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本文是对《Netty in Action》第4章内容的笔记和翻译，主要内容包括：
- OIO：阻塞传输
- NIO：异步传输
- 本地传输：和 JVM 异步交互
- 测试你的
ChannelHandler
案例学习：传输迁移
不通过 Netty 使用 OIO 和 NIO
我们将要展示基于 JDK API 的阻塞（OIO）和异步（NIO）应用版本。下面展示了阻塞实现版本。
下面展示了非阻塞版本。
通过 Netty 使用 OIO 和 NIO
非阻塞 Netty 版本
因为 Netty 对每一种传输实现都暴露了相同的 API，所以无论你采用哪一种传输，你的代码几乎不用修改。
传输 API
传输 API 的核心是 Channel 接口，所有的 I/O 操作都会使用这个接口。Channel 类的继承关系如图4.1所示。
Channel 中组合了 ChannelPipeline 和 ChannelConfig。ChannelConfig 保存了 Channel 所有的配置，并且支持热更新。
由于 Channel 是独一无二的，所以 Channel 继承了 java.lang.Comparable 接口，从而保证对象的有序。因此，如果两个 Channel 实例返回相同的 hash 值，那 AbstractChannel 中 compareTo() 的实现将会抛出 Error。
ChannelHandler 常用于：
- 转换数据格式。
- 提供异常通知。
- 提供
Channel被激活或者关闭的通知。 - 提供
Channel从EventLoop中注册和取消注册的通知。 - 提供用户定义事件的通知。
拦截过滤器
ChannelPipeline实现了一个常用设计模式:拦截过滤器。UNIX 管道是这个模式的另一个典型例子：命令被链式编排，每个命令的输出会作为接下来一个命令的输入。
你同样可以在运行时按照你的需求为 ChannelPipeline 添加或删除 ChannelHandler。
除了可以使用 ChannelPipeline 和 ChannelConfig 之外，你还可以使用 Channel 的方法，下表展示了一些常用的方法。
| 方法名称 | 描述 |
|---|---|
eventLoop |
返回与 Channel 绑定的 EventLoop。 |
pipeline |
返回与 Channel 绑定的 ChannelPipeline。 |
isActive |
如果 Channel 是激活（active）的，返回 true。 Active 的含义取决于下层的传输协议。例如, Socket 中的 active 是指与远端建立连接；Datagram 中的 active 是指 Datagram 打开。 |
localAddress |
返回本地的 SocketAddress. |
remoteAddress |
返回远端的 SocketAddress. |
write |
将数据写到远端。数据会经过 ChannelPipeline，并将会进行排队，直到刷新时才会发送。 |
flush |
将之前写的数据刷新到底层的传输协议中，例如：Socket。 |
writeAndFlush |
先调用 write() ，然后调用 flush()。 |
下图展示了如何利用 Channel.writeAndFlush() 实现最常见的发送数据到远端的任务。
Netty 的 Channel 实现是线程安全的，所以你可以存储 Channel 的一个引用，并且在你需要发送数据的时候使用它，即使在多线程环境中也没有关系。
包含的传输
下表展示了 Netty 中提供的传输。
| 名称 | 所在的包 | 描述 |
|---|---|---|
| NIO | io.netty.channel.socket.nio |
以 java.nio.channels 包为基础，是一个基于 selector 的实现方案。 |
| Epoll | io.netty.channel.epoll |
通过 JNI 使用 epoll() 进入非阻塞 IO。这个传输的特性只适用于 Linux，如：SO_REUSEPORT。它比 NIO 传输要快，是完全非阻塞。 |
| OIO | io.netty.channel.socket.oio |
使用 java.net 包作为基础，使用阻塞流。 |
| Local | io.netty.channel.local |
一个本地传输，可以被用来通过管道与 VM 交互。 |
| Embedded | io.netty.channel.embedded |
一个嵌入式传输协议。通过它，你可以在虚拟的传输协议上使用 ChannelHandler。这在测试 ChannelHandler 实现时很有用。 |
NIO — 非阻塞 I/O
Selector 背后基本的原理是：提供一个注册器，通过注册感兴趣的事件，当 Channel 状态改变的时候你可以得到通知。可能的状态改变包括：
- 新的
Channel被接收到并且已经准备好。 Channel连接已经完成。Channel已经准备好为读操作提供数据。Channel已经准备好，可以写入数据了。
下表展示了 java.nio.channels.SelectionKey 类定义的一些模式。
| 方法名称 | 描述 |
|---|---|
| OP_ACCEPT | 当一个新的请求被接受并且 Channel 被创建的时候，会进行通知。 |
| OP_CONNECT | 当连接建立的时候，会进行通知。 |
| OP_READ | 当可以从 Channel 中读取数据的时候，会进行通知。 |
| OP_WRITE | 当可以往 Channel 中写入更多数据的时候，会进行通知。这个事件在 socket 缓存被填满的时候发生，通常意味着数据发送的速率操过了远端的处理能力。 |
NIO 内部实现的细节，在所有的 Netty 用户级别的 API 中都被隐藏了。图4.2 展示了处理的数据流。
零拷贝
零拷贝这个特性目前只在 NIO 和 Epoll 传输中被支持。通过它可以使你快速并高效地从一个文件系统转移数据到网络中，不需要从内核空间拷贝到用户空间，这大大提高了 FTP、HTTP 等协议的传输效率。这个特性并不是被所有的操作系统支持。确切地说，它并不适用于采用加密或压缩的文件系统，只有文件的原始数据可以被转移。但对于已经加密好的文件是可以被传输的。
Epoll — 针对 Linux 的原生非阻塞传输
Netty 为 Linux 系统提供了一个使用 epoll 的 NIO API。在某种程度上，这与 Netty 本身的设计更加一致，并且比中断的实现方式开销更少。如果你的应用准备在 Linux 上使用，那么可以考虑这个版本，你会发现在高负载的情况下，它的性能表现会好于 JDK 本生的 NIO 实现。
这个传输和图4.2中展示的传输语义相同，并且它的使用是很简单的，可以参考 list 4.4。为了使用 epoll 版的 NIO，可以将 NioEventLoopGroup 替换为 EpollEventLoopGroup，将 NioServerSocketChannel.class 替换为 EpollServerSocketChannel.class。
OIO — 阻塞型 I/O
你可能会对此感到好奇：Netty 是如何通过相同的 API 来支持异步传输的 NIO？答案是 Netty 使用了 SO_TIMEOUT Socket 标志。 这个标志表明等待 I/O 操作完成的最大毫秒数。如果操作在指定的时间间隔内没有完成，那么将会抛出 SocketTimeoutException。Netty 会捕捉这个异常，并继续循环处理。
Local — 通过本地传输与 JVM 交互
Netty 为同一个 JVM 上的客户端和服务端的异步交互提供了一个本地传输。
因为本地传输并没有真正的网络传输，所以它不能和其它传输协议一起协作。因此，一个客户端如果想通过这个传输来连接服务端的话（在同一个 JVM 上），服务端也必须使用这个传输。除了这个限制，它的使用和其它传输协议是一样的。
嵌入传输
Netty 还提供了一个传输，可以允许你嵌入在 ChannelHandler 中嵌入一个帮助类 ChannelHandler。在这种模式下，你可以扩展 ChannelHandler 的功能，而不用内部的代码。
传输使用例子
下表展示了当前版本中传输支持的协议。
| Transport | TCP | UDP | SCTP | UDT |
|---|---|---|---|---|
| NIO | 支持 | 支持 | 支持 | 支持 |
| Linux 上的 Epoll | 支持 | 支持 | - | - |
| OIO | 支持 | 支持 | 支持 |
在 Linux 上开启 SCTP
SCTP 需要内核支持并且需要安装一些用户库。例如，在 Ubuntu 上可以使用下面的命令：
在 Fedora 上，你需要使用 yum：
请阅读你的 Linux 发布版本的手册，了解如何开启 SCTP。
下面是你可能会遇到的一些用例。
- 基于非阻塞的代码：如果你在你的代码中不阻塞调用，或者你要限制阻塞的调用，推荐使用 NIO（在 Linux 上使用 epoll）。NIO/epoll 主要是用于处理很多并发的连接，在数量较少的时候变现的也不错，尤其是在多个连接共享线程的情况下。
- 基于阻塞的代码：正如我们之前提过，如果你的代码很依赖阻塞 I/O，并且你应用具有相应的设计，那么你直接从阻塞 I/O 切换到 Netty 的 NIO 传输，可能会遇到麻烦。最好不要直接重写代码来适应新的 I/O, 可以考虑一个阶段性的迁移：从 OIO 开始，迁移到 NIO（或者你使用 Linux 的话就是 epoll）。
- 在同一个 JVM 上进行交互：如果要在同一个 JVM 上进行交互不需要使用网络，使用本地传输再恰当不过了。这可以在使用 Netty 代码的同时消除真实网络的开销。如果你需要在真实网络上使用该服务，你只需将传输替换为 NIO 或者 OIO。
- 测试你的 ChannelHandler 实现：如果你想为你的
ChannelHandler实现写单元测试，可以考虑使用嵌入传输。这可以使得你在测试实现的时候不用创建很多的模拟对象。你写的类还是会和通用的 API 事件流保持一致，保证ChannelHandler在真实传输上表现正确。
下表总结了我们提到过的用例。
| 应用需求 | 推荐使用的协议 |
|---|---|
| 非阻塞或者普通的尝试 | NIO（或者在 Linux 上使用 epoll） |
| 阻塞 | OIO |
| 在同一个 JVM 上交互 | Local |
| 测试你的 ChannelHandler 实现 | Embedded |