大数据之Netty源码解析-概述篇

概述

Netty是什么

大概用Netty的，无论新手还是老手，都知道它是一个“网络通讯框架”。所谓框架，基本上都是一个作用：基于底层API，提供更便捷的编程模型。那么”通讯框架”到底做了什么事情呢？回答这个问题并不太容易，我们不妨反过来看看，不使用netty，直接基于NIO编写网络程序，你需要做什么(以Server端TCP连接为例，这里我们使用Reactor模型)：

监听端口，建立Socket连接
建立线程，处理内容
1. 读取Socket内容，并对协议进行解析
2. 进行逻辑处理
3. 回写响应内容
4. 如果是多次交互的应用(SMTP、FTP)，则需要保持连接多进行几次交互
关闭连接

建立线程是一个比较耗时的操作，同时维护线程本身也有一些开销，所以我们会需要多线程机制，幸好JDK已经有很方便的多线程框架了，这里我们不需要花很多心思。

此外，因为TCP连接的特性，我们还要使用连接池来进行管理：

建立TCP连接是比较耗时的操作，对于频繁的通讯，保持连接效果更好
对于并发请求，可能需要建立多个连接
维护多个连接后，每次通讯，需要选择某一可用连接
连接超时和关闭机制

想想就觉得很复杂了！实际上，基于NIO直接实现这部分东西，即使是老手也容易出现错误，而使用Netty之后，你只需要关注逻辑处理部分就可以了。

体验Netty

这里我们引用Netty的example包里的一个例子，一个简单的EchoServer，它接受客户端输入，并将输入原样返回。其主要代码如下：

public void run() {
    // Configure the server.
    ServerBootstrap bootstrap = new ServerBootstrap(
            new NioServerSocketChannelFactory(
                    Executors.newCachedThreadPool(),
                    Executors.newCachedThreadPool()));

    // Set up the pipeline factory.
    bootstrap.setPipelineFactory(new ChannelPipelineFactory() {
        public ChannelPipeline getPipeline() throws Exception {
            return Channels.pipeline(new EchoServerHandler());
        }
    });

    // Bind and start to accept incoming connections.
    bootstrap.bind(new InetSocketAddress(port));
}

这里EchoServerHandler是其业务逻辑的实现者，大致代码如下：

public class EchoServerHandler extends SimpleChannelUpstreamHandler {

    @Override
    public void messageReceived(
            ChannelHandlerContext ctx, MessageEvent e) {
        // Send back the received message to the remote peer.
        e.getChannel().write(e.getMessage());
    }
}

还是挺简单的，不是吗？

Netty背后的事件驱动机制

完成了以上一段代码，我们算是与Netty进行了第一次亲密接触。如果想深入学习呢？

阅读源码是了解一个开源工具非常好的手段，但是Java世界的框架大多追求大而全，功能完备，如果逐个阅读，难免迷失方向，Netty也并不例外。相反，抓住几个重点对象，理解其领域概念及设计思想，从而理清其脉络，相当于打通了任督二脉，以后的阅读就不再困难了。

理解Netty的关键点在哪呢？我觉得，除了NIO的相关知识，另一个就是事件驱动的设计思想。什么叫事件驱动？我们回头看看EchoServerHandler的代码，其中的参数：public void messageReceived(ChannelHandlerContext ctx, MessageEvent e)，MessageEvent就是一个事件。这个事件携带了一些信息，例如这里e.getMessage()就是消息的内容，而EchoServerHandler则描述了处理这种事件的方式。一旦某个事件触发，相应的Handler则会被调用，并进行处理。这种事件机制在UI编程里广泛应用，而Netty则将其应用到了网络编程领域。

在Netty里，所有事件都来自ChannelEvent接口，这些事件涵盖监听端口、建立连接、读写数据等网络通讯的各个阶段。而事件的处理者就是ChannelHandler，这样，不但是业务逻辑，连网络通讯流程中底层的处理，都可以通过实现ChannelHandler来完成了。事实上，Netty内部的连接处理、协议编解码、超时等机制，都是通过handler完成的。当博主弄明白其中的奥妙时，不得不佩服这种设计！

下图描述了Netty进行事件处理的流程。Channel是连接的通道，是ChannelEvent的产生者，而ChannelPipeline可以理解为ChannelHandler的集合。

event driven in Netty

开启Netty源码之门

理解了Netty的事件驱动机制，我们现在可以来研究Netty的各个模块了。Netty的包结构如下：

org
└── jboss
    └── netty
        ├── bootstrap 配置并启动服务的类
        ├── buffer 缓冲相关类，对NIO Buffer做了一些封装
        ├── channel 核心部分，处理连接
        ├── container 连接其他容器的代码
        ├── example 使用示例
        ├── handler 基于handler的扩展部分，实现协议编解码等附加功能
        ├── logging 日志
        └── util 工具类

在这里面，channel和handler两部分比较复杂。我们不妨与Netty官方的结构图对照一下，来了解其功能。

components in Netty

具体的解释可以看这里：http://netty.io/3.7/guide/#architecture。图中可以看到，除了之前说到的事件驱动机制之外，Netty的核心功能还包括两部分：

Zero-Copy-Capable Rich Byte Buffer

零拷贝的Buffer。为什么叫零拷贝？因为在数据传输时，最终处理的数据会需要对单个传输层的报文，进行组合或者拆分。NIO原生的ByteBuffer无法做到这件事，而Netty通过提供Composite(组合)和Slice(切分)两种Buffer来实现零拷贝。这部分代码在org.jboss.netty.buffer包中。
这里需要额外注意，不要和操作系统级别的Zero-Copy混淆了, 操作系统中的零拷贝主要是用户空间和内核空间之间的数据拷贝, NIO中通过DirectBuffer做了实现.
Universal Communication API

统一的通讯API。这个是针对Java的Old I/O和New I/O，使用了不同的API而言。Netty则提供了统一的API(org.jboss.netty.channel.Channel)来封装这两种I/O模型。这部分代码在org.jboss.netty.channel包中。

此外，Protocol Support功能通过handler机制实现。

接下来的文章，我们会根据模块，详细的对Netty源码进行分析。

参考资料：

Netty 3.7 User Guide http://netty.io/3.7/guide/
What is Netty? http://ayedo.github.io/netty/2013/06/19/what-is-netty.html