【Netty第一章】 Netty介绍

Netty介绍

Netty是基于Java NIO的网络应用框架，是一个NIO Client-Server(客户端服务器)框架，使用Netty可以快速开发网络应用，例如服务器和客户端协议。Netty是完全基于NIO实现的，所以整个Netty都是异步的。

1.1 为什么使用Netty

David John Wheeler说过”在计算机科学中的所有问题都可以通过间接的方法解决“。作为一个NIO Client-Server框架，Netty提供了这样一个间接的解决方法。Netty提供了高层次的抽象来简化TCP和UDP服务器的变成，但是你仍然可以使用底层的API。

1.1.1 并不是所有的网络框架都是一样的

Netty的”quick and easy（高性能和简单易用）“并不意味着编写的程序的性能和可维护性会受到影响。从Netty中实现的协议如FTP,SMTP,HTTP,WebSocket,SPDY以及各种二进制和基于文本的传统协议中获得的经验导致Netty的创始人姚非常小心的设计。Netty成功的提供了易于开发，高性能和高稳定性，以及较强的扩展性。

1.1.2 Netty的功能非常丰富

下图是Netty框架的组成

1.2 异步设计

整个Netty的API都是异步的。

对于网络应用来说，IO一般是性能的瓶颈，使用异步IO可以较大程度上提高程序性能，因为异步变得越来越重要。

异步处理提倡更有效的使用资源，它允许你创建一个任务，当有事件发生时将获得通知并等待事件完成，这样就不会阻塞，不管事件完成与否都会及时返回，资源利用率更高，程序可以利用剩余的资源做一些其他的事情。

1.2.1 Callbacks（回调）

回调一般是异步处理的一种技术。一个回调是被传递到并且执行完该方法。

package com.example.netty;

public class Worker {

public void doWork() {
Fetcher fetcher = new MyFetcher(new Data(1, 0));
fetcher.fetchData(new FetcherCallback() {
@Override
public void OnError(Throwable cause) {
System.out.println("An Error Accour: " + cause.getMessage());
}

@Override
public void onData(Data data) {
System.out.println("Data received: " + data);
}
});
}

public static void main(String[] args){
Worker w = new Worker();
w.doWork();
}
}

package com.example.netty;

public interface Fetcher {
void fetchData(FetcherCallback callback);
}

package com.example.netty;

public class MyFetcher implements Fetcher {

final Data data;

public MyFetcher(Data data){
this.data = data;
}

@Override
public void fetchData(FetcherCallback callback) {
try {
callback.onData(data);
} catch(Exception e){
callback.onError(e);
}
}
}

package com.example.netty;

public interface FetcherCallback {

void onData(Data data) throws Exception;
void onError(Throwable cause);
}

package com.example.netty;

public class Data {

private int n;
private int m;

public Data(int n, int m){
this.n = n;
this.m = m;
}

public int getN() {
return n;
}

public void setN(int n) {
this.n = n;
}

public int getM() {
return m;
}

public void setM(int m) {
this.m = m;
}

@Override
public String toString() {
int r = n/m;
return n + "/" + m + " = " + r;
}
}

上面的例子只是一个简单的模拟回调，Fetcher.fetcherData()方法需传递一个FetcherCallback类型的参数，当获得数据或发生错误时被回调

FetcherCallback.onData()，将接受数据时被调用

FetcherCallback.onError()，发生错误时被调用

1.2.2 Futures

第二种技术是使用Futurwes，Futures是一个抽象的概念，它表示一个值，该值可能在没一点变得可用。一个Future要么获得计算完的结果，要么获得计算失败后的一场。Java在java.util.concurrent保重附带了Future接口，它使用Execitor异步执行。例如下面的代码，每传递一个Runnable对象到ExecutorService.submit()方法就会得到一个回调的Future，你能使用它检测是否执行完成。

package com.example.netty;

import java.util.concurrent.Callable;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
import java.util.concurrent.Future;

public class FutureExample {

public static void main(String[] args) throws Exception {
ExecutorService executor = Executors.newCachedThreadPool();
Runnable task1 = new Runnable() {
@Override
public void run() {
//do something
System.out.println("i am task1.....");
}
};
Callable<Integer> task2 = new Callable<Integer>() {
@Override
public Integer call() throws Exception {
//do something
return new Integer(100);
}
};
Future<?> f1 = executor.submit(task1);
Future<Integer> f2 = executor.submit(task2);
System.out.println("task1 is completed? " + f1.isDone());
System.out.println("task2 is completed? " + f2.isDone());
//waiting task1 completed
while(f1.isDone()){
System.out.println("task1 completed.");
break;
}
//waiting task2 completed
while(f2.isDone()){
System.out.println("return value by task2: " + f2.get());
break;
}
}

}

1.3 Java中的Blocking和non-blocking IO对比

1.4 NIO的问题和Netty中是如何解决这些问题的

1.4.1 跨平台和兼容性问题

NIO是一个比较底层的APIs，它依赖于操作系统的IO APIs。Java实现了统一的接口来操作IO，其在所有操作系统中的工作

行为是一样的，这是很伟大的。使用NIO会经常发现代码在Linux上正常运行，但在Windows上就会出现问题。我建议你如果使用NIO编写程序，就应该在所有的操作系统上进行测试来支持，使程序可以在任何操作系统上正常运行；即使在所有的Linux系统上都测试通过了，也要在其他的操作系统上进行测试；你若不验证，以后就可能会出问题。

NIO2看起来很理想，但是NIO2只支持Jdk1.7+，若你的程序在Java1.6上运行，则无法使用NIO2。另外，Java7的NIO2中没有提供DatagramSocket的支持，所以NIO2只支持TCP程序，不支持UDP程序。

Netty提供一个统一的接口，同一语义无论在Java6还是Java7的环境下都是可以运行的，开发者无需关心底层APIs就可以轻

松实现相关功能。

1.4.2 扩展ByteBuffer

ByteBuffer是一个数据容器，但是可惜的是JDK没有开发ByteBuffer实现的源码；ByteBuffer允许包装一个byte[]来获得一个实例，如果你希望尽量减少内存拷贝，那么这种方式是非常有用的。若果你想将ByteBuffer重新实现，那么不要浪费你的时间了，ByteBuffer的构造函数是私有的，所以它不能被扩展。Netty提供了自己的ByteBuffer实现，Netty通过一些简单的APIs对ByteBuffer进行构造、使用和操作，以此来解决NIO中的一些限制。

1.4.3 NIO对缓冲区的聚合和分散操作可能会操作内存泄露

很多Channel的实现支持Gather和Scatter。这个功能允许从从多个ByteBuffer中读入或写入到过个ByteBuffer，这样做可以提供性能。操作系统底层知道如何处理这些被写入/读出，并且能以最有效的方式处理。如果要分割的数据再多个不同的ByteBuffer中，使用Gather/Scatter是比较好的方式。

例如，你可能希望header在一个ByteBuffer中，而body在另外的ByteBuffer中；