入门Netty编程:从闪电侠的角度理解Netty的基本概念
那么Netty到底是何方神圣?
用一句简单的话来说就是:Netty封装了JDK的NIO,让你用得更爽,你不用再写一大堆复杂的代码了。
用官方正式的话来说就是:Netty是一个异步事件驱动的网络应用框架,用于快速开发可维护的高性能服务器和客户端。
下面是我总结的使用Netty不使用JDK原生NIO的原因
- 使用JDK自带的NIO需要了解太多的概念,编程复杂,一不小心bug横飞
- Netty底层IO模型随意切换,而这一切只需要做微小的改动,改改参数,Netty可以直接从NIO模型变身为IO模型
- Netty自带的拆包解包,异常检测等机制让你从NIO的繁重细节中脱离出来,让你只需要关心业务逻辑
- Netty解决了JDK的很多包括空轮询在内的bug
- Netty底层对线程,selector做了很多细小的优化,精心设计的reactor线程模型做到非常高效的并发处理
- 自带各种协议栈让你处理任何一种通用协议都几乎不用亲自动手
- Netty社区活跃,遇到问题随时邮件列表或者issue
- Netty已经历各大rpc框架,消息中间件,分布式通信中间件线上的广泛验证,健壮性无比强大
看不懂没有关系,这些我们在后续的课程中我们都可以学到,接下来我们用Netty的版本来重新实现一下本文开篇的功能吧
首先,引入Maven依赖
<dependency>
<groupId>io.netty</groupId>
<artifactId>netty-all</artifactId>
<version>4.1.6.Final</version>
</dependency>
然后,下面是服务端实现部分
NettyServer.java
/**
* @author 闪电侠
*/
public class NettyServer {
public static void main(String[] args) {
ServerBootstrap serverBootstrap = new ServerBootstrap();
NioEventLoopGroup boos = new NioEventLoopGroup();
NioEventLoopGroup worker = new NioEventLoopGroup();
serverBootstrap
.group(boos, worker)
.channel(NioServerSocketChannel.class)
.childHandler(new ChannelInitializer<NioSocketChannel>() {
protected void initChannel(NioSocketChannel ch) {
ch.Pipeline().addLast(new StringDecoder());
ch.Pipeline().addLast(new SimpleChannelInboundHandler<String>() {
@Override
protected void channelRead0(ChannelHandlerContext ctx, String msg) {
System.out.println(msg);
}
});
}
})
.bind(8000);
}
}
这么一小段代码就实现了我们前面NIO编程中的所有的功能,包括服务端启动,接受新连接,打印客户端传来的数据,怎么样,是不是比JDK原生的NIO编程优雅许多?
初学Netty的时候,由于大部分人对NIO编程缺乏经验,因此,将Netty里面的概念与IO模型结合起来可能更好理解
1.boos
对应,IOServer.java
中的接受新连接线程,主要负责创建新连接
2.worker
对应 IOClient.java
中的负责读取数据的线程,主要用于读取数据以及业务逻辑处理
然后剩下的逻辑我在后面的系列文章中会详细分析,你可以先把这段代码拷贝到你的IDE里面,然后运行main函数
然后下面是客户端NIO的实现部分
NettyClient.java
/**
* @author 闪电侠
*/
public class NettyClient {
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
Bootstrap bootstrap = new Bootstrap();
NioEventLoopGroup group = new NioEventLoopGroup();
bootstrap.group(group)
.channel(NioSocketChannel.class)
.handler(new ChannelInitializer<Channel>() {
@Override
protected void initChannel(Channel ch) {
ch.Pipeline().addLast(new StringEncoder());
}
});
Channel channel = bootstrap.connect("127.0.0.1", 8000).channel();
while (true) {
channel.writeAndFlush(new Date() + ": hello world!");
Thread.sleep(2000);
}
}
}
在客户端程序中,group
对应了我们IOClient.java
中main函数起的线程,剩下的逻辑我在后面的文章中会详细分析,现在你要做的事情就是把这段代码拷贝到你的IDE里面,然后运行main函数,最后回到NettyIOServer.java
的控制台,你会看到效果。
使用Netty之后是不是觉得整个世界都美好了,一方面Netty对NIO封装得如此完美,写出来的代码非常优雅,另外一方面,使用Netty之后,网络通信这块的性能问题几乎不用操心。
如果你工作中需要接触到网络编程,Netty必将是你的最佳选择,在后续的文章中,闪电侠将基于一个简单的消息推送系统带领你从0到1系统学习Netty各方面的知识,并且每一篇文章都会有一个视频课程对应,每一篇文章对应源码我也会放到github上。
如果你没有学习过Netty,那么本系列将会是你零基础入门最好的资料,如果你对Netty有所掌握,想深入了解Netty的细节,摸透Netty的底层原理,那么我的源码分析视频将会是你最好的选择,截止目前,已经有200多位小伙伴加入。
附录 《跟闪电侠学Netty》目录,不定期更新,欢迎关注
- 《跟闪电侠学Netty》01: 服务端启动流程介绍 [图文+视频]
- 《跟闪电侠学Netty》02: 客户端启动流程介绍 [图文+视频]
- 《跟闪电侠学Netty》03: Pipeline及ChannelHandler介绍及其分类 [图文+视频]
- 《跟闪电侠学Netty》04: ChannelInboundHandler及其生命周期 [图文+视频]
- 《跟闪电侠学Netty》05: ChannelOutBoundHandler及其生命周期 [图文+视频]
- 《跟闪电侠学Netty》06: Pipeline的inbound事件传播机制 [图文+视频]
- 《跟闪电侠学Netty》07: Pipeline的outbound事件传播机制 [图文+视频]
- 《跟闪电侠学Netty》08: Pipeline的异常传播机制 [图文+视频]
- 《跟闪电侠学Netty》09: 数据传输载体ByteBuf介绍 [图文+视频]
- 《跟闪电侠学Netty》10: ByteBuf三维度分类 [图文+视频]
- 《跟闪电侠学Netty》11: ByteBuf分配器介绍 [图文+视频]
- 《跟闪电侠学Netty》12: 客户端与服务端简单通信 [图文+视频]
- 《跟闪电侠学Netty》13: 服务端粘包问题以及解决方案 [图文+视频]
- 《跟闪电侠学Netty》14: 服务端发送push, 基于MessageToByteEncoder实现自定义编码器 [图文+视频]
- 《跟闪电侠学Netty》15: 编码转换器MessageToMessageEncoder介绍 [图文+视频]
- 《跟闪电侠学Netty》16: 客户端收push, 基于ByteToMessageDecoder实现自定义协议解码器 [图文+视频]
- 《跟闪电侠学Netty》17: 解码转换器MessageToMessageDecoder [图文+视频]
- 《跟闪电侠学Netty》18: 客户端发送ack与服务端处理ack [图文+视频]
- 《跟闪电侠学Netty》19: Netty中的异步处理及回调机制 [图文+视频]
- 《跟闪电侠学Netty》20: NioEventLoop以及业务线程隔离 [图文+视频]
- 《跟闪电侠学Netty》21: NioEventLoop实现客户端定时心跳 [图文+视频]
- 《跟闪电侠学Netty》22: 服务端空闲监测与超时关闭客户端连接 [图文+视频]
- 《跟闪电侠学Netty》23: 编写一个WebSocket应用程序[视频]
- 《跟闪电侠学Netty》24: 编写一个Http Proxy与性能优化[视频]
- 《跟闪电侠学Netty》25: 编写一个简单的RPC通信服务[视频]
- 《跟闪电侠学Netty》26: Netty性能优化最佳实践 [视频]
推荐阅读
-
入门Netty编程:从闪电侠的角度理解Netty的基本概念
-
【2022新手指南】Java编程进阶之路 - 六、技术架构篇 ### MySQL索引底层解析与优化实战 - 你会讲解MySQL索引的数据结构吗?性能调优技巧知多少? - Redis深度揭秘:你知道多少?从基础到哨兵、主从复制全梳理 - Redis持久化及哨兵模式详解,还有集群搭建和Leader选举黑箱打开 - Zookeeper是个啥?特性和应用场景大公开 - ZooKeeper集群搭建攻略及 Leader选举、读写一致性、共享锁实现细节 - 探究ZooKeeper中的Leader选举机制及其在分布式环境中的作用 - Zab协议深入剖析:原理、功能与在Zookeeper中的核心地位 - RabbitMQ全方位解读:工作模式、消费限流、可靠投递与配置策略 - 设计者视角:RabbitMQ过期时间、死信队列与延时队列实践指南 - RocketMQ特性和应用场景揭示:理解其精髓与差异化优势 - Kafka详细介绍:特性及广泛应用于实时数据处理的场景解析 - ElasticSearch实力揭秘:特性概述与作为搜索引擎的广泛应用 - MongoDB认知升级:非关系型数据库的优势阐述,安装与使用实战教学 - BIO/NIO/AIO网络模型对比:掌握它们的区别与在网络编程中的实际应用 - Netty带你飞:理解其超快速度背后的秘密,包括线程模型分析 - 网络通信黑科技:Netty编解码原理与常用编解码器的应用,Protostuff实战演示 - 解密Netty粘包与拆包现象,怎样有效应对这一常见问题 - 自定义Netty心跳检测机制,轻松调整检测间隔时间的艺术 - Dubbo轻骑兵介绍:核心特性概览,服务降级实战与其实现益处 - Dubbo三大神器解读:本地存根与本地伪装的实战运用与优势呈现 ----------------------- 七、结语与回顾
-
【Netty】「萌新入门」(七)ByteBuf 的性能优化-堆内存的分配和释放都是由 Java 虚拟机自动管理的,这意味着它们可以快速地被分配和释放,但是也会产生一些开销。 直接内存需要手动分配和释放,因为它由操作系统管理,这使得分配和释放的速度更快,但是也需要更多的系统资源。 另外,直接内存可以映射到本地文件中,这对于需要频繁读写文件的应用程序非常有用。 此外,直接内存还可以避免在使用 NIO 进行网络传输时发生数据拷贝的情况。在使用传统的 I/O 时,数据必须先从文件或网络中读取到堆内存中,然后再从堆内存中复制到直接缓冲区中,最后再通过 SocketChannel 发送到网络中。而使用直接缓冲区时,数据可以直接从文件或网络中读取到直接缓冲区中,并且可以直接从直接缓冲区中发送到网络中,避免了不必要的数据拷贝和内存分配。 通过 ByteBufAllocator.DEFAULT.directBuffer 方法来创建基于直接内存的 ByteBuf: ByteBuf directBuf = ByteBufAllocator.DEFAULT.directBuffer(16); 通过 ByteBufAllocator.DEFAULT.heapBuffer 方法来创建基于堆内存的 ByteBuf: ByteBuf heapBuf = ByteBufAllocator.DEFAULT.heapBuffer(16); 注意: 直接内存是一种特殊的内存分配方式,可以通过在堆外申请内存来避免 JVM 堆内存的限制,从而提高读写性能和降低 GC 压力。但是,直接内存的创建和销毁代价昂贵,因此需要慎重使用。 此外,由于直接内存不受 JVM 垃圾回收的管理,我们需要主动释放这部分内存,否则会造成内存泄漏。通常情况下,可以使用 ByteBuffer.clear 方法来释放直接内存中的数据,或者使用 ByteBuffer.cleaner 方法来手动释放直接内存空间。 测试代码: public static void testCreateByteBuf { ByteBuf buf = ByteBufAllocator.DEFAULT.buffer(16); System.out.println(buf.getClass); ByteBuf heapBuf = ByteBufAllocator.DEFAULT.heapBuffer(16); System.out.println(heapBuf.getClass); ByteBuf directBuf = ByteBufAllocator.DEFAULT.directBuffer(16); System.out.println(directBuf.getClass); } 运行结果: class io.netty.buffer.PooledUnsafeDirectByteBuf class io.netty.buffer.PooledUnsafeHeapByteBuf class io.netty.buffer.PooledUnsafeDirectByteBuf 池化技术 在 Netty 中,池化技术指的是通过对象池来重用已经创建的对象,从而避免了频繁地创建和销毁对象,这种技术可以提高系统的性能和可伸缩性。 通过设置 VM options,来决定池化功能是否开启: -Dio.netty.allocator.type={unpooled|pooled} 在 Netty 4.1 版本以后,非 Android 平台默认启用池化实现,Android 平台启用非池化实现; 这里我们使用非池化功能进行测试,依旧使用的是上面的测试代码 testCreateByteBuf,运行结果如下所示: class io.netty.buffer.UnpooledByteBufAllocator$InstrumentedUnpooledUnsafeDirectByteBuf class io.netty.buffer.UnpooledByteBufAllocator$InstrumentedUnpooledUnsafeHeapByteBuf class io.netty.buffer.UnpooledByteBufAllocator$InstrumentedUnpooledUnsafeDirectByteBuf 可以看到,ByteBuf 类由 PooledUnsafeDirectByteBuf 变成了 UnpooledUnsafeDirectByteBuf; 在没有池化的情况下,每次使用都需要创建新的 ByteBuf 实例,这个操作会涉及到内存的分配和初始化,如果是直接内存则代价更为昂贵,而且频繁的内存分配也可能导致内存碎片问题,增加 GC 压力。 使用池化技术可以避免频繁内存分配带来的开销,并且重用池中的 ByteBuf 实例,减少了内存占用和内存碎片问题。另外,池化技术还可以采用类似 jemalloc 的内存分配算法,进一步提升分配效率。 在高并发环境下,池化技术的优点更加明显,因为内存的分配和释放都是比较耗时的操作,频繁的内存分配和释放会导致系统性能下降,甚至可能出现内存溢出的风险。使用池化技术可以将内存分配和释放的操作集中到预先分配的池中,从而有效地降低系统的内存开销和风险。 内存释放 当在 Netty 中使用 ByteBuf 来处理数据时,需要特别注意内存回收问题。 Netty 提供了不同类型的 ByteBuf 实现,包括堆内存(JVM 内存)实现 UnpooledHeapByteBuf 和堆外内存(直接内存)实现 UnpooledDirectByteBuf,以及池化技术实现的 PooledByteBuf 及其子类。 UnpooledHeapByteBuf:通过 Java 的垃圾回收机制来自动回收内存; UnpooledDirectByteBuf:由于 JVM 的垃圾回收机制无法管理这些内存,因此需要手动调用 release 方法来释放内存; PooledByteBuf:使用了池化机制,需要更复杂的规则来回收内存; 由于池化技术的特殊性质,释放 PooledByteBuf 对象所使用的内存并不是立即被回收的,而是被放入一个内存池中,待下次分配内存时再次使用。因此,释放 PooledByteBuf 对象的内存可能会延迟到后续的某个时间点。为了避免内存泄漏和占用过多内存,我们需要根据实际情况来设置池化技术的相关参数,以便及时回收内存; Netty 采用了引用计数法来控制 ByteBuf 对象的内存回收,在博文 「源码解析」ByteBuf 的引用计数机制 中将会通过解读源码的形式对 ByteBuf 的引用计数法进行深入理解; 每个 ByteBuf 对象被创建时,都会初始化为1,表示该对象的初始计数为1。 在使用 ByteBuf 对象过程中,如果当前 handler 已经使用完该对象,需要通过调用 release 方法将计数减1,当计数为0时,底层内存会被回收,该对象也就被销毁了。此时即使 ByteBuf 对象还在,其各个方法均无法正常使用。 但是,如果当前 handler 还需要继续使用该对象,可以通过调用 retain 方法将计数加1,这样即使其他 handler 已经调用了 release 方法,该对象的内存仍然不会被回收。这种机制可以有效地避免了内存泄漏和意外访问已经释放的内存的情况。 一般来说,应该尽可能地保证 retain 和 release 方法成对出现,以确保计数正确。