作為當前最流行的NIO框架，Netty在互聯網領域、大數據分散式計算領域、游戲行業、通信行業等獲得了廣泛的應用，一些業界著名的開源組件也基於Netty的NIO框架構建。 ...
Netty是一個高性能、非同步事件驅動的NIO框架，它提供了對TCP、UDP和文件傳輸的支持，作為一個非同步NIO框架，Netty的所有IO操作都是非同步非阻塞的，通過Future-Listener機制，用戶可以方便的主動獲取或者通過通知機制獲得IO操作結果。
作為當前最流行的NIO框架，Netty在互聯網領域、大數據分散式計算領域、游戲行業、通信行業等獲得了廣泛的應用，一些業界著名的開源組件也基於Netty的NIO框架構建。
Netty架構分析
Netty 採用了比較典型的三層網路架構進行設計，邏輯架構圖如下所示：
第一層：Reactor 通信調度層，它由一系列輔助類完成，包括 Reactor 線程 NioEventLoop 以及其父類、NioSocketChannel/NioServerSocketChannel 以及其父類、ByteBuffer 以及由其衍生出來的各種 Buffer、Unsafe 以及其衍生出的各種內部類等。該層的主要職責就是監聽網路的讀寫和連接操作，負責將網路層的數據讀取到記憶體緩衝區中，然後觸發各種網路事件，例如連接創建、連接激活、讀事件、寫事件等等，將這些事件觸發到 PipeLine 中，由 PipeLine 充當的職責鏈來進行後續的處理。
第二層：職責鏈 PipeLine，它負責事件在職責鏈中的有序傳播，同時負責動態的編排職責鏈，職責鏈可以選擇監聽和處理自己關心的事件，它可以攔截處理和向後/向前傳播事件，不同的應用的 Handler 節點的功能也不同，通常情況下，往往會開發編解碼 Hanlder 用於消息的編解碼，它可以將外部的協議消息轉換成內部的 POJO 對象，這樣上層業務側只需要關心處理業務邏輯即可，不需要感知底層的協議差異和線程模型差異，實現了架構層面的分層隔離。
第三層：業務邏輯處理層，可以分為兩類：
1.純粹的業務邏輯處理，例如訂單處理。
2.應用層協議管理，例如HTTP協議、FTP協議等。
接下來，我從影響通信性能的三個方面（I/O模型、線程調度模型、序列化方式）來談談Netty的架構。
IO模型
Netty的I/O模型基於非阻塞I/O實現，底層依賴的是JDK NIO框架的Selector。
Selector提供選擇已經就緒的任務的能力。簡單來講，Selector會不斷地輪詢註冊在其上的Channel，如果某個Channel上面有新的TCP連接接入、讀和寫事件，這個Channel就處於就緒狀態，會被Selector輪詢出來，然後通過SelectionKey可以獲取就緒Channel的集合，進行後續的I/O操作。
線程調度模型
常用的Reactor線程模型有三種，分別如下：
1.Reactor單線程模型：Reactor單線程模型，指的是所有的I/O操作都在同一個NIO線程上面完成。對於一些小容量應用場景，可以使用單線程模型。
2.Reactor多線程模型：Rector多線程模型與單線程模型最大的區別就是有一組NIO線程處理I/O操作。主要用於高併發、大業務量場景。
3.主從Reactor多線程模型：主從Reactor線程模型的特點是服務端用於接收客戶端連接的不再是個1個單獨的NIO線程，而是一個獨立的NIO線程池。利用主從NIO線程模型，可以解決1個服務端監聽線程無法有效處理所有客戶端連接的性能不足問題。
序列化方式
影響序列化性能的關鍵因素總結如下：
1.序列化後的碼流大小（網路帶寬占用）
2.序列化&反序列化的性能（CPU資源占用）
3.併發調用的性能表現：穩定性、線性增長、偶現的時延毛刺等
鏈路有效性檢測
心跳檢測機制分為三個層面：
1.TCP層面的心跳檢測，即TCP的Keep-Alive機制，它的作用域是整個TCP協議棧；
2.協議層的心跳檢測，主要存在於長連接協議中。例如SMPP協議；
3.應用層的心跳檢測，它主要由各業務產品通過約定方式定時給對方發送心跳消息實現。
心跳檢測的目的就是確認當前鏈路可用，對方活著並且能夠正常接收和發送消息。作為高可靠的NIO框架，Netty也提供了基於鏈路空閑的心跳檢測機制：
1.讀空閑，鏈路持續時間t沒有讀取到任何消息；
2.寫空閑，鏈路持續時間t沒有發送任何消息；
3.讀寫空閑，鏈路持續時間t沒有接收或者發送任何消息。
零拷貝
“零拷貝”是指電腦操作的過程中， CPU不需要為數據在記憶體之間的拷貝消耗資源 。而它通常是指電腦在網路上發送文件時，不需要將文件內容拷貝到用戶空間（User Space）而 直接在內核空間（Kernel Space）中傳輸到網路的方式
Netty的“零拷貝”主要體現在三個方面
Netty的 接收和發送ByteBuffer採用DIRECT BUFFERS，使用堆外直接記憶體進行Socket讀寫，不需要進行位元組緩衝區的二次拷貝 。如果使用傳統的堆記憶體（HEAP BUFFERS）進行Socket讀寫，JVM會將堆記憶體Buffer拷貝一份到直接記憶體中，然後才寫入Socket中。相比於堆外直接記憶體，消息在發送過程中多了一次緩衝區的記憶體拷貝
讀取直接從“堆外直接記憶體”，不像傳統的堆記憶體和直接記憶體拷貝
ByteBufAllocator 通過ioBuffer分配堆外記憶體
Netty提供了 組合Buffer對象 ，可以聚合多個ByteBuffer對象，用戶可以 像操作一個Buffer那樣方便的對組合Buffer進行操作 ，避免了傳統通過記憶體拷貝的方式將幾個小Buffer合併成一個大的Buffer
Netty允許我們將多段數據合併為一整段虛擬數據供用戶使用，而過程中不需要對數據進行拷貝操作
組合Buffer對象，避免了記憶體拷貝
ChannelBuffer介面：Netty為需要傳輸的數據制定了統一的ChannelBuffer介面
· 使用getByte(int index)方法來實現隨機訪問
· 使用雙指針的方式實現順序訪問
· Netty主要實現了HeapChannelBuffer，ByteBufferBackedChannelBuffer，與Zero Copy直接相關的CompositeChannelBuffer類
CompositeChannelBuffer類
CompositeChannelBuffer類的作用是將多個ChannelBuffer組成一個虛擬的ChannelBuffer來進行操作
為什麼說是虛擬的呢，因為CompositeChannelBuffer並沒有將多個ChannelBuffer真正的組合起來，而只是保存了他們的引用，這樣就避免了數據的拷貝，實現了Zero Copy，內部實現
其中readerIndex既讀指針和writerIndex既寫指針是從AbstractChannelBuffer繼承而來的
components是一個ChannelBuffer的數組，他保存了組成這個虛擬Buffer的所有子Buffer
indices是一個int類型的數組，它保存的是各個Buffer的索引值
lastAccessedComponentId是一個int值，它記錄了最後一次訪問時的子Buffer ID
CompositeChannelBuffer實際上就是將一系列的Buffer通過數組保存起來，然後實現了ChannelBuffer 的介面，使得在上層看來，操作這些Buffer就像是操作一個單獨的Buffer一樣
Netty的文件傳輸採用了 transferTo方法 ，它可以直接將文件緩衝區的數據發送到目標Channel，避免了傳統通過迴圈write方式導致的記憶體拷貝問題
Linux中的sendfile()以及Java NIO中的FileChannel.transferTo()方法都實現了零拷貝的功能，而在Netty中也通過在FileRegion中包裝了NIO的FileChannel.transferTo()方法實現了零拷貝
Netty 的 Zero-copy 體現在如下幾個個方面:
l Netty 提供了 CompositeByteBuf 類, 它可以將多個 ByteBuf 合併為一個邏輯上的 ByteBuf, 避免了各個 ByteBuf 之間的拷貝。
l 通過 wrap 操作, 我們可以將byte[] 數組、ByteBuf、ByteBuffer等包裝成一個 Netty ByteBuf 對象, 進而避免了拷貝操作。
l ByteBuf 支持 slice 操作,因此可以將 ByteBuf 分解為多個共用同一個存儲區域的ByteBuf, 避免了記憶體的拷貝。
l 通過 FileRegion 包裝的FileChannel.tranferTo 實現文件傳輸, 可以直接將文件緩衝區的數據發送到目標 Channel, 避免了傳統通過迴圈 write 方式導致的記憶體拷貝問題。
