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本文是對(duì)《Netty in Action》第4章內(nèi)容的筆記和翻譯，主要內(nèi)容包括：

• OIO：阻塞傳輸
• NIO：異步傳輸
• 本地傳輸：和 JVM 異步交互
• 測(cè)試你的 ChannelHandler

案例學(xué)習(xí)：傳輸遷移

不通過(guò) Netty 使用 OIO 和 NIO

我們將要展示基于 JDK API 的阻塞（OIO）和異步（NIO）應(yīng)用版本。下面展示了阻塞實(shí)現(xiàn)版本。

下面展示了非阻塞版本。

通過(guò) Netty 使用 OIO 和 NIO

非阻塞 Netty 版本

因?yàn)?Netty 對(duì)每一種傳輸實(shí)現(xiàn)都暴露了相同的 API，所以無(wú)論你采用哪一種傳輸，你的代碼幾乎不用修改。

傳輸 API

傳輸 API 的核心是 Channel 接口，所有的 I/O 操作都會(huì)使用這個(gè)接口。Channel 類(lèi)的繼承關(guān)系如圖4.1所示。

Channel 中組合了 ChannelPipeline 和 ChannelConfig。ChannelConfig 保存了 Channel 所有的配置，并且支持熱更新。

由于 Channel 是獨(dú)一無(wú)二的，所以 Channel 繼承了 java.lang.Comparable 接口，從而保證對(duì)象的有序。因此，如果兩個(gè) Channel 實(shí)例返回相同的 hash 值，那 AbstractChannel 中 compareTo() 的實(shí)現(xiàn)將會(huì)拋出 Error。

圖4.1 Channel接口繼承關(guān)系

ChannelHandler 常用于：

• 轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)格式。
• 提供異常通知。
• 提供 Channel 被激活或者關(guān)閉的通知。
• 提供 Channel 從 EventLoop 中注冊(cè)和取消注冊(cè)的通知。
• 提供用戶定義事件的通知。

攔截過(guò)濾器
ChannelPipeline 實(shí)現(xiàn)了一個(gè)常用設(shè)計(jì)模式:攔截過(guò)濾器。UNIX 管道是這個(gè)模式的另一個(gè)典型例子：命令被鏈?zhǔn)骄幣?，每個(gè)命令的輸出會(huì)作為接下來(lái)一個(gè)命令的輸入。

你同樣可以在運(yùn)行時(shí)按照你的需求為 ChannelPipeline 添加或刪除 ChannelHandler。

除了可以使用 ChannelPipeline 和 ChannelConfig 之外，你還可以使用 Channel 的方法，下表展示了一些常用的方法。

下圖展示了如何利用 Channel.writeAndFlush() 實(shí)現(xiàn)最常見(jiàn)的發(fā)送數(shù)據(jù)到遠(yuǎn)端的任務(wù)。

Netty 的 Channel 實(shí)現(xiàn)是線程安全的，所以你可以存儲(chǔ) Channel 的一個(gè)引用，并且在你需要發(fā)送數(shù)據(jù)的時(shí)候使用它，即使在多線程環(huán)境中也沒(méi)有關(guān)系。

包含的傳輸

下表展示了 Netty 中提供的傳輸。

NIO — 非阻塞 I/O

Selector 背后基本的原理是：提供一個(gè)注冊(cè)器，通過(guò)注冊(cè)感興趣的事件，當(dāng) Channel 狀態(tài)改變的時(shí)候你可以得到通知?？赡艿臓顟B(tài)改變包括：

• 新的 Channel 被接收到并且已經(jīng)準(zhǔn)備好。
• Channel 連接已經(jīng)完成。
• Channel 已經(jīng)準(zhǔn)備好為讀操作提供數(shù)據(jù)。
• Channel 已經(jīng)準(zhǔn)備好，可以寫(xiě)入數(shù)據(jù)了。

下表展示了 java.nio.channels.SelectionKey 類(lèi)定義的一些模式。

NIO 內(nèi)部實(shí)現(xiàn)的細(xì)節(jié)，在所有的 Netty 用戶級(jí)別的 API 中都被隱藏了。圖4.2 展示了處理的數(shù)據(jù)流。

圖4.2 選擇和處理狀態(tài)改變

零拷貝
零拷貝這個(gè)特性目前只在 NIO 和 Epoll 傳輸中被支持。通過(guò)它可以使你快速并高效地從一個(gè)文件系統(tǒng)轉(zhuǎn)移數(shù)據(jù)到網(wǎng)絡(luò)中，不需要從內(nèi)核空間拷貝到用戶空間，這大大提高了 FTP、HTTP 等協(xié)議的傳輸效率。這個(gè)特性并不是被所有的操作系統(tǒng)支持。確切地說(shuō)，它并不適用于采用加密或壓縮的文件系統(tǒng)，只有文件的原始數(shù)據(jù)可以被轉(zhuǎn)移。但對(duì)于已經(jīng)加密好的文件是可以被傳輸?shù)摹?/p>

Epoll — 針對(duì) Linux 的原生非阻塞傳輸

Netty 為 Linux 系統(tǒng)提供了一個(gè)使用 epoll 的 NIO API。在某種程度上，這與 Netty 本身的設(shè)計(jì)更加一致，并且比中斷的實(shí)現(xiàn)方式開(kāi)銷(xiāo)更少。如果你的應(yīng)用準(zhǔn)備在 Linux 上使用，那么可以考慮這個(gè)版本，你會(huì)發(fā)現(xiàn)在高負(fù)載的情況下，它的性能表現(xiàn)會(huì)好于 JDK 本生的 NIO 實(shí)現(xiàn)。

這個(gè)傳輸和圖4.2中展示的傳輸語(yǔ)義相同，并且它的使用是很簡(jiǎn)單的，可以參考 list 4.4。為了使用 epoll 版的 NIO，可以將 NioEventLoopGroup 替換為 EpollEventLoopGroup，將 NioServerSocketChannel.class 替換為 EpollServerSocketChannel.class。

OIO — 阻塞型 I/O

圖4.3 OIO 處理邏輯

你可能會(huì)對(duì)此感到好奇：Netty 是如何通過(guò)相同的 API 來(lái)支持異步傳輸?shù)?NIO？答案是 Netty 使用了 SO_TIMEOUT Socket 標(biāo)志。 這個(gè)標(biāo)志表明等待 I/O 操作完成的最大毫秒數(shù)。如果操作在指定的時(shí)間間隔內(nèi)沒(méi)有完成，那么將會(huì)拋出 SocketTimeoutException。Netty 會(huì)捕捉這個(gè)異常，并繼續(xù)循環(huán)處理。

Local — 通過(guò)本地傳輸與 JVM 交互

Netty 為同一個(gè) JVM 上的客戶端和服務(wù)端的異步交互提供了一個(gè)本地傳輸。

因?yàn)楸镜貍鬏敳](méi)有真正的網(wǎng)絡(luò)傳輸，所以它不能和其它傳輸協(xié)議一起協(xié)作。因此，一個(gè)客戶端如果想通過(guò)這個(gè)傳輸來(lái)連接服務(wù)端的話（在同一個(gè) JVM 上），服務(wù)端也必須使用這個(gè)傳輸。除了這個(gè)限制，它的使用和其它傳輸協(xié)議是一樣的。

嵌入傳輸

Netty 還提供了一個(gè)傳輸，可以允許你嵌入在 ChannelHandler 中嵌入一個(gè)幫助類(lèi) ChannelHandler。在這種模式下，你可以擴(kuò)展 ChannelHandler 的功能，而不用內(nèi)部的代碼。

傳輸使用例子

下表展示了當(dāng)前版本中傳輸支持的協(xié)議。

在 Linux 上開(kāi)啟 SCTP
SCTP 需要內(nèi)核支持并且需要安裝一些用戶庫(kù)。例如，在 Ubuntu 上可以使用下面的命令：

# sudo apt-get install libsctp1

在 Fedora 上，你需要使用 yum：

# sudo yum install kernel-modules-extra.x86_64 lksctp-tools.x86_64

請(qǐng)閱讀你的 Linux 發(fā)布版本的手冊(cè)，了解如何開(kāi)啟 SCTP。

下面是你可能會(huì)遇到的一些用例。

• 基于非阻塞的代碼：如果你在你的代碼中不阻塞調(diào)用，或者你要限制阻塞的調(diào)用，推薦使用 NIO（在 Linux 上使用 epoll）。NIO/epoll 主要是用于處理很多并發(fā)的連接，在數(shù)量較少的時(shí)候變現(xiàn)的也不錯(cuò)，尤其是在多個(gè)連接共享線程的情況下。
• 基于阻塞的代碼：正如我們之前提過(guò)，如果你的代碼很依賴阻塞 I/O，并且你應(yīng)用具有相應(yīng)的設(shè)計(jì)，那么你直接從阻塞 I/O 切換到 Netty 的 NIO 傳輸，可能會(huì)遇到麻煩。最好不要直接重寫(xiě)代碼來(lái)適應(yīng)新的 I/O, 可以考慮一個(gè)階段性的遷移：從 OIO 開(kāi)始，遷移到 NIO（或者你使用 Linux 的話就是 epoll）。
• 在同一個(gè) JVM 上進(jìn)行交互：如果要在同一個(gè) JVM 上進(jìn)行交互不需要使用網(wǎng)絡(luò)，使用本地傳輸再恰當(dāng)不過(guò)了。這可以在使用 Netty 代碼的同時(shí)消除真實(shí)網(wǎng)絡(luò)的開(kāi)銷(xiāo)。如果你需要在真實(shí)網(wǎng)絡(luò)上使用該服務(wù)，你只需將傳輸替換為 NIO 或者 OIO。
• 測(cè)試你的 ChannelHandler 實(shí)現(xiàn)：如果你想為你的 ChannelHandler 實(shí)現(xiàn)寫(xiě)單元測(cè)試，可以考慮使用嵌入傳輸。這可以使得你在測(cè)試實(shí)現(xiàn)的時(shí)候不用創(chuàng)建很多的模擬對(duì)象。你寫(xiě)的類(lèi)還是會(huì)和通用的 API 事件流保持一致，保證 ChannelHandler 在真實(shí)傳輸上表現(xiàn)正確。

下表總結(jié)了我們提到過(guò)的用例。