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Netty来袭——你不能不了解的企业高性能异步NIO通信首选…

微信原版阅读：

162
2014-06-12 
博文视点Broadview

1．Netty

是什么？

Netty
是一个基于
Java NIO
类库的异步通信框架，它的架构特点是：异步非阻塞、基于事件驱动、高性能、高可靠性和高可定制性。

2．

使用Netty
能够做什么？

开发异步、非阻塞的TCP
网络应用程序；

开发异步、非阻塞的UDP
网络应用程序；

开发异步文件传输应用程序；

开发异步HTTP
服务端和客户端应用程序；

提供对多种编解码框架的集成，包括谷歌的Protobuf
、JBoss marshalling
、Java
序列化、压缩编解码、XML
解码、字符串编解码等，这些编解码框架可以被用户直接使用；

提供形式多样的编解码基础类库，可以非常方便地实现私有协议栈编解码框架的二次定制和开发；

基于职责链模式的Pipeline-Handler
机制，用户可以非常方便的对网络事件进行拦截和定制；

所有的I/O
操作都是异步的，用户可以通过Future-Listener
机制主动Get
结果或者由I/O
线程操作完成之后主动Notify
结果，用户的业务线程不需要同步等待；

• IP

黑白名单控制；

打印消息码流；

流量控制和整形；

性能统计；

基于链路空闲事件检测的心跳检测。

……

3．Netty

在哪些行业得到了应用？

（
1
）互联网行业

随着网站规模的不断扩大，系统并发访问量也越来越高，传统基于
Tomcat
等
Web
容器的垂直架构已经无法满足需求，需要拆分应用进行服务化，以提高开发和维护效率。从组网情况看，垂直的架构拆分之后，系统采用分布式部署，各个节点之间需要远程服务调用，高性能的
RPC
框架必不可少，
Netty
作为异步高性能的通信框架，往往作为基础通信组件被这些
RPC
框架使用。

典型的应用有：阿里分布式服务框架
Dubbo
的
RPC
框架使用
Dubbo
协议进行节点间通信，
Dubbo
协议默认使用
Netty
作为基础通信组件，用于实现各进程节点之间的内部通信。它的架构图如下：

 图
1-1 Dubbo
节点间调用关系图

其中，服务提供者和服务消费者之间，服务提供者、服务消费者和性能统计节点之间使用
Netty
进行异步
/
同步通信。

除了
Dubbo
之外，淘宝的消息中间件
RocketMQ
的消息生产者和消息消费者之间，也采用
Netty
进行高性能、异步通信。

除了阿里系和淘宝系之外，很多其它的大型互联网公司或者电商内部也已经大量使用
Netty
构建高性能、分布式的网络服务器。

（
2
）游戏行业

无论是手游服务端、还是大型的网络游戏，
Java
语言得到了越来越广泛的应用。
Netty
作为高性能的基础通信组件，它本身提供了
TCP/UDP
和
HTTP
协议栈，非常方便定制和开发私有协议栈。账号登陆服务器、地图服务器之间可以方便的通过
Netty
进行高性能的通信，架构示意图如下：

图
1-2 Netty
在游戏服务器架构中的应用

（
3
）大数据领域

经典的
Hadoop
的高性能通信和序列化组件
Avro
的
RPC
框架，默认采用
Netty
进行跨节点通信，它的
NettyService
基于
Netty
框架二次封装实现。

大数据计算往往采用多个计算节点和一个
/N
个汇总节点进行分布式部署，各节点之间存在海量的数据交换。由于
Netty
的综合性能是目前各个成熟
NIO
框架中最高的，因此，往往会被选中用作大数据各节点间的通信。

（
4
）企业软件

企业和
IT
集成需要
ESB
，
Netty
对多协议支持、私有协议定制的简洁性和高性能是
ESB RPC
框架的首选通信组件。事实上，很多企业总线厂商会选择
Netty
作为基础通信组件，用于企业的
IT
集成。

（
5
）通信行业

Netty
的异步高性能、高可靠性和高成熟度的优点，使它在通信行业得到了大量的应用。

4．

使用传统的Socket
开发挺简单的，为什么要切换到NIO
进行编程呢？

首先看下传统基于同步阻塞
IO
（
BIO
）的线程模型图：

图
1-3 
同步阻塞
IO
（
BIO
）线程模型图

由上图我们可以看出，传统的同步阻塞
IO
通信存在如下几个问题：

线程模型存在致命缺陷：一连接一线程的模型导致服务端无法承受大量客户端的并发连接；

性能差：频繁的线程上下文切换导致CPU
利用效率不高；

可靠性差：由于所有的IO
操作都是同步的，所以业务线程只要进行IO
操作，也会存在被同步阻塞的风险，这会导致系统的可靠性差，依赖外部组件的处理能力和网络的情况。

采用非阻塞I/O
（NIO
）之后，同步阻塞I/O
的三个缺陷都将迎刃而解：

• NIO

采用Reactor
模式，一个Reactor
线程聚合一个多路复用器Selector
，它可以同时注册、监听和轮询成百上千个Channel
，一个I/O
线程可以同时并发处理
N
个客户端连接，线程模型优化为1
：
N
（
N <
进程可用的最大句柄数）或者
M
：
N (
M
通常为CPU
核数+1
， 
N<
进程可用的最大句柄数)
；

由于I/O
线程总数有限，不会存在频繁的I/O
线程之间上下文切换和竞争，CPU
利用率高；

所有的I/O
操作都是异步的，即使业务线程直接进行I/O
操作，也不会被同步阻塞，系统不再依赖外部的网络环境和外部应用程序的处理性能。

由于切换到NIO
编程之后可以为系统带来巨大的可靠性、性能提升，所以，目前采用NIO
进行通信已经逐渐成为主流。

5．

为什么不直接基于JDK
的NIO
类库编程呢？

我们通过
JDK NIO
服务端和客户端的工作时序图来回答下这个问题：

图
1-4 JDK NIO 
服务端创建和通信序列图

即便抛开代码和
NIO
类库复杂性不谈，一个高性能、高可靠性的
NIO
服务端开发和维护成本都是非常高的，开发者需要具有丰富的
NIO
编程经验和网络维护经验，很多时候甚至需要通过抓包来定位问题。也许开发出一套
NIO
程序需要
1
个月，但是它的稳定很可能需要
1
年甚至更长的时间，这也就是为什么我不建议直接使用
JDK NIO
类库进行通信开发的一个重要原因。

下面再一起看下
JDK NIO
客户端的通信时序图：它同样非常复杂。

图
1-5 JDK NIO 
客户端创建和通信序列图

6．

为什么要选择Netty
框架？

Netty
是业界最流行的
NIO
框架之一，它的健壮性、功能、性能、可定制性和可扩展性在同类框架中都是首屈一指的，它已经得到成百上千的商用项目验证，例如
Hadoop
的
RPC
框架
Avro
使用
Netty
作为通信框架。很多其它业界主流的
RPC
和分布式服务框架，也使用
Netty
来构建高性能的异步通信能力。

Netty
的优点总结如下：

• API

使用简单，开发门槛低；

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的扩展；

性能高，通过与其它业界主流的NIO
框架对比，Netty
的综合性能最优；

成熟、稳定，Netty
修复了已经发现的所有JDK NIO BUG
，业务开发人员不需要再为NIO
的BUG
而烦恼；

社区活跃，版本迭代周期短，发现的BUG
可以被及时修复，同时，更多的新功能会被加入；

经历了大规模的商业应用考验，质量得到验证。在互联网、大数据、网络游戏、企业应用、电信软件等众多行业得到成功商用，证明了它完全满足不同行业的商用标准。

正是因为这些优点，Netty
逐渐成为Java NIO
编程的首选框架。

7．

听说Netty
各版本的API
变化比较频繁，我该如何选择版本？

事实上，
Netty
各版本之间的
API
变更并没有一些人讲的那么可怕，最大的变更就是
3.X
系列到
4.X/5.X
的变更，
Netty
不仅仅重构了包路径，对于之前一直想改但是考虑到前向兼容性没改的类库进行了优化和修改。这次变更的主要原因是
Netty
脱离了
Jboss
独立发展，这对于
Netty
的长远发展是件好事。

在我看来，
Netty4.X
系列版本的架构和
API
设计更加合理，同时，它提供了更多新的特性。因此，我个人建议用户可以选择
4.X
系列版本，以免未来升级遇到困难和问题。

对于已经使用
3.X
系列版本的用户，如果现有功能已经满足需求，短期内暂时不需要升级。如果需要使用更多新特性和功能，建议在充分评估之后进行升级，这可能需要一些工作量。

由于
Netty5
最新版本仍处于测试阶段，从学习和研究角度可以试用一下，
Netty5
相比于
Netty4
是前向兼容的，因此，未来用户升级到
Netty5
会更加容易。

8．Netty

和Mina 
我究竟该选择哪个？

根据我的经验，无论选择哪个，都是个正确的选择。两者各有千秋，
Netty
在内存管理方面更胜一筹，综合性能也更优。但是，
API
变更的管理和兼容性做的不是太好。相比于
Netty
，
Mina
的前向兼容性、内聚的可维护性功能更多，例如
JMX
的集成、性能统计、状态机等。

建议用户可以根据自己对两者的熟悉程度和实际项目需求，做出最佳选择。如果你锁定了两者，本身就意味着你做出了正确选择，不需要再纠结于选择哪个而和领导、同事吵得面红耳赤。

9．Netty

使用简单吗？

Netty
的基础开发和应用非常简单，开发一个
Echo
服务端只需要28
行
代码，开发对应的
Echo
客户端只需要26
行
代码！

但是，如果你要利用它进行私有协议栈开发、
HTTP
服务端和客户端开发等，仍然需要深入的学习
Netty
的一些高级类库和功能，了解
Netty
的设计原理。只有这样，才能恰到好处的使用
Netty
，为项目和公司带来更大的价值。

10．

我是大学毕业生，正在学习Java
，听说掌握Netty
等NIO
框架找工作会相对容易一些，是真的吗？

从我的经验和
Netty
行业应用来看，前景无限好！下面我们通过谷歌搜索简单看下现在市场对
Netty
和
Mina
的需求。

下面是我的一小部分搜索结果：

由于搜索结果太多，我就不一一枚举。市场上对
Netty
和
Mina
的需求非常旺盛，而且相对高端，所以薪水会更高些。例如，深圳某国企开出的薪水在
20W
以上，上不封顶，这足以说明
Netty
的“高大上”。

就个人而言，我无意冒犯或者贬低其它技术，但是，相比于
WEB
前台开发
/
精通
Spring
框架等，精通和熟悉
Netty
的人毕竟是非常少的。一个原因是异步网络编程的复杂性，另一个原因是中国的
NIO
编程正处于方兴未艾阶段，市场需求在逐渐增大，开始出现井喷。但是精通
NIO
编程和具有相关经验的人太少，导致供需不平衡，这也是最近
Netty
越来越火的一个重要原因，市场需求决定技术导向。

11．

关于作者

李林锋：
Netty
中国推广者，现
华为技术有限公司平台中间件架构与设计部设计师
，公司总裁技术创新奖获得者。长期从事高性能通信软件的架构设计和开发工作，有多年在
NIO
领域的设计、开发和运维经验，精通
NIO
编程和
Netty
、
Mina
等主流
NIO
框架。

联系方式：新浪
微信微信：
Nettying 
邮箱：
neu_lilinfeng@sina.com

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