Netty 介绍

1.1. Netty原理

Netty是一个高性能、异步事件驱动的NIO框架，基于JAVA NIO提供的API实现。它提供了对

TCP、UDP和文件传输的支持，作为一个异步NIO框架，Netty的所有IO操作都是异步非阻塞

的，通过 Future-Listener 机制，用户可以方便的主动获取或者通过通知机制获得 IO 操作结果。

1.2. Netty高性能

在IO编程过程中，当需要同时处理多个客户端接入请求时，可以利用多线程或者IO多路复用技术

进行处理。IO多路复用技术通过把多个IO的阻塞复用到同一个select的阻塞上，从而使得系统在

单线程的情况下可以同时处理多个客户端请求。与传统的多线程/多进程模型比，I/O多路复用的

最大优势是系统开销小，系统不需要创建新的额外进程或者线程，也不需要维护这些进程和线程

的运行，降低了系统的维护工作量，节省了系统资源。与Socket类和ServerSocket类相对应，NIO也提供了SocketChannel和ServerSocketChannel两种不同的套接字通道实现。

1.2.1.多路复用通讯方式

Netty架构按照Reactor模式设计和实现，它的服务端通信序列图如下：

客户端通信序列图如下：Netty 的IO 线程 NioEventLoop 由于聚合了多路复用器 Selector，可以同时并发处理成百上千个

客户端Channel，由于读写操作都是非阻塞的，这就可以充分提升IO线程的运行效率，避免由于

频繁IO阻塞导致的线程挂起。

1.2.1.异步通讯NIO

由于 Netty 采用了异步通信模式，一个 IO 线程可以并发处理 N 个客户端连接和读写操作，这从根

本上解决了传统同步阻塞IO一连接一线程模型，架构的性能、弹性伸缩能力和可靠性都得到了极

大的提升。

1.2.2. 零拷贝（DIRECT BUFFERS使用堆外直接内存）

1.Netty 的接收和发送 ByteBuffer 采用 DIRECT BUFFERS，使用堆外直接内存进行 Socket 读写，

不需要进行字节缓冲区的二次拷贝。如果使用传统的堆内存（HEAP BUFFERS）进行Socket读写，

JVM会将堆内存Buffer拷贝一份到直接内存中，然后才写入Socket中。相比于堆外直接内存，

消息在发送过程中多了一次缓冲区的内存拷贝。

2. Netty 提供了组合 Buffer 对象，可以聚合多个 ByteBuffer 对象，用户可以像操作一个 Buffer 那样

方便的对组合 Buffer 进行操作，避免了传统通过内存拷贝的方式将几个小 Buffer 合并成一个大的Buffer。

3. Netty的文件传输采用了transferTo方法，它可以直接将文件缓冲区的数据发送到目标Channel，

避免了传统通过循环write方式导致的内存拷贝问题

1.2.3.内存池（基于内存池的缓冲区重用机制）

随着JVM虚拟机和JIT即时编译技术的发展，对象的分配和回收是个非常轻量级的工作。但是对于缓

冲区Buffer，情况却稍有不同，特别是对于堆外直接内存的分配和回收，是一件耗时的操作。为了尽

量重用缓冲区，Netty 提供了基于内存池的缓冲区重用机制。

1.2.4.高效的Reactor线程模型

常用的Reactor线程模型有三种，Reactor单线程模型, Reactor多线程模型,主从Reactor多线程模型。

Reactor单线程模型

Reactor单线程模型，指的是所有的IO操作都在同一个NIO线程上面完成，NIO线程的职责如下：

1)作为NIO服务端，接收客户端的TCP连接；

2)作为NIO客户端，向服务端发起TCP连接；

3)读取通信对端的请求或者应答消息；

4)向通信对端发送消息请求或者应答消息。

由于Reactor模式使用的是异步非阻塞IO，所有的IO操作都不会导致阻塞，理论上一个线程可以独

立处理所有IO相关的操作。从架构层面看，一个NIO线程确实可以完成其承担的职责。例如，通过

Acceptor接收客户端的TCP连接请求消息，链路建立成功之后，通过Dispatch将对应的ByteBuffer

派发到指定的Handler上进行消息解码。用户Handler可以通过NIO线程将消息发送给客户端。

Reactor多线程模型

Rector 多线程模型与单线程模型最大的区别就是有一组 NIO 线程处理 IO 操作。 有专门一个

NIO 线程-Acceptor 线程用于监听服务端，接收客户端的 TCP 连接请求； 网络 IO 操作-读、写

等由一个 NIO 线程池负责，线程池可以采用标准的 JDK 线程池实现，它包含一个任务队列和 N

个可用的线程，由这些 NIO 线程负责消息的读取、解码、编码和发送；

主从Reactor多线程模型

服务端用于接收客户端连接的不再是个1个单独的NIO线程，而是一个独立的NIO线程池。

Acceptor接收到客户端TCP连接请求处理完成后（可能包含接入认证等），将新创建的

SocketChannel注册到IO线程池（sub reactor线程池）的某个IO线程上，由它负责

SocketChannel的读写和编解码工作。Acceptor 线程池仅仅只用于客户端的登陆、握手和安全

认证，一旦链路建立成功，就将链路注册到后端 subReactor 线程池的 IO 线程上，由 IO 线程负

责后续的 IO 操作。

1.2.5. 无锁设计、线程绑定

Netty采用了串行无锁化设计，在IO线程内部进行串行操作，避免多线程竞争导致的性能下降。

表面上看，串行化设计似乎CPU利用率不高，并发程度不够。但是，通过调整NIO线程池的线程

参数，可以同时启动多个串行化的线程并行运行，这种局部无锁化的串行线程设计相比一个队列-

多个工作线程模型性能更优。

Netty的NioEventLoop读取到消息之后，直接调用ChannelPipeline的

fireChannelRead(Object msg)，只要用户不主动切换线程，一直会由NioEventLoop调用

到用户的Handler，期间不进行线程切换，这种串行化处理方式避免了多线程操作导致的锁

的竞争，从性能角度看是最优的。

1.2.6.高性能的序列化框架

Netty默认提供了对GoogleProtobuf的支持，通过扩展Netty的编解码接口，用户可以实现其它的

高性能序列化框架，例如Thrift的压缩二进制编解码框架。

1. SO_RCVBUF和SO_SNDBUF：通常建议值为 128K 或者 256K。