Netty介绍以及I/O了解

  • 1 netty介绍
  • 2 适用场景
  • 3 I/O
  • 3.1 BIO基本介绍
  • 3.2 NIO基本介绍
  • 3.3 NIO和 BIO的比较


1 netty介绍

  1. Netty是由JBOSS提供的一个Java开源框架，现为Github上的独立项目。
  2. Netty是一个异步的、基于事件驱动的网络应用框架，用以快速开发高性能、高可靠性的网络lO程序。
  3. Netty主要针对在TCP协议下，面向Clients端的高并发应用，或者Peer-to-Peer场景下的大量数据持续传输的应用。
  4. Netty本质是一个NIO框架，适用于服务器通讯相关的多种应用场景
  • TCP/IP->原生的JDK io(java的io编程和网络编程)->NIO->Netty（从左到右层层封装）

BIO （Blocking I/O）：同步阻塞I/O模式，数据的读取写入必须阻塞在一个线程内等待其完成。这里假设一个烧开水的场景，有一排水壶在烧开水，BIO的工作模式就是， 叫一个线程停留在一个水壶那，直到这个水壶烧开，才去处理下一个水壶。但是实际上线程在等待水壶烧开的时间段什么都没有做。

NIO （New I/O）：同时支持阻塞与非阻塞模式，但这里我们以其同步非阻塞I/O模式来说明，那么什么叫做同步非阻塞？如果还拿烧开水来说，NIO的做法是叫一个线程不断的轮询每个水壶的状态，看看是否有水壶的状态发生了改变，从而进行下一步的操作。

AIO （ Asynchronous I/O）：异步非阻塞I/O模型。异步非阻塞与同步非阻塞的区别在哪里？异步非阻塞无需一个线程去轮询所有IO操作的状态改变，在相应的状态改变后，系统会通知对应的线程来处理。对应到烧开水中就是，为每个水壶上面装了一个开关，水烧开之后，水壶会自动通知我水烧开了。

2 适用场景

RPC：远程过程调用

游戏领域

  1. 无论是手游服务端还是大型的网络游戏，Java语言得到了越来越广泛的应用。
  2. Netty作为高性能的基础通信组件，提供了TCP/UDP和HTTP协议栈，方便定制和开发私有协议栈，账号登录服务器供了TCP/UDP和HTTP协议栈，方便定制和开发私有协议栈，账号登录服务器。
  3. 地图服务器之间可以方便的通过Netty进行高性能的通信。

大数据领域

  1. 经典的Hadoop 的高性能通信和序列化组件(AVRO实现数据文件共享)的RPC框架，默认采用Netty进行跨界点通信
  2. 它的Netty Service基于Netty框架二次封装实现。

其他开源项目使用到netty https://netty.io/wiki/related-projects.html

3 I/O

BIO：每一个连接都会产生一个线程（不一定一直在通讯，会阻塞）（一个socket对应一个线程）

  1. I/O模型简单理解：就是用什么样的通道进行数据的发送和接收，能很大程度上决定了程序通信的性能
  2. Java共支持3种网络编程模型/IO模式:BIO、NIO、AIO
  3. Java BIO:同步阻塞(传统阻塞型)，服务器实现模式为一个连接一个线程，即客户端有连接请求时服务器端就需要启动一个线程进行处理，如果这个连接不做任何事情会造成不必要的线程开销
  4. Java NIO:同步非阻塞，服务器实现模式为一个线程处理多个请求(连接)，即客户端发送的连接请求都会注册到多路复用器（即selector选择器（里面进行轮询））上，多路复用器轮询到连接有I/O请求就进行处理【一个server可以启多个线程，一个线程对应一个selector，一个selector可以有多个socket】
  5. Java AIO(NIO.2):异步非阻塞，AIO引入异步通道的概念，采用了Proactor模式，简化了程序编写，有效的请求才启动线程，它的特点是先由操作系统完成后才通知服务端程序启动线程去处理，一般适用于连接数较多且连接时间较长的应用

场景

  1. BlO方式适用于连接数目比较小且固定的架构，这种方式对服务器资源要求比较高，并发局限于应用中，JDK1.4以前的唯一选择，但程序简单易理解。
  2. NIO方式适用于连接数目多且连接比较短（轻操作）的架构，比如聊天服务器，弹幕系统，服务器间通讯等。编程比较复杂，JDK1.4开始支持。
  3. AIlO方式使用于连接数目多且连接比较长（重操作）的架构，比如相册服务器，充分调用Os参与并发操作，编程比较复杂，JDK7开始支持。

同步和异步的区别在于是否主动去处理它

BIO面向流，NIO面向缓存

3.1 BIO基本介绍

BIO了解

3.2 NIO基本介绍

  1. Java NIO全称java non-blocking IO，是指JDK提供的新APl。从JDK1.4开始，Java提供了一系列改进的输入/输出的新特性，被统称为NIO(即 New lO)，是同步非阻塞的
  2. NIO相关类都被放在 java.nio包及子包下，并且对原java.io包中的很多类进行改写。
  3. NIO有三大核心部分:Channel(通道)，Buffer(缓冲区)，Selector(选择器)
  4. NIO是面向缓冲区，或者面向块编程的。数据读取到一个它稍后处理的缓冲区，需要时可在缓冲区中前后移动，这就增加了处理过程中的灵活性，使用它可以提供非阻塞式的高伸缩性网络
  5. Java NIO的非阻塞模式，使一个线程从某通道发送请求读取数据，但是它仅能得到目前可用的数据，如果目前没有数据可用时，就什么都不会获取，而不是保持线程阻塞，所以直至数据变的可以读取之前，该线程可以继续做其他的事情。非阻塞写，也是如此，一个线程请求写入一些数据到某通道，但不需要等待它完全写入，这个线程同时可以去做别的事情。
  6. 通俗理解: NIO是可以做到用一个线程来处理多个操作的。假没有10000个请求过来,根据实际情况，可以分配50或者100个线程来处理。不像之前的阻塞I0那样，非得分配10000个。
  7. HTTP2.0使用了多路复用的技术，做到同一个连接并发处理多个请求，而且并发请求的数量比HTTP1.1大了好几个数量级。
package personal.netty.nio;

import java.nio.IntBuffer;

/**
 * @author LanceQ
 * @date 2022年03月06日 21:59
 */
public class BasicBuffer {
    public static void main(String[] args) {
        //buffer的使用
        //创建一个buffer,大小为5，即可以存放5个int
        IntBuffer intBuffer = IntBuffer.allocate(5);
        //向buffer存放数据
        for (int i = 0; i < intBuffer.capacity(); i++) {
            intBuffer.put(i*2);
        }
        //如何从buffer读取数据
        //将buffer转换，读写切换
        intBuffer.flip();
        while(intBuffer.hasRemaining()){
            System.out.println(intBuffer.get());
        }
    }
}

3.3 NIO和 BIO的比较

BIO以流的方式处理数据，而NIO以块的方式处理数据，块I/O的效率比流I/O高很多。
BIO是阻塞的，NIO则是非阻塞的。
BIO基于字节流和字符流进行操作，而NIO基于Channel(通道)和Buffer(缓冲区)进行操作，数据总是从通道读取到缓冲区中，或者从缓冲区写入到通道中。Selector(选择器)用于监听多个通道的事件（比如:连接请求，数据到达等〉，因此使用单个线程就可以监听多个客户端通道。

  1. 每个channel都会对应一个buffer
  2. 一个selector对应一个线程，但是对应多个channel（连接）
  3. 程序切换到哪个channel是由事件（Event）决定的
  4. selector会根据不同的事件，在各个通道上切换
  5. buffer就是一个内存块，底层是有一个数组
  6. 数据的读取写入是通过buffer，这个和Bio不同，BIO中要么是输入流，要么是输出流，不能是双向的；但是NIO的Buffer是可以读也可以写，只需要filp方法进行切换
  7. channel是双向的，可以返回底层操作系统的情况，比如Linux，底层的操作系统就是双向的