标签：idle 目的 理论 总结 发送数据包 tcp ret util ext
最近经常会再面试中碰到 Netty 相关的问题。
全文采用大家喜欢的与面试官对话的形式展开。 如果大家觉得总结的不错的话，不妨点一个赞鼓励一下！这是我继续坚持很重要的动力来源。
概览：
面试官 ：介绍一下自己对 Netty 的认识吧！小伙子。
我 ：好的！那我就简单用 3 点来概括一下 Netty 吧！
用官方的总结就是：Netty 成功地找到了一种在不妥协可维护性和性能的情况下实现易于开发，性能，稳定性和灵活性的方法。
除了上面介绍的之外，很多开源项目比如我们常用的 Dubbo、RocketMQ、Elasticsearch、gRPC 等等都用到了 Netty。
网络编程我愿意称 Netty 为王 。
面试官 ：为什么要用 Netty 呢？能不能说一下自己的看法。
我 ：因为 Netty 具有下面这些优点，并且相比于直接使用 JDK 自带的 NIO 相关的 API 来说更加易用。
面试官 ：能不能通俗地说一下使用 Netty 可以做什么事情？
我 ：凭借自己的了解，简单说一下吧！理论上来说，NIO 可以做的事情 ，使用 Netty 都可以做并且更好。Netty 主要用来做网络通信 :
面试官 ：Netty 核心组件有哪些？分别有什么作用？
我 ：表面上，嘴上开始说起 Netty 的核心组件有哪些，实则，内心已经开始 mmp 了，深度怀疑这面试官是存心搞我啊！
Channel 接口是 Netty 对网络操作抽象类，它除了包括基本的 I/O 操作，如 bind()、connect()、read()、write() 等。
比较常用的Channel接口实现类是NioServerSocketChannel（服务端）和NioSocketChannel（客户端），这两个 Channel 可以和 BIO 编程模型中的ServerSocket以及Socket两个概念对应上。Netty 的 Channel 接口所提供的 API，大大地降低了直接使用 Socket 类的复杂性。
这么说吧！EventLoop（事件循环）接口可以说是 Netty 中最核心的概念了！
《Netty 实战》这本书是这样介绍它的：
“
EventLoop 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。
是不是很难理解？说实话，我学习 Netty 的时候看到这句话是没太能理解的。
说白了，EventLoop 的主要作用实际就是负责监听网络事件并调用事件处理器进行相关 I/O 操作的处理。
那 Channel 和 EventLoop 直接有啥联系呢？
Channel 为 Netty 网络操作(读写等操作)抽象类，EventLoop 负责处理注册到其上的Channel 处理 I/O 操作，两者配合参与 I/O 操作。
Netty 是异步非阻塞的，所有的 I/O 操作都为异步的。
因此，我们不能立刻得到操作是否执行成功，但是，你可以通过 ChannelFuture 接口的 addListener() 方法注册一个 ChannelFutureListener，当操作执行成功或者失败时，监听就会自动触发返回结果。
并且，你还可以通过ChannelFuture 的 channel() 方法获取关联的Channel
public interface ChannelFuture extends Future<Void> {
Channel channel();
ChannelFuture addListener(GenericFutureListener<? extends Future<? super Void>> var1);
......
ChannelFuture sync() throws InterruptedException;
}
另外，我们还可以通过 ChannelFuture 接口的 sync()方法让异步的操作变成同步的。
下面这段代码使用过 Netty 的小伙伴应该不会陌生，我们指定了序列化编解码器以及自定义的 ChannelHandler 处理消息。
b.group(eventLoopGroup)
.handler(new ChannelInitializer<SocketChannel>() {
@Override
protected void initChannel(SocketChannel ch) {
ch.pipeline().addLast(new NettyKryoDecoder(kryoSerializer, RpcResponse.class));
ch.pipeline().addLast(new NettyKryoEncoder(kryoSerializer, RpcRequest.class));
ch.pipeline().addLast(new KryoClientHandler());
}
});
ChannelHandler 是消息的具体处理器。他负责处理读写操作、客户端连接等事情。
ChannelPipeline 为 ChannelHandler 的链，提供了一个容器并定义了用于沿着链传播入站和出站事件流的 API 。当 Channel 被创建时，它会被自动地分配到它专属的 ChannelPipeline。
我们可以在 ChannelPipeline 上通过 addLast() 方法添加一个或者多个ChannelHandler ，因为一个数据或者事件可能会被多个 Handler 处理。当一个 ChannelHandler 处理完之后就将数据交给下一个 ChannelHandler 。
面试官 ：刚刚你也介绍了 EventLoop。那你再说说 EventloopGroup 吧！和 EventLoop 啥关系?
我 ：
EventLoopGroup 包含多个 EventLoop（每一个 EventLoop 通常内部包含一个线程），上面我们已经说了 EventLoop 的主要作用实际就是负责监听网络事件并调用事件处理器进行相关 I/O 操作的处理。
并且 EventLoop 处理的 I/O 事件都将在它专有的 Thread 上被处理，即 Thread 和 EventLoop 属于 1 : 1 的关系，从而保证线程安全。
上图是一个服务端对 EventLoopGroup 使用的大致模块图，其中 Boss EventloopGroup 用于接收连接，Worker EventloopGroup 用于具体的处理（消息的读写以及其他逻辑处理）。
从上图可以看出：当客户端通过 connect 方法连接服务端时，bossGroup 处理客户端连接请求。当客户端处理完成后，会将这个连接提交给 workerGroup 来处理，然后 workerGroup 负责处理其 IO 相关操作。
面试官 ：你再说说自己对 Bootstrap 和 ServerBootstrap 的了解吧！
我 ：
Bootstrap 是客户端的启动引导类/辅助类，具体使用方法如下：
EventLoopGroup group = new NioEventLoopGroup();
try {
//创建客户端启动引导/辅助类：Bootstrap
Bootstrap b = new Bootstrap();
//指定线程模型
b.group(group).
......
// 尝试建立连接
ChannelFuture f = b.connect(host, port).sync();
f.channel().closeFuture().sync();
} finally {
// 优雅关闭相关线程组资源
group.shutdownGracefully();
}
ServerBootstrap 客户端的启动引导类/辅助类，具体使用方法如下：
// 1.bossGroup 用于接收连接，workerGroup 用于具体的处理
EventLoopGroup bossGroup = new NioEventLoopGroup(1);
EventLoopGroup workerGroup = new NioEventLoopGroup();
try {
//2.创建服务端启动引导/辅助类：ServerBootstrap
ServerBootstrap b = new ServerBootstrap();
//3.给引导类配置两大线程组,确定了线程模型
b.group(bossGroup, workerGroup).
......
// 6.绑定端口
ChannelFuture f = b.bind(port).sync();
// 等待连接关闭
f.channel().closeFuture().sync();
} finally {
//7.优雅关闭相关线程组资源
bossGroup.shutdownGracefully();
workerGroup.shutdownGracefully();
}
}
从上面的示例中，我们可以看出：
面试官 ：看过 Netty 的源码了么？NioEventLoopGroup 默认的构造函数会起多少线程呢？
我 ：嗯嗯！看过部分。
回顾我们在上面写的服务器端的代码：
// 1.bossGroup 用于接收连接，workerGroup 用于具体的处理 EventLoopGroup bossGroup = new NioEventLoopGroup(1); EventLoopGroup workerGroup = new NioEventLoopGroup();
为了搞清楚NioEventLoopGroup 默认的构造函数 到底创建了多少个线程，我们来看一下它的源码。
/**
* 无参构造函数。
* nThreads:0
*/
public NioEventLoopGroup() {
//调用下一个构造方法
this(0);
}
/**
* Executor：null
*/
public NioEventLoopGroup(int nThreads) {
//继续调用下一个构造方法
this(nThreads, (Executor) null);
}
//中间省略部分构造函数
/**
* RejectedExecutionHandler（）：RejectedExecutionHandlers.reject()
*/
public NioEventLoopGroup(int nThreads, Executor executor, final SelectorProvider selectorProvider,final SelectStrategyFactory selectStrategyFactory) {
//开始调用父类的构造函数
super(nThreads, executor, selectorProvider, selectStrategyFactory, RejectedExecutionHandlers.reject());
}
一直向下走下去的话，你会发现在 MultithreadEventLoopGroup 类中有相关的指定线程数的代码，如下：
// 从1，系统属性，CPU核心数*2 这三个值中取出一个最大的
//可以得出 DEFAULT_EVENT_LOOP_THREADS 的值为CPU核心数*2
private static final int DEFAULT_EVENT_LOOP_THREADS = Math.max(1, SystemPropertyUtil.getInt("io.netty.eventLoopThreads", NettyRuntime.availableProcessors() * 2));
// 被调用的父类构造函数，NioEventLoopGroup 默认的构造函数会起多少线程的秘密所在
// 当指定的线程数nThreads为0时，使用默认的线程数DEFAULT_EVENT_LOOP_THREADS
protected MultithreadEventLoopGroup(int nThreads, ThreadFactory threadFactory, Object... args) {
super(nThreads == 0 ? DEFAULT_EVENT_LOOP_THREADS : nThreads, threadFactory, args);
}
综上，我们发现 NioEventLoopGroup 默认的构造函数实际会起的线程数为 CPU核心数*2。
另外，如果你继续深入下去看构造函数的话，你会发现每个NioEventLoopGroup对象内部都会分配一组NioEventLoop，其大小是 nThreads, 这样就构成了一个线程池， 一个NIOEventLoop 和一个线程相对应，这和我们上面说的 EventloopGroup 和 EventLoop关系这部分内容相对应。
面试官 ：说一下 Netty 线程模型吧！
我 ：大部分网络框架都是基于 Reactor 模式设计开发的。
“
Reactor 模式基于事件驱动，采用多路复用将事件分发给相应的 Handler 处理，非常适合处理海量 IO 的场景。
在 Netty 主要靠 NioEventLoopGroup 线程池来实现具体的线程模型的 。
我们实现服务端的时候，一般会初始化两个线程组：
下面我们来详细看一下 Netty 中的线程模型吧！
1.单线程模型 ：
一个线程需要执行处理所有的 accept、read、decode、process、encode、send 事件。对于高负载、高并发，并且对性能要求比较高的场景不适用。
对应到 Netty 代码是下面这样的
“
使用 NioEventLoopGroup 类的无参构造函数设置线程数量的默认值就是 CPU 核心数 *2 。
//1.eventGroup既用于处理客户端连接，又负责具体的处理。 EventLoopGroup eventGroup = new NioEventLoopGroup(1); //2.创建服务端启动引导/辅助类：ServerBootstrap ServerBootstrap b = new ServerBootstrap(); boobtstrap.group(eventGroup, eventGroup) //......
2.多线程模型
一个 Acceptor 线程只负责监听客户端的连接，一个 NIO 线程池负责具体处理：accept、read、decode、process、encode、send 事件。满足绝大部分应用场景，并发连接量不大的时候没啥问题，但是遇到并发连接大的时候就可能会出现问题，成为性能瓶颈。
对应到 Netty 代码是下面这样的：
// 1.bossGroup 用于接收连接，workerGroup 用于具体的处理
EventLoopGroup bossGroup = new NioEventLoopGroup(1);
EventLoopGroup workerGroup = new NioEventLoopGroup();
try {
//2.创建服务端启动引导/辅助类：ServerBootstrap
ServerBootstrap b = new ServerBootstrap();
//3.给引导类配置两大线程组,确定了线程模型
b.group(bossGroup, workerGroup)
//......
3.主从多线程模型
从一个 主线程 NIO 线程池中选择一个线程作为 Acceptor 线程，绑定监听端口，接收客户端连接的连接，其他线程负责后续的接入认证等工作。连接建立完成后，Sub NIO 线程池负责具体处理 I/O 读写。如果多线程模型无法满足你的需求的时候，可以考虑使用主从多线程模型 。
// 1.bossGroup 用于接收连接，workerGroup 用于具体的处理
EventLoopGroup bossGroup = new NioEventLoopGroup();
EventLoopGroup workerGroup = new NioEventLoopGroup();
try {
//2.创建服务端启动引导/辅助类：ServerBootstrap
ServerBootstrap b = new ServerBootstrap();
//3.给引导类配置两大线程组,确定了线程模型
b.group(bossGroup, workerGroup)
//......
// 1.bossGroup 用于接收连接，workerGroup 用于具体的处理
EventLoopGroup bossGroup = new NioEventLoopGroup(1);
EventLoopGroup workerGroup = new NioEventLoopGroup();
try {
//2.创建服务端启动引导/辅助类：ServerBootstrap
ServerBootstrap b = new ServerBootstrap();
//3.给引导类配置两大线程组,确定了线程模型
b.group(bossGroup, workerGroup)
// (非必备)打印日志
.handler(new LoggingHandler(LogLevel.INFO))
// 4.指定 IO 模型
.channel(NioServerSocketChannel.class)
.childHandler(new ChannelInitializer<SocketChannel>() {
@Override
public void initChannel(SocketChannel ch) {
ChannelPipeline p = ch.pipeline();
//5.可以自定义客户端消息的业务处理逻辑
p.addLast(new HelloServerHandler());
}
});
// 6.绑定端口,调用 sync 方法阻塞知道绑定完成
ChannelFuture f = b.bind(port).sync();
// 7.阻塞等待直到服务器Channel关闭(closeFuture()方法获取Channel 的CloseFuture对象,然后调用sync()方法)
f.channel().closeFuture().sync();
} finally {
//8.优雅关闭相关线程组资源
bossGroup.shutdownGracefully();
workerGroup.shutdownGracefully();
}
简单解析一下服务端的创建过程具体是怎样的：
1.首先你创建了两个 NioEventLoopGroup 对象实例：bossGroup 和 workerGroup。
举个例子：我们把公司的老板当做 bossGroup，员工当做 workerGroup，bossGroup 在外面接完活之后，扔给 workerGroup 去处理。一般情况下我们会指定 bossGroup 的 线程数为 1（并发连接量不大的时候） ，workGroup 的线程数量为 CPU 核心数 *2 。另外，根据源码来看，使用 NioEventLoopGroup 类的无参构造函数设置线程数量的默认值就是 CPU 核心数 *2 。
2.接下来 我们创建了一个服务端启动引导/辅助类：ServerBootstrap，这个类将引导我们进行服务端的启动工作。
3.通过 .group() 方法给引导类 ServerBootstrap 配置两大线程组，确定了线程模型。
通过下面的代码，我们实际配置的是多线程模型，这个在上面提到过。
EventLoopGroup bossGroup = new NioEventLoopGroup(1); EventLoopGroup workerGroup = new NioEventLoopGroup();
4.通过channel()方法给引导类 ServerBootstrap指定了 IO 模型为NIO
//1.创建一个 NioEventLoopGroup 对象实例
EventLoopGroup group = new NioEventLoopGroup();
try {
//2.创建客户端启动引导/辅助类：Bootstrap
Bootstrap b = new Bootstrap();
//3.指定线程组
b.group(group)
//4.指定 IO 模型
.channel(NioSocketChannel.class)
.handler(new ChannelInitializer<SocketChannel>() {
@Override
public void initChannel(SocketChannel ch) throws Exception {
ChannelPipeline p = ch.pipeline();
// 5.这里可以自定义消息的业务处理逻辑
p.addLast(new HelloClientHandler(message));
}
});
// 6.尝试建立连接
ChannelFuture f = b.connect(host, port).sync();
// 7.等待连接关闭（阻塞，直到Channel关闭）
f.channel().closeFuture().sync();
} finally {
group.shutdownGracefully();
}
继续分析一下客户端的创建流程：
1.创建一个 NioEventLoopGroup 对象实例
2.创建客户端启动的引导类是 Bootstrap
3.通过 .group() 方法给引导类 Bootstrap 配置一个线程组
4.通过channel()方法给引导类 Bootstrap指定了 IO 模型为NIO
5.通过 .childHandler()给引导类创建一个ChannelInitializer ，然后制定了客户端消息的业务处理逻辑 HelloClientHandler 对象
6.调用 Bootstrap 类的 connect()方法进行连接，这个方法需要指定两个参数：
public ChannelFuture connect(String inetHost, int inetPort) {
return this.connect(InetSocketAddress.createUnresolved(inetHost, inetPort));
}
public ChannelFuture connect(SocketAddress remoteAddress) {
ObjectUtil.checkNotNull(remoteAddress, "remoteAddress");
this.validate();
return this.doResolveAndConnect(remoteAddress, this.config.localAddress());
}
connect 方法返回的是一个 Future 类型的对象
public interface ChannelFuture extends Future<Void> {
......
}
也就是说这个方是异步的，我们通过 addListener 方法可以监听到连接是否成功，进而打印出连接信息。具体做法很简单，只需要对代码进行以下改动：
ChannelFuture f = b.connect(host, port).addListener(future -> {
if (future.isSuccess()) {
System.out.println("连接成功!");
} else {
System.err.println("连接失败!");
}
}).sync();
什么是 TCP 粘包/拆包?有什么解决办法呢？
面试官 ：什么是 TCP 粘包/拆包?
我 ：TCP 粘包/拆包 就是你基于 TCP 发送数据的时候，出现了多个字符串“粘”在了一起或者一个字符串被“拆”开的问题。比如你多次发送：“你好,你真帅啊！哥哥！”，但是客户端接收到的可能是下面这样的：
面试官 ：那有什么解决办法呢?
我 ：
1.使用 Netty 自带的解码器
2.自定义序列化编解码器
在 Java 中自带的有实现 Serializable 接口来实现序列化，但由于它性能、安全性等原因一般情况下是不会被使用到的。
通常情况下，我们使用 Protostuff、Hessian2、json 序列方式比较多，另外还有一些序列化性能非常好的序列化方式也是很好的选择：
“
由于篇幅问题，这部分内容会在后续的文章中详细分析介绍~~~
面试官 ：TCP 长连接和短连接了解么？
我 ：我们知道 TCP 在进行读写之前，server 与 client 之间必须提前建立一个连接。建立连接的过程，需要我们常说的三次握手，释放/关闭连接的话需要四次挥手。这个过程是比较消耗网络资源并且有时间延迟的。
所谓，短连接说的就是 server 端 与 client 端建立连接之后，读写完成之后就关闭掉连接，如果下一次再要互相发送消息，就要重新连接。短连接的有点很明显，就是管理和实现都比较简单，缺点也很明显，每一次的读写都要建立连接必然会带来大量网络资源的消耗，并且连接的建立也需要耗费时间。
长连接说的就是 client 向 server 双方建立连接之后，即使 client 与 server 完成一次读写，它们之间的连接并不会主动关闭，后续的读写操作会继续使用这个连接。长连接的可以省去较多的 TCP 建立和关闭的操作，降低对网络资源的依赖，节约时间。对于频繁请求资源的客户来说，非常适用长连接。
面试官 ：为什么需要心跳机制？Netty 中心跳机制了解么？
我 ：
在 TCP 保持长连接的过程中，可能会出现断网等网络异常出现，异常发生的时候， client 与 server 之间如果没有交互的话，它们是无法发现对方已经掉线的。为了解决这个问题, 我们就需要引入 心跳机制 。
心跳机制的工作原理是: 在 client 与 server 之间在一定时间内没有数据交互时, 即处于 idle 状态时, 客户端或服务器就会发送一个特殊的数据包给对方, 当接收方收到这个数据报文后, 也立即发送一个特殊的数据报文, 回应发送方, 此即一个 PING-PONG 交互。所以, 当某一端收到心跳消息后, 就知道了对方仍然在线, 这就确保 TCP 连接的有效性.
TCP 实际上自带的就有长连接选项，本身是也有心跳包机制，也就是 TCP 的选项：SO_KEEPALIVE。但是，TCP 协议层面的长连接灵活性不够。所以，一般情况下我们都是在应用层协议上实现自定义心跳机制的，也就是在 Netty 层面通过编码实现。通过 Netty 实现心跳机制的话，核心类是 IdleStateHandler 。
面试官 ：讲讲 Netty 的零拷贝？
我 ：
维基百科是这样介绍零拷贝的：
“
零复制（英语：Zero-copy；也译零拷贝）技术是指计算机执行操作时，CPU 不需要先将数据从某处内存复制到另一个特定区域。这种技术通常用于通过网络传输文件时节省 CPU 周期和内存带宽。
在 OS 层面上的 Zero-copy 通常指避免在 用户态(User-space) 与 内核态(Kernel-space) 之间来回拷贝数据。而在 Netty 层面 ，零拷贝主要体现在对于数据操作的优化。
Netty 中的零拷贝体现在以下几个方面：
标签：idle 目的 理论 总结 发送数据包 tcp ret util ext
原文地址：https://www.cnblogs.com/hulianwangjiagoushi/p/13143938.html
