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连接是指TCP协议中如果两端想要传递数据,首先需要通过三次握手建立连接,握手完毕,连接就建立完毕,但是这个过程是比较消耗网络资源的。
短连接是指一轮数据传输完毕后,就断开连接,实现和管理都很方便,但是频繁的建立断开连接比较消耗网络资源。
长连接是指数据传输完毕后,不断开连接,下次有数据发送需求的时候再使用这个连接,省去了握手的过程。
使用简单:封装了NIO的很多细节,使用更简单。
功能强大:预置了多种编解码功能,支持多种主流协议。
定制能力强:可以通过ChannelHandler对通信框架进行灵活地扩展。
性能高:通过与其他业界主流的NIO框架对比,Netty的综合性能最优。
稳定:Netty修复了已经发现的所有NIO的bug,让开发人员可以专注于业务本身。
社区活跃:Netty是活跃的开源项目,版本迭代周期短,bug修复速度快。
1、Reactor线程通过多路复用器监控IO事件。
2、如果是连接建立的事件,则由acceptor线程来接受连接,并创建handler来处理之后该连接上的读写事件。
3、如果是读写事件,则Reactor会调用该连接上的handler进行业务处理。
作用不同:Tomcat是Servlet容器,可以视为Web服务器,而Netty是异步事件驱动的网络应用程序框架和工具用于简化网络编程,例如TCP和UDP套接字服务器。
协议不同:Tomcat是基于http协议的Web服务器,而Netty能通过编程自定义各种协议,因为Netty本身自己能编码/解码字节流,所有Netty可以实现,HTTP服务器、FTP服务器、UDP服务器、RPC服务器、WebSocket服务器、Redis的Proxy服务器、MySQL的Proxy服务器等等。
readerIdleTime:为读超时时间(即测试端一定时间内未接受到被测试端消息)。
writerIdleTime:为写超时时间(即测试端一定时间内向被测试端发送消息)。
allIdleTime:所有类型的超时时间。
Buffer:与Channel进行交互,数据是从Channel读入缓冲区,从缓冲区写入Channel中的。
flip方法 :反转此缓冲区,将position给limit,然后将position置为0,其实就是切换读写模式。
clear方法 :清除此缓冲区,将position置为0,把capacity的值给limit。
rewind方法 :重绕此缓冲区,将position置为0。
DirectByteBuffer可减少一次系统空间到用户空间的拷贝。但Buffer创建和销毁的成本更高,不可控,通常会用内存池来提高性能。直接缓冲区主要分配给那些易受基础系统的本机I/O操作影响的大型、持久的缓冲区。如果数据量比较小的中小应用情况下,可以考虑使用heapBuffer,由JVM进行管理。
Channel:表示IO源与目标打开的连接,是双向的,但不能直接访问数据,只能与Buffer 进行交互。通过源码可知,FileChannel的read方法和write方法都导致数据复制了两次。
Selector可使一个单独的线程管理多个Channel,open方法可创建Selector,register方法向多路复用器器注册通道,可以监听的事件类型:读、写、连接、accept。注册事件后会产生一个SelectionKey:它表示SelectableChannel 和Selector 之间的注册关系,wakeup方法:使尚未返回的第一个选择操作立即返回,唤醒的。
原因是:注册了新的channel或者事件;channel关闭,取消注册;优先级更高的事件触发(如定时器事件),希望及时处理。
Selector在Linux的实现类是EPollSelectorImpl,委托给EPollArrayWrapper实现,其中三个native方法是对epoll的封装,而EPollSelectorImpl. implRegister方法,通过调用epoll_ctl向epoll实例中注册事件,还将注册的文件描述符(fd)与SelectionKey的对应关系添加到fdToKey中,这个map维护了文件描述符与SelectionKey的映射。
fdToKey有时会变得非常大,因为注册到Selector上的Channel非常多(百万连接);过期或失效的Channel没有及时关闭。fdToKey总是串行读取的,而读取是在select方法中进行的,该方法是非线程安全的。
Pipe:两个线程之间的单向数据连接,数据会被写到sink通道,从source通道读取。
NIO的服务端建立过程:Selector.open():打开一个Selector;ServerSocketChannel.open():创建服务端的Channel;bind():绑定到某个端口上。并配置非阻塞模式;register():注册Channel和关注的事件到Selector上;select()轮询拿到已经就绪的事件。
1、Reactor Reactor在一个单独的线程中运行,负责监听和分发事件,分发给适当的处理程序来对IO事件做出反应。它就像公司的电话接线员,它接听来自客户的电话并将线路转移到适当的联系人
2、Handlers处理程序执行I/O事件要完成的实际事件,类似于客户想要与之交谈的公司中的实际官员。Reactor通过调度适当的处理程序来响应I/O事件,处理程序执行非阻塞操作。
传输: IO模型在很大程度上决定了框架的性能,相比于bio,netty建议采用异步通信模式,因为nio一个线程可以并发处理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。正如代码中所示,使用的是NioEventLoopGroup和NioSocketChannel来提升传输效率。
协议: Netty默认提供了对Google Protobuf的支持,也可以通过扩展Netty的编解码接口,用户可以实现其它的高性能序列化框架。
线程: netty使用了Reactor线程模型,但Reactor模型不同,对性能的影响也非常大,下面介绍常用的Reactor线程模型有三种,分别如下:
1、Reactor单线程模型:单线程模型的线程即作为NIO服务端接收客户端的TCP连接,又作为NIO客户端向服务端发起TCP连接,即读取通信对端的请求或者应答消息,又向通信对端发送消息请求或者应答消息。理论上一个线程可以独立处理所有IO相关的操作,但一个NIO线程同时处理成百上千的链路,性能上无法支撑,即便NIO线程的CPU负荷达到100%,也无法满足海量消息的编码、解码、读取和发送,又因为当NIO线程负载过重之后,处理速度将变慢,这会导致大量客户端连接超时,超时之后往往会进行重发,这更加重了NIO线程的负载,最终会导致大量消息积压和处理超时,NIO线程会成为系统的性能瓶颈。
2、Reactor多线程模型:有专门一个NIO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)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。但百万客户端并发连接时,一个nio线程用来监听和接受明显不够,因此有了主从多线程模型。
3、主从Reactor多线程模型:利用主从NIO线程模型,可以解决1个服务端监听线程无法有效处理所有客户端连接的性能不足问题,即把监听服务端,接收客户端的TCP连接请求分给一个线程池。因此,在代码中可以看到,我们在server端选择的就是这种方式,并且也推荐使用该线程模型。在启动类中创建不同的EventLoopGroup实例并通过适当的参数配置,就可以支持上述三种Reactor线程模型。
BIO
Block IO是指同步阻塞式IO,就是平常使用的传统IO,它的特点是模式简单使用方便,并发处理能力低。
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,当然可以通过线程池机制改善。
BIO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,但程序直观简单易理解。
NIO Non IO是指同步非阻塞IO,是传统IO的升级,客户端和服务器端通过Channel(通道)通讯,实现了多路复用。
同步非阻塞,服务器实现模式为一个请求一个线程,即客户端发送的连接请求都会注册到多路复用器上,多路复用器轮询到连接有I/O请求时才启动一个线程进行处理。
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,并发局限于应用中,编程比较复杂,JDK1.4开始支持。
AIO
Asynchronous IO是指NIO的升级,也叫NIO2,实现了异步非堵塞IO,异步IO的操作基于事件和回调机制。
服务器实现模式为一个有效请求一个线程,客户端的I/O请求都是由OS先完成了再通知服务器应用去启动线程进行处理。
AIO方式适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。
Reactor是反应堆的意思,Reactor模型,是指通过一个或多个输入同时传递给服务处理器的服务请求的事件驱动处理模式。
Reactor一种事件驱动处理模型,类似于多路复用IO模型,包括三种角色:Reactor、Acceptor和Handler。Reactor用来监听事件,包括:连接建立、读就绪、写就绪等。然后针对监听到的不同事件,将它们分发给对应的线程去处理。其中acceptor处理客户端建立的连接,handler对读写事件进行业务处理。
服务端程序处理传入多路请求,并将它们同步分派给请求对应的处理线程,Reactor模式也叫Dispatcher模式,即I/O多了复用统一监听事件,收到事件后分发(Dispatch给某进程),是编写高性能网络服务器的必备技术之一。
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