e.getChannel().write(e.getMessage());
    }
} 

還是挺簡單的，不是嗎？

轉：Netty背後的事件驅動機制

完成了以上一段程式碼，我們算是與Netty進行了第一次親密接觸。如果想深入學習呢？

首先推薦Netty的官方User Guide：http://netty.io/3.7/guide/。其次，閱讀原始碼是瞭解一個開源工具非常好的手段，但是Java世界的框架大多追求大而全，功能完備，如果逐個閱讀，難免迷失方向，Netty也並不例外。相反，抓住幾個重點物件，理解其領域概念及設計思想，從而理清其脈絡，相當於打通了任督二脈，以後的閱讀就不再困難了。

理解Netty的關鍵點在哪呢？我覺得，除了NIO的相關知識，另一個就是事件驅動的設計思想。什麼叫事件驅動？我們回頭看看EchoServerHandler的程式碼，其中的引數：public void messageReceived(ChannelHandlerContext ctx, MessageEvent e)，MessageEvent就是一個事件。這個事件攜帶了一些資訊，例如這裡e.getMessage()就是訊息的內容，而EchoServerHandler則描述了處理這種事件的方式。一旦某個事件觸發，相應的Handler則會被呼叫，並進行處理。這種事件機制在UI程式設計裡廣泛應用，而Netty則將其應用到了網路程式設計領域。

在Netty裡，所有事件都來自ChannelEvent介面，這些事件涵蓋監聽埠、建立連線、讀寫資料等網路通訊的各個階段。而事件的處理者就是ChannelHandler，這樣，不但是業務邏輯，連網路通訊流程中底層的處理，都可以通過實現ChannelHandler來完成了。事實上，Netty內部的連線處理、協議編解碼、超時等機制，都是通過handler完成的。當博主弄明白其中的奧妙時，不得不佩服這種設計！

下圖描述了Netty進行事件處理的流程。Channel是連線的通道，是ChannelEvent的產生者，而ChannelPipeline可以理解為ChannelHandler的集合。

合：開啟Netty原始碼之門

理解了Netty的事件驅動機制，我們現在可以來研究Netty的各個模組了。Netty的包結構如下：

<!-- lang: ruby --> org
└── jboss
    └── netty
        ├── bootstrap 配置並啟動服務的類
        ├── buffer 緩衝相關類，對NIO Buffer做了一些封裝
        ├── channel 核心部分，處理連線
        ├── container 連線其他容器的程式碼
        ├── example 使用示例
        ├── handler 基於handler的擴充套件部分，實現協議編解碼等附加功能
        ├── logging 日誌
        └── util 工具類 

在這裡面，channel和handler兩部分比較複雜。我們不妨與Netty官方的結構圖對照一下，來了解其功能。

具體的解釋可以看這裡：http://netty.io/3.7/guide/#architecture。圖中可以看到，除了之前說到的事件驅動機制之外，Netty的核心功能還包括兩部分：

• Zero-Copy-Capable Rich Byte Buffer

  零拷貝的Buffer。為什麼叫零拷貝？因為在資料傳輸時，最終處理的資料會需要對單個傳輸層的報文，進行組合或者拆分。NIO原生的ByteBuffer要做到這件事，需要對ByteBuffer內容進行拷貝，產生新的ByteBuffer，而Netty通過提供Composite(組合)和Slice(切分)兩種Buffer來實現零拷貝。這部分程式碼在org.jboss.netty.buffer包中。

• Universal Communication API

  統一的通訊API。因為Java的Old I/O和New I/O，使用了互不相容的API，而Netty則提供了統一的API(org.jboss.netty.channel.Channel)來封裝這兩種I/O模型。這部分程式碼在org.jboss.netty.channel包中。

此外，Protocol Support功能通過handler機制實現。

接下來的文章，我們會根據模組，詳細的對Netty原始碼進行分析。

最後附上Netty那點事系列文章/程式碼的Github地址:https://github.com/code4craft/netty-learning

參考資料：

• Netty 3.7 User Guide http://netty.io/3.7/guide/

• What is Netty? http://ayedo.github.io/netty/2013/06/19/what-is-netty.html

Netty那點事系列文章索引

• Netty那點事（一）概述

• Netty那點事（二）Netty中的buffer

• Netty那點事（三）層層分析Netty中的Channel(上)

• 文章及程式碼地址：https://github.com/code4craft/netty-learning

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