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对于高性能的 RPC 框架，Netty 作为异步通信框架，几乎成为必备品。例如，Dubbo 框: d + R ] y架中通信组件，还有 Roi I 1 AcketMQ 中生产o @ ; m ^ 3 } |者和消费者的通信，都使用了 Netty。今天，我们来看看 Netty 的基本B % E i $ h ]架构和原理。

Netty 的特点与 NIO

Netty 是一个异步的、基于事件驱动的网络应用= 2 q d e框架，它可9 ! 0 - F e d , O以用来开发高性能服务端和客户端。

以前编写网络调用程序的时候，我们都会在客户- o /端创建一个 Socket，通过这个 Socket 连接到服务端。

服务端根据这个 Socket 创建一个 Thread，用来发出请求。客户端在发起调用以后，需要等待服务端处理完成，才能继续后面的操作。这样线程会出现等待的状态。

如果客户端请求数越多，服务端( f 3 G 8 D创建的处理线程也( e S G会越多，JVM 如此多的线程并不是一件容易的事。

使用阻塞 I} ] ^ 9/O 处理多个连接

为了解0 z # ] ! a 0决上述的问题，推出了 NIO 的概念，也就是（Non-blocking I/O）。其中，Selector 机制就是 NIO 的核心。

当每次客户端请求时，会创建一个 Socket Cq y _ l 1hannei J i i 到了一些组件的调用，例如 EventLoopGroup，Channel。这些会在后面详细讲解。

这里有个大致的印象就好：

• 创建 EventLoopGroup。
• 创建 ServerB; ! - l p tootstrap。
• 指定所使用的 NIO 传K D A g 4 o输 Channe# $ B [ E ~l。
• 使用指定的h f @ k E v ) |端口设置套接字地址。
• 添加一个 ServerHandler 到 Channel 的 ChannelPipeline。
• 异步地绑定服务器；调用 sync() 方法阻塞等待直到绑定完成。
• 获取 Channel 的 CloseFuture，并且阻. r % Z w塞当前线程直到它完成。
• 关闭 EventLoopGroup，释放所有的资源。

NettyServer 启动以后会监听某个端o { 0 o Jty 核心组件

通过上面的简单例子，发现有些 Netty 组件在服务初始化以及通讯时被用到，下面就来介绍一下这些组件的用途和关系。

①ChanD T $nel

通过上面例子可以看出，当客户端和服务端连接的时a ] K r D候会建立一个 Channel。

这个 Channel 我们可以理解为 Socket 连接，它负责基本的 IO 操作，例如：bind（），u a : (connect（），read（），write（） 等等。

简w J C E y V Y D单的说，Channel 就是代表连接，实体之间的连接，程序之间的连接，文件之间的连接，设备之间的连接。同时它也是数据入站和出站的载体。

②EventLoop 和 EventLoopGrouD M =p

既然有了 Channel 连接服务，让信息之间可以流动。如果服务发出的消息称作“出站”消息，服务接受的消息称作“入站”消息。那么消息的“出站”/“入站”就会产生事件（Event）。

例如：连接已激活；数据读取；用户事件；异常事件；打开链接；关闭链接等等。

顺着这个思路往下想，有了数据，数据的流动产生事件，那么就有一个机制去监3 $ d m =控和协调事件。

这个机制（组件）就是 Event( Q R y 3Loop。在 Netty 中每个 Channel 都r 0 u t # F 8 w F 8 S Y h系

在异步传输的情况下，一个 EventLoop 是可以处理多个 Channel 中产生的事件的，它主要的工作就是事件的发现以及通& a ! # 4 ;知。

相对于以前一个 Chh r ? v ] V # ]annel 就占用一个 Thred : ` { v d C fad 的情况。Netty 的方式就要合理 U Kndler（出站事件处理器E | 3 4）

假设每次请求都会触发事件，而由 ChannelHandler 来处理这些事件q K : 4 N ` S，这个事件Z H x 6 !的处理顺序是P T %由 ChannelPipeline 来决定的8 % / 6 2 z p B。

ChannelHanlder 处理，出站/入站的事件y l K - ) N k

Ch- 6 @ M EannelPipeline 为 ChannelHandler 链提供了容器。到 Channel 被创建的时候，会被 Netty 框架自动分配到 ChannelPipeline 上。

ChannelPipeline 保证 ChannelHandler 按照一定顺序处理事件，当事件触发以后，会将数据通过 ChannelPipeline 按照J b [ N r a | ? U一定的顺序通过 ChannelHandler。

说白了，ChannelPipeline 是负责“排队”的。这里的“排w Q . i : H 5 l队”是处理事件的顺序。

同时，ChannelPipeline 也{ H 个用于w a / : I读: ~ M . Y取数据，一个用于写入数据。这M u p两个索引通过在字节数组中移动，来P { | ; B V 4 H定位需要读或者写信息的位置。

当从 ByteBuf 读取，它的 readerIndv H ) tex（读索引} ) ) ! i } 2）将会根据读取的字节数递增。

同样，当写 ByteBuf 时，它的 writerIndex 也会根据写入的C v i X + # D I字节数进行递增。

ByteBuf 读写索引图例

需要注意的是极限的情{ = L V |况是 readerIZ , L = G ^ % 5ndex 刚好读到了 write@ r : S h j SrIndex 写入的地方。

如果 readerIndex 超过了 w] Z g ` 1 ? H LriterIndex 的时候，Netty 会抛出 IndexOutOf-BoundsEx) x Hception 异常。

ByteBuf 使用模式

谈了 ByteBuf 的工作原理以后，再来看看它的使用模式。

根据存放缓冲区的不同分为三类：

• 堆缓冲区，ByR , ) ) q % B xteBuf 将数据存储在 JVM 的堆中，通过数组实现，可以做到快速分配。由于在堆上被 JVM 管理，在不被使用时可以快速释放。可以通过 ByteBuf.array() 来获取 bye h X i c ( Qte 数据。
• 直接缓冲区，在 JVM 的堆之^ 5 7 { . E u外直接分配内存，用来存储数据。其不占用堆空间，使用时需要考虑内存容量。它在使用 Socket 传递时性能较好，因为间接从缓冲区发送数据，4 _ # ^ H = 5在发送之前 JVM 会先将数据复制d v ]到直接% w @ P缓冲区B I - ? 8 N ) q x再进行发送。由于，直接缓冲区的数据分配在堆之外，) w d W + [ v通过 JVM 进行垃圾回收，并且分配时也需要做复制的操作，因此使用成本较高。
• 复合缓冲区 { 3 K G，顾名思义就是将上述两类缓冲区聚合在一起。Netty 提供了一个 CompsiteByteBuf，可以将堆缓冲区和直接缓冲区的数据放在一起，让使用更加方便。

ByteBuf 的分配

聊完了结构和使用模式，再来看看 ByteBuf 是如何分配缓冲区的数据的。

Netty 提供了两种 ByteBufAllocator 的实( e ^ x )现，他们分别是：

• PooledByteBufAllocator，实现了 ByteBuf 的对象的池化，提高性能减少内存碎片。
• Unpooled-ByteBU [ C | i T SufAllocator，没有实现对象的池化，每次会生成新的对象实例。

对象池化的技术和线程池，比较相似，主要目o B z Q Z 3 X m的是提高内存的使用率。池化的简单实现思路，是在d ! n h b M ~ a JVM 堆内存上构A ! @ 9 ( a i [ E * l u s心M V 2 E / a组件配置到程序中O F * V s y j O *，并且让他们运行起来。

从 BootX N 4 : & j @strap 的继承结构来看，分为两类分别是 BootsZ i J N L ( - h，一个对应客户端的引导，另一个对应服务端的引导。

支持客户端和服务端的程序引导

客户端引导 Boo0 L # : ! [ N ~tstrap，主要有两个方法 bind（） 和 connect（）。Bootstrap 通过 bind（） 方法创建一个 Channel。

在 bind（） 之后，通过调用 connect（） 方法来创建 Channel 连接。

Bootstrap 通过 bind 和 connect 方法创建连接

服务端引导 ServerBootstrap，与客户端不同的是在 Bind（） 方法之后会创建一个 ServerChannel，它不仅会创建新的 Channel 还会管理已经存在的 Channel。

ServerBootstrap 通过 bind 方法创建/管理连接

通过上面的描述，服务端和客户端的引导1 y j [ 7 A I ,存在两个区别：

• ServerBootstrap（服务端引导）绑定一个端口，用来监听客户端的连接请求。而 Bootstrap（客户U * & f y | : h端引导）只要知道服务端 IP 和0 Q e Port 建立连接就可以了。
• Bootstrap（客户端引导）需要一个 EventLoop: l K lGroup，@ K 7 6 D ?但是 ServerBootstrap（服务端引导）则需要两个 EventLoopGroup。因为服务器需要两组不同的 Channel。第一组 Ser_ ~ @ + #verChannel 自身监听本地端口的套接字。第二组用来监听客户端请求的套接字。e g 4 L w [ +

ServerBoots0 H * Ctrap 有两组 Ee X E ? K H m NventLoopGroup

总结

我Q l w : M们从 NIO 入手，谈到了 Selector 的核心机制。然后通过介绍 Ned t ( 的事件，并且通知执行者。EventloopGroup 的容器，负责生成和管理 EventLoop。

ChannelPipeline 作为 ChannelHandler 的容器会绑定到 Channel 上，然后由 ChannelHandler 提供具体事件处理。另外，ChannelHa* m gndlerContext 为 ChannelHandler 和 ChannelPipeline 提供信息共享。

ByteBuf 作为 Netty 的数据容器，通过字节数组的N } 3 m方式存储数据，并且通过读索引和写索引来引导读写操作。+ 6 # ~ ^ K

上述的核心组件都是通过 Bootstrap 来配置并且引导启动的，Bootstrap 启动方式虽然一致，但是针对客户端和服务端有些许的区别。

来源：https://mp.weixin.qq.com/s/Sosyv2pRrd + Q g $ L s HB8ry471mk5w6g

原文《高性能底层怎么运作？一文帮你吃透NetL 2 % U C H 6ty架构原理》

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