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在开始了解Netty是什么之前，我们先来回顾一下，如果需要实现一个客户端与服务端通信的程序，使用传统的IO编程，应该如何来实现？
IO编程
我们简化一下场景：客户端每隔两秒发送一个带有时间戳的“hello world”给服务端，服务端收到之后打印它。
在传统的IO模型中，每个连接创建成功之后都需要由一个线程来维护，每个线程都包含一个while死循环，那么1万个连接对应1万个线程，继而有1万个while死循环，这就带来如下几个问题。
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线程资源受限：线程是操作系统中非常宝贵的资源，同一时刻有大量的线程处于阻塞状态，是非常严重的资源浪费，操作系统耗不起。
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线程切换效率低下：单机CPU核数固定，线程爆炸之后操作系统频繁进行线程切换，应用性能急剧下降。
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除了以上两个问题，在IO编程中，我们看到数据读写是以字节流为单位的。
为了解决这3个问题，JDK在1.4版本之后提出了NIO。
NIO编程
在NIO编程模型中，新来一个连接不再创建一个新线程，而是可以把这个连接直接绑定到某个固定的线程，然后这个连接所有的读写都由这个线程来负责，那么它是怎么做到的？我们用下图来对比一下IO与NIO。
如上图所示，在IO模型中，一个连接来了，会创建一个线程，对应一个while死循环，死循环的目的就是不断监测这个连接上是否有数据可以读。在大多数情况下，1万个连接里面同一时刻只有少量的连接有数据可读，因此，很多while死循环都白白浪费掉了，因为读不出数据。
而在NIO模型中，这么多while死循环转换为一个死循环，这个死循环由一个线程控制，那么NIO又是如何做到一个线程一个while死循环就能监测1万个连接是否有数据可读的呢？
这就是NIO模型中Selector的作用，一个连接来了之后，不会创建一个while死循环去监听是否有数据可读，而是直接把这条连接注册到Selector上。然后，通过检查这个Selector，就可以批量监测出有数据可读的连接，进而读取数据。下面我们举一个生活中非常简单的例子来说明IO与NIO的区别。
在一家幼儿园里，小朋友有上厕所的需求，小朋友都太小以至于你要问他要不要上厕所，他才会告诉你。幼儿园一共有100个小朋友，有两种方案可以解决小朋友上厕所的问题。
1.每个小朋友都配一个老师。每个老师都隔段时间询问小朋友是否要上厕所。如果要上，就领他去厕所，100个小朋友就需要100个老师来询问，并且每个小朋友上厕所的时候都需要一个老师领着他去，这就是IO模型，一个连接对应一个线程。
2.所有的小朋友都配同一个老师。这个老师隔段时间询问所有的小朋友是否有人要上厕所，然后每一时刻把所有要上厕所的小朋友批量领到厕所，这就是NIO模型。所有小朋友都注册到同一个老师，对应的就是所有的连接都注册到同一个线程，然后批量轮询。
这就是NIO模型解决线程资源受限问题的方案。在实际开发过程中，我们会开多个线程，每个线程都管理着一批连接，相对于IO模型中一个线程管理一个连接，消耗的线程资源大幅减少。
由于NIO模型中线程数量大大降低，因此线程切换效率也大幅度提高。
IO读写是面向流的，一次性只能从流中读取一字节或者多字节，并且读完之后流无法再读取，需要自己缓存数据。而NIO的读写是面向Buffer的，可以随意读取里面任何字节数据，不需要自己缓存数据，只需要移动读写指针即可。
简单讲完了JDK NIO的解决方案之后，接下来我们使用NIO方案替换掉IO方案。先来看看，如果用JDK原生的NIO来实现服务端，该怎么做。
前方高能预警：以下代码可能会让你感觉极度不适，如有不适，请跳过。
NIOServer.java
/*** @author 闪电侠*/public class NIOServer {public static void main(String[] args) throws IOException {Selector serverSelector = Selector.open();Selector clientSelector = Selector.open();new Thread(() -> {try {// 对应IO编程中的服务端启动ServerSocketChannel listenerChannel = ServerSocketChannel.open();listenerChannel.socket().bind(new InetSocketAddress(8000));listenerChannel.configureBlocking(false);listenerChannel.register(serverSelector, SelectionKey.OP_ACCEPT);while (true) {// 监测是否有新连接，这里的1指阻塞的时间为 1msif (serverSelector.select(1) > 0) {Set<SelectionKey> set = serverSelector.selectedKeys();Iterator<SelectionKey> keyIterator = set.iterator();while (keyIterator.hasNext()) {SelectionKey key = keyIterator.next();if (key.isAcceptable()) {try {// （1）每来一个新连接，不需要创建一个线程，而是直接注册到clientSelectorSocketChannel clientChannel = ((ServerSocketChannel) key.channel()).accept();clientChannel.configureBlocking(false);clientChannel.register(clientSelector, SelectionKey.OP_READ);} finally {keyIterator.remove();}}}}}} catch (IOException ignored) {}}).start();new Thread(() -> {try {while (true) {// （2）批量轮询哪些连接有数据可读，这里的1指阻塞的时间为 1msif (clientSelector.select(1) > 0) {Set<SelectionKey> set = clientSelector.selectedKeys();Iterator<SelectionKey> keyIterator = set.iterator();while (keyIterator.hasNext()) {SelectionKey key = keyIterator.next();if (key.isReadable()) {try {SocketChannel clientChannel = (SocketChannel) key.channel();ByteBuffer byteBuffer = ByteBuffer.allocate(1024);// （3）面向BufferclientChannel.read(byteBuffer);byteBuffer.flip();System.out.println(Charset.defaultCharset().newDecoder(). decode(byteBuffer).toString());} finally {keyIterator.remove();key.interestOps(SelectionKey.OP_READ);}}}}}} catch (IOException ignored) {}}).start();}}
相信大部分没有接触过NIO的读者应该会直接跳过代码来到这一行：原来使用JDK原生NIO的API实现一个简单的服务端通信程序如此复杂!
我们还是先对照NIO来解释一下核心思路。
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NIO模型中通常会有两个线程，每个线程都绑定一个轮询器Selector。在这个例子中，serverSelector负责轮询是否有新连接，clientSelector负责轮询连接是否有数据可读。
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服务端监测到新连接之后，不再创建一个新线程，而是直接将新连接绑定到clientSelector上，这样就不用IO模型中的1万个while循环死等，参见（1）。
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clientSelector被一个while死循环包裹着，如果在某一时刻有多个连接有数据可读，那么通过clientSelector.select(1)方法可以轮询出来，进而批量处理。
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数据的读写面向Buffer。
其他细节部分，因为实在是太复杂，所以笔者不再多讲，读者也不用对代码的细节深究到底。总之，强烈不建议直接基于JDK原生NIO来进行网络开发，下面是笔者总结的原因。
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JDK的NIO编程需要了解很多概念，编程复杂，对NIO入门非常不友好，编程模型不友好，ByteBuffer的API简直“反人类”。
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对NIO编程来说，一个比较合适的线程模型能充分发挥它的优势，而JDK没有实现，需要自己实现，就连简单的自定义协议拆包都要自己实现。
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JDK的NIO底层由Epoll实现，该实现饱受诟病的空轮询Bug会导致CPU占用率飙升至100%。
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项目庞大之后，自行实现的NIO很容易出现各类Bug，维护成本较高，上面这些代码笔者都不能保证没有Bug。
正因为如此，客户端代码这里就省略了，读者可以直接使用IOClient.java与NIOServer.java通信。
JDK的NIO犹如带刺的玫瑰，虽然美好，让人向往，但是使用不当会让你抓耳挠腮，痛不欲生，正因为如此，Netty横空出世！
Netty编程
Netty到底是何方神圣？
用一句简单的话来说就是：Netty封装了JDK的NIO，让你用得更方便，不用再写一大堆复杂的代码了。
用官方正式的话来说就是：Netty是一个异步事件驱动的网络应用框架，用于快速开发可维护的高性能服务端和客户端。
下面是笔者总结的使用Netty而不使用JDK原生NIO的原因。
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使用JDK原生NIO需要了解太多概念，编程复杂，一不小心就Bug横飞。
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Netty底层IO模型随意切换，而这一切只需要做微小的改动，改改参数，Netty可以直接从NIO模型变身为IO模型。
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Netty自带的拆包/粘包、异常检测等机制让你从NIO的繁重细节中脱离出来，只需要关心业务逻辑即可。
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Netty解决了JDK很多包括空轮询在内的Bug。
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Netty底层对线程、Selector做了很多细小的优化，精心设计的Reactor线程模型可以做到非常高效的并发处理。
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自带各种协议栈，让你处理任何一种通用协议都几乎不用亲自动手。
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Netty社区活跃，遇到问题随时邮件列表或者Issue。
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Netty已经历各大RPC框架、消息中间件、分布式通信中间件线上的广泛验证，健壮性无比强大。
这些原因看不懂没有关系，在后续的章节中我们都可以学到。接下来我们用Netty来重新实现一下本章开篇的功能吧！
首先引入Maven依赖，案例后续Netty都基于4.1.6.Final版本。
<dependency><groupId>io.netty</groupId><artifactId>netty-all</artifactId><version>4.1.6.Final</version></dependency>
然后是服务端实现部分。
NettyServer.java
/*** @author 闪电侠*/public class NettyServer {public static void main(String[] args) {ServerBootstrap serverBootstrap = new ServerBootstrap();NioEventLoopGroup boss = new NioEventLoopGroup();NioEventLoopGroup worker = new NioEventLoopGroup();serverBootstrap.group(boss, worker).channel(NioServerSocketChannel.class).childHandler(new ChannelInitializer<NioSocketChannel>() {protected void initChannel(NioSocketChannel ch) {ch.pipeline().addLast(new StringDecoder());ch.pipeline().addLast(new SimpleChannelInboundHandler<String>() {@Overrideprotected void channelRead0(ChannelHandlerContext ctx, String msg) {System.out.println(msg);}});}}).bind(8000);}}
这么一小段代码就实现了我们前面NIO编程中的所有功能，包括服务端启动、接收新连接、打印客户端传来的数据，怎么样？是不是比JDK原生NIO编程简洁许多？
初学Netty的时候，由于大部分人对NIO编程缺乏经验，因此，将Netty里的概念与IO模型结合起来可能更好理解。
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boss对应IOServer.java中的负责接收新连接的线程，主要负责创建新连接。
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worker对应IOServer.java中的负责读取数据的线程，主要用于读取数据及业务逻辑处理。
剩下的逻辑笔者在后面的内容中会详细分析，读者可以先把这段代码复制到自己的IDE里，然后运行main函数。
下面是客户端NIO的实现部分。
NettyClient.java
/*** @author 闪电侠*/public class NettyClient {public static void main(String[] args) throws InterruptedException {Bootstrap bootstrap = new Bootstrap();NioEventLoopGroup group = new NioEventLoopGroup();bootstrap.group(group).channel(NioSocketChannel.class).handler(new ChannelInitializer<Channel>() {@Overrideprotected void initChannel(Channel ch) {ch.pipeline().addLast(new StringEncoder());}});Channel channel = bootstrap.connect("127.0.0.1", 8000).channel();while (true) {channel.writeAndFlush(new Date() + ": hello world!");Thread.sleep(2000);}}}
在客户端程序中，group对应了IOClient.java中main函数起的线程，剩下的逻辑在后面的内容中会详细分析，现在你要做的事情就是把这段代码复制到你的IDE里，然后运行main函数，最后回到NettyServer.java的控制台，你会看到效果。
使用Netty之后是不是觉得整个世界都变美好了？一方面，Netty对NIO封装得如此完美，写出来的代码非常优雅；另一方面，使用Netty之后，网络通信的性能问题几乎不用操心，尽情地让Netty“榨干”你的CPU吧。
以上内容节选自《跟闪电侠学 Netty：Netty 即时聊天实战与底层原理》一书！
目前市面上对初学者友好的Netty资料较少，网络上大多数技术博客都是一堆零散的知识点集合，无法串成一条线形成一个体系。
本书作者俞超老师（闪电侠）在多年的Netty实战、调优、“踩坑”过程中积累了丰富的经验，持续在网络上分享的相关博客、视频等有百万+阅读量，并得到网友一致好评！
为了将这部分经验系统地分享给大家，帮助大家提升核心竞争力，俞超老师特地将Netty底层原理相关知识进行系统梳理，写作了此书。
本书上篇通过一个即时聊天的例子，让读者能够系统地使用一遍Netty，全面掌握Netty的知识点；下篇通过对源码的层层剖析，让读者能够掌握Netty底层原理，知其然并知其所以然，从而编写出高性能网络应用程序。
在入门实战篇中，读者跟随笔者实践完这个即时聊天系统后，能够学会如何使用Netty完成最基本的网络通信程序，可以掌握以下知识点：
1. 如何启动服务端？
2. 如何启动客户端？
3. 如何设计长连自定义协议？
4. 拆包/粘包原理与实践。
5. 如何实现自定义编解码。
6. 如何使用Pipeline与ChannelHandler？
7. 心跳与空闲检测的方法。
8. 如何性能调优？
本篇通俗易懂，可一口气读完，让你一周内进入实战！
在源码分析篇中，笔者从用户视角出发，环环相扣，带领读者逐个攻破Netty底层原理，掌握以下知识点：
1. 服务端启动流程：ServerBootstrap外观，创建NioServerSocketChannel，初始化，注册Selector，绑定端口，接收新连接。
2. 高并发线程模型：Netty无锁化串行设计，精心设计的Reactor线程模型榨干CPU、打满网卡、让应用程序性能爆表的底层原理。
3. 新连接接入流程：Boss Reactor线程，监测新连接，创建NioSocketChannel，IO线程分配，Selector注册事件。
4. 解码原理：解码顶层抽象，定长解码器，行解码器，分隔符解码器，基于长度域解码器全面分析。
5. 事件传播机制脉络：大动脉Pipeline，处理器ChannelHandler，Inbound和Outbound事件传播与异常传播的原理，编码原理。
6. writeAndFlush流程：深入了解使用最频繁的writeAndFlush的底层原理，避免踩坑。
本书适合以下三类人群：
1. 如果你听说过或简单使用过Netty，想全面系统地学习Netty，并掌握一些性能调优方法，本书的入门实战篇可以帮助你达成这个目标。
2. 如果你深度使用过Netty，想深入了解Netty的底层设计，编写出更灵活高效的网络通信程序，本书的源码分析篇可以帮助你达成这个目标。
3. 如果你从未读过开源框架源码，本书将是你的第一本源码指导书，阅读优秀的开源软件源码可以助你写出更优美的程序。读源码并不难，难的是迈出这一小步，之后就能通往更广阔的空间。
01. 按章节顺序把入门实战篇的代码一章章敲出来，在没有掌握前一章节的知识点之前，建议不要跳跃学习。
02. 入门实战篇学完之后，合上书本，把本书即时聊天系统的代码再整体敲若干遍，敲的过程中可能会发现自己有遗忘知识点，这个时候可能需要不断翻阅书本，没有关系，翻阅就好了。
03. 确保最后一次实现本书的即时聊天系统的例子是没有翻阅书本的，是完全自行实现的，之后进入源码分析篇的学习。
04. 针对源码分析篇，建议读者按章节顺序来学习，不要跳跃，不要图快，每一步都要扎实。
05. 在源码学习的过程中，先跟随书本，对照源码，把对应章节的流程过一遍，每个章节学完之后，建议花较多的时间进行调试和阅读，确保掌握了前一章节的内容之后再进行下一章的学习。
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原文始发于微信公众号（Linux学习）：从 IO、NIO聊到Netty，最后带你实战即时聊天系统
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