netty4.1初窥

Netty 是一个提供 asynchronous event-driven（异步事件驱动）的网络应用框架，是一个用以快速开发高性能、可扩展协议的服务器和客户端。
换句话说，Netty 是一个 NIO 客户端服务器框架，使用它可以快速简单地开发网络应用程序，比如服务器和客户端的协议。Netty 大大简化了网络程序的开发过程比如 TCP 和 UDP 的socket 服务的开发。
“快速和简单”并不意味着应用程序会有难维护和性能低的问题，Netty 是一个精心设计的框架，它从许多协议的实现中吸收了很多的经验比如 FTP、SMTP、HTTP、许多二进制和基于文本的传统协议.因此，Netty 已经成功地找到一个方式,在不失灵活性的前提下来实现开发的简易性，高性能，稳定性。
注：关于NIO和AIO，参考http://www.jianshu.com/p/1c1f33e998b9

Architectural Overview 架构总览

1. Rich Buffer Data Structure 丰富的缓冲实现

Netty使用自建的 buffer API，而不是使用 NIO 的 ByteBuffer 来表示一个连续的字节序列。与 ByteBuffer 相比这种方式拥有明显的优势。Netty 使用新的 buffer 类型 ByteBuf，被设计为一个可从底层解决 ByteBuffer 问题，并可满足日常网络应用开发需要的缓冲类型。这些很酷的特性包括：

• 如果需要，允许使用自定义的缓冲类型。
• 复合缓冲类型中内置的透明的零拷贝实现。
• 开箱即用的动态缓冲类型，具有像 StringBuffer 一样的动态缓冲能力。
• 不再需要调用的flip()方法。
• 正常情况下具有比 ByteBuffer 更快的响应速度。

注：更多信息请参考http://netty.io/4.0/api/io/netty/buffer/package-summary.html#package_description

1.1 Extensibility 可扩展性

ByteBuf 具有丰富的操作集,可以快速的实现协议的优化。例如，ByteBuf 提供各种操作用于访问无符号值和字符串，以及在缓冲区搜索一定的字节序列。你也可以扩展或包装现有的缓冲类型用来提供方便的访问。自定义缓冲仍然实现自 ByteBuf 接口，而不是引入一个不兼容的类型。

1.2 Transparent Zero Copy 透明的零拷贝

要将你的网络应用性能提升到极致，你需要减少内存拷贝操作次数。你可能有一组缓冲区可以被组合以形成一个完整的消息。网络提供了一种复合缓冲，允许你从现有的任意数的缓冲区创建一个新的缓冲区而无需内存拷贝。例如，一个信息可以由两部分组成；header 和 body。在一个模块化的应用，当消息发送出去时，这两部分可以由不同的模块生产和装配。
如果你使用的是 ByteBuffer ，你必须要创建一个新的大缓存区用来拷贝这两部分到这个新缓存区中。或者，你可以在 NiO做一个收集写操作，但限制你将复合缓冲类型作为 ByteBuffer的数组而不是一个单一的缓冲区，打破了抽象，并且引入了复杂的状态管理。此外，如果你不从 NIO channel 读或写，它是没有用的。

// 复合类型与组件类型不兼容。
ByteBuffer[] message = new ByteBuffer[] { header, body };

通过对比， ByteBuf 不会有警告，因为它是完全可扩展并有一个内置的复合缓冲区。
// 复合类型与组件类型是兼容的。
ByteBuf message = Unpooled.wrappedBuffer(header, body);
// 因此，你甚至可以通过混合复合类型与普通缓冲区来创建一个复合类型。
ByteBuf messageWithFooter = Unpooled.wrappedBuffer(message, footer);
// 由于复合类型仍是 ByteBuf，访问其内容很容易，
// 并且访问方法的行为就像是访问一个单独的缓冲区，
// 即使你想访问的区域是跨多个组件。
// 这里的无符号整数读取位于 body 和 footer
messageWithFooter.getUnsignedInt(messageWithFooter.readableBytes() - footer.readableBytes() - 1);

1.3 Automatic Capacity Extension 自动容量扩展

许多协议定义可变长度的消息，这意味着没有办法确定消息的长度，直到你构建的消息。或者，在计算长度的精确值时，带来了困难和不便。这就像当你建立一个字符串。你经常估计得到的字符串的长度，让 StringBuffer 扩大了其本身的需求。

// 一种新的动态缓冲区被创建。在内部，实际缓冲区是被“懒”创建，从而避免潜在的浪费内存空间。
ByteBuf b = Unpooled.buffer(4);

// 当第一个执行写尝试，内部指定初始容量 4 的缓冲区被创建
b.writeByte('1');

b.writeByte('2');
b.writeByte('3');
b.writeByte('4');

// 当写入的字节数超过初始容量 4 时，
//内部缓冲区自动分配具有较大的容量
b.writeByte('5');

1.4 Better Performance 更好的性能

最频繁使用的缓冲区 ByteBuf 的实现是一个非常薄的字节数组包装器（比如，一个字节）。与 ByteBuffer 不同，它没有复杂的边界和索引检查补偿，因此对于 JVM 优化缓冲区的访问更加简单。更多复杂的缓冲区实现是用于拆分或者组合缓存，并且比 ByteBuffer拥有更好的性能。

2. Universal Asynchronous I/O API 统一的异步 I/O API

Netty 有一个叫做 Channel 的统一的异步 I/O 编程接口，这个编程接口抽象了所有点对点的通信操作。也就是说，如果你的应用是基于 Netty 的某一种传输实现，那么同样的，你的应用也可以运行在 Netty 的另一种传输实现上。Netty 提供了几种拥有相同编程接口的基本传输实现：

• 基于 NIO 的 TCP/IP 传输 (见 io.netty.channel.nio)
• 基于 OIO 的 TCP/IP 传输 (见 io.netty.channel.oio)
• 基于 OIO 的 UDP/IP 传输
• 本地传输 (见 io.netty.channel.local)
  切换不同的传输实现通常只需对代码进行几行的修改调整，例如选择一个不同的 ChannelFactory 实现。
  此外，你甚至可以利用新的传输实现没有写入的优势，只需替换一些构造器的调用方法即可，例如串口通信。而且由于核心 API 具有高度的可扩展性，你还可以完成自己的传输实现。

3. Event Model based on the Interceptor Chain Pattern 基于拦截链模式的事件模型

4. Advanced Components for More Rapid Development 适用快速开发的高级组件

4.1 Codec 框架

一个好的网络应用框架应该提供一种可扩展，可重用，可单元测试并且是多层的codec 框架，为用户提供易维护的 codec 代码。
Netty 提供了一组构建在其核心模块之上的 codec 实现，这些简单的或者高级的 codec 实现帮你解决了大部分在你进行协议处理开发过程会遇到的问题，无论这些协议是简单的还是复杂的，二进制的或是简单文本的。

4.2 SSL / TLS 支持

在 Netty 内部，SslHandler 封装了所有艰难的细节以及使用 SSLEngine 可 能带来的陷阱。你所做的仅是配置并将该SslHandler 插入到你的 ChannelPipeline 中。同样 Netty 也允许你实现像 StartTlS 那样所拥有的高级特性，这很容易。

4.3 HTTP 实现

Netty 的HTTP 实现只是一些 HTTP codec 和 HTTP消息类的简单组合，这里不存在任何限制。

4.4 WebSockets 实现

WebSockets 允许双向，全双工通信信道，在 TCP socket 中。它被设计为允许一个 Web 浏览器和 Web 服务器之间通过数据流交互。

4.5 Google Protocol Buffer 整合

Google Protocol Buffers 是快速实现一个高效的二进制协议的理想方案。通过使用ProtobufEncoder 和 ProtobufDecoder，你可以把 Google Protocol Buffers 编译器 (protoc) 生成的消息类放入到 Netty 的codec 实现中。