Netty的线程模型, 调优 及 献上写过注释的源码工程

Netty能干什么?

Http服务器

使用Netty可以编写一个 Http服务器, 就像tomcat那样,能接受用户发送的http请求, , 只不过没有实现Servelt规范, 但是它也能解析携带的参数, 对请求的路径进行路由导航, 从而实现将不同的请求导向不同的handler进行处理

对socket与RPC的支持

Netty可是实现的第二件事就是Socket编程,也是它最为广泛的应用领域

进行微服务开发时不可丢弃的一个点, 服务和服务之间如果使用Http通信不是不行,但是http的底层使用的也是socket, 相对我们直接使用netty加持socket效果会更好 (比如阿里的Dubbo)

当然Netty能做的事还有很多比如自定义通信协议等等,,,

对WebSocket的支持

Netty对WebSocket也提供了强大的支持, netty内置的处理器会为我们做好大量的机械性麻烦性的工作, 如WebSocketServerProtocolHandler内置编解码处理, 心跳检验等, 可以让我们专注于实现自己的业务逻辑

Reactor线程模型

Reactor线程模型, 顾名思义就像核反应堆一样, 是一种很劲爆的线程模型

最经典的两种图就像下面这样

上面两种图所描述的都是Reactor线程模型

Reactor线程模型五大角色

• handle

handle本质上表示是一种资源 , 在不同的操作系统上他们的名称又不一样, 比如在windows上称它为文件句柄 , 而在linux中称它为文件描述符, 其实我这样说, handle的概念就显得比较抽象 不容易理解 , 具体一点说handle是啥呢 ?　比如客户端向服务端发送一个连接请求，这个socket请求对操作系统来说, 本质上就是handle

在Reactor线程模型中的Handle 就是限制netty并发量的主要原因, 下面的调优主要也是为了突破这个限制

• Synchronius Event Demultiplexer

意为同步事件分离器, 也是一看这个名字完全没有头绪它是什么, 其实, 在本质上它是一个操作系统层面的系统调用, 操作系统用它来阻塞的等待事件的发生， 具体一点它来说, 比如它可以是Linux系统上的IO多路复用, select(), 或者是 poll(),epoll() , 或者是Nio编程模型中的selector, 总之, 它的特点就是阻塞的等待事件的发生

• EventHandler

事件处理器, 事件处理器是拥有Handle的, 我们可以直观将EventHandler理解成是当系统中发生了某个事件后, 针对这个事件进行处理的回调， 为啥说是回调, 结合netty的实现中, 我们在启动netty前, 会往他的pipeline中添加大量的handler ,这些handler的地位其实和 EventHandler的地位相当

• **concrete EventHandler **

顾明思议, 具体的事件处理器的实现, 换句话说, 这是我们根据自己的需求, 不同的业务逻辑自己去添加上去的处理器

• InitiationDispacher

初始分发器, 它其实就是整个编程模型的核心, 没错, 他就是Reactor, 具体怎么理解这个Reactor , 比如我们就能把他看成一个规范, 由它聚合, 支配其他的四大角色之间有条不紊的工作, 迸发出巨大的能量

Reactor线程模型五大角色的关系与工作流程

首先: 我们需要将 EventHandler注册进 Reactor, 通过上图也能看到, EventHandler 拥有 操作系统底层的 Handle,

并且, Reactor 要求, 当EventHandler 注册进自己时, 务必将他关联的handle一并告诉自己, 由Reactor统一进行维护

我们将上面所说的handle , 联想成Nio编程模型中的将channel注册进Selector,也是必须绑定上的这个感性趣的事件, 牢记, Reactor是的这个模型的核心, 待会操作一旦系统发现handle有了某些变动,需要由Reactor去通知具体哪个EventHandler来处理这个资源. 这也是Reactor如何找到正确的EventHandler依赖的就是这个handle , 或者说它是感兴趣的事件

更近一步: 当所有的EventHandler都注册进了Reactor中后, Reactor就开始了它放纵的一生, 于是它开始调与 同步事件分离器通信 ,企图等待一些事件的发生, 什么事件呢? 比如说 socket的连接事件

当同步事件分离器发现了某个handle的状态发生了改变, 比如它的状态变成了ready, 就说明这个handle中发生了感兴趣的事件, 这时, 同步事件分离器会将这个handle的情况告诉Reactor , Reactor进一步用这个handle当成key, 获取出相对应的 EventHandler 开始方法的回调...

如何实现单机百万性能调优

​ 当我们进行socket编程时, 我们得给Server端绑定上一个端口号, 客户端一般会被自动分配Server所在的机器上的一个端口号, 区间一般是1025-65535之间, 这样看上去, 即使服务器的性能再强, 即使netty再快, 并发数目都被操作系统的特性限制的死死的

突破局部文件句柄的限制

​ 像 windows中的句柄或者是linux的文件描述符 这种能打开的资源的数量是有限的, 每一个socket连接都是一个句柄或者是描述符, 换句话说, 这一个特性限制了socket连接数, 也就限制了并发数

查看linux系统中一个进程能打开的单个文件数,(它限制了单个jvm能打开的文件描述符数,每一个tcp连接对linux来说都是一个文件)

ulimit -n

修改这个限制:

# 在 /etc/security/limits.conf 追加以下内容 , 表示任何用户的链接最多都能打开100万个文件
* hard nofile 100000
* soft nofile 100000

重启机器生效:

突破全局文件句柄的限制

查看当前系统中的全局文件句柄数

cat /proc/sys/fs/file-max

修改这个配置

# 在 /etc/sysctl.conf 中追加如下的内容
fs.file-max = 1000000

虚拟机参数的经验值

# 堆内存
-Xms6.5g -Xmx6.5g 
# 新生代的内存
-XX:NewSize=5.5g  -XXMaxNewSize=5.5g
# 对外内存
-XX: MaxDirectMemorySize=1g

应用级别的性能调优

问题:

​ Netty基于Reactor这种线程模型的, 进行非阻塞式编程, 一般我们在编写服务端的代码时, 都会在 往 服务端的Channel pipeline上添加大量的 入站出站处理器, 客户端的消息一般我们都是在 handler中的 ChannelRead() 或者是 ChannelRead0() 中取出来, 再和后台的业务逻辑结合

客户端的消息,会从Pipeline这个双向链表中的header中开始往后传播, 一直到tail, 这其实是个责任链

这时, 如果我们将耗时的操作放在这些处理器中, 毫无疑问, nettey会被拖垮, 系统的并发量也提升不上去

解决方式一:

新开辟一个线程池 , 将耗时的业务逻辑放到新开辟的业务去执行

public class MyThreadPoolHandler extends SimpleChannelInboundHandler<String> {

    private static ExecutorService threadPool = Executors.newFixedThreadPool(20);

    @Override
    protected void channelRead0(ChannelHandlerContext ctx, String msg) throws Exception {
        threadPool.submit(() -> {
            Object result = searchFromMysql(msg);
            ctx.writeAndFlush(ctx);
        });
    }

    public Object searchFromMysql(String msg) {
        Object obj = null;
        // todo  obj = 
        return obj;
    }
}

解决方式二:

netty 提供的一种原生的解决方式, netty可以将我们的handler 放到一个专门的线程池中去处理

public class MyInitializer extends ChannelInitializer<SocketChannel> {
    @Override
    protected void initChannel(SocketChannel ch) throws Exception {
        ChannelPipeline pipeline = ch.pipeline();
        // 业务线程池
        NioEventLoopGroup eventLoopGroup = new NioEventLoopGroup(20);
        // 使用这个重载的方法,给handler指定线程池去执行
        pipeline.addLast(eventLoopGroup,new MyHandler());
    }
}

Netty带给我的收获

能立即成为Netty的领域的大佬吗?

No!

​ 读过Netty的代码，真的并不意味着即刻成为一个netty领域的大佬,相反读的我发慌, 这么庞大的知识体系, 得用多久去慢慢消化, 我们看到的大佬要么是天才, 要么是在自己多年的使用经验里面历练出来的, 想在netty这个领域有所建树，真的是需要不断是去实践，真的得用多年的工作经验去总结才行！也许这样才可能发自内心的感触到netty为什么要这么实现, 如果想着立即多厉害, 也许是做梦了...

真的熟练掌握了Netty吗?

No!

​ 读过netty， 也并不是意味着可以了解netty整个领域的方方面面， 以及如何恰当的使用netty去解决我们的业务需求， 站在一个学生的角度来看， 这一点我心里感觉的特别深刻， 同样的东西，比如同一个ArrayList， 大家都在用， 但是对它的掌握程度的差距甚至能达到使人瞠目结舌的地步， 不得不承认， 技术是需要时间去积累， 需要时间去消化的东西，就像尘封的酒，越酿越香

有什么收获?

​ **当然，读源码也不是没有用，起码对netty框架整体的架构不是那么是陌生了，当自己遇到bug时，也敢于点开源码去找原因了，这应该是我最大的收获 **

献上注解过的Netty源码工程

​ 当时我在学netty时, 是从github上拉取的netty原生工程, 然后在本地重新编译运行, 这样我就能在源码工程中写注解, 记笔记...

​ 在这个工程里面大概写了 1400 多行注释(所有的笔记都打上了todo 高亮标记) , 也翻译了一些类和方法上的文档和注释, 不能说百分百正确, 但是这个过程也是挺走心的, 比如netty是如何解决JDK空轮询的bug的? 这些在代码中都是有迹可循的,如下

另外一个学习的感触就是忘东西, 还有就是随着时间的推移, 接触到技术会越来越多, 确实很难在同一个时间将学的所有的技术都提升到最高的熟练程度, 好处也有, 可能原来学用了一个星期, 现在重新看只要1天就够了

github地址: https://github.com/zhuchangwu/netty-project

我更推荐你也这样自己编译一个使用,学习netty是一个漫长的过程, 如果你也有一腔热血 , 可以联系我哦...

致敬真神： Netty的创始人trustin lee 和 Netty的开发者们