Java异步NIO框架Netty实现高性能高并发无标题笔记
Java异步NIO框架Netty实现高性能高并发
1. 背景
1.1. 惊人的性能数据
最近一个圈内朋友通过私信告诉我，通过使用Netty4 + Thrift压缩二进制编解码技术，他们实现了10W TPS（1K的复杂POJO对象）的跨
节点远程服务调用。相比于传统基于Java序列化+BIO（同步阻塞IO）的通信框架，性能提升了8倍多。
事实上，我对这个数据并不感到惊讶，根据我5年多的NIO编程经验，通过选择合适的NIO框架，加上高性能的压缩二进制编解码技术，精
心的设计Reactor线程模型，达到上述性能指标是完全有可能的。
下面我们就一起来看下Netty是如何支持10W TPS的跨节点远程服务调用的，在正式开始讲解之前，我们先简单介绍下Netty。
1.2. Netty基础入门
Netty是一个高性能、异步事件驱动的NIO框架，它提供了对TCP、UDP和文件传输的支持，作为一个异步NIO框架，Netty的所有IO操作都
是异步非阻塞的，通过Future-Listener机制，用户可以方便的主动获取或者通过通知机制获得IO操作结果。
作为当前最流行的NIO框架，Netty在互联网领域、大数据大数据 分布式计算领域、游戏行业、通信行业等获得了广泛的应用，一些业界著名的开
源组件也基于Netty的NIO框架构架构 建。
2. Netty高性能之道
2.1. RPC调用的性能模型分析
2.1.1. 传统RPC调用性能差的三宗罪
网络传输方式问题：传统的RPC框架或者基于RMI等方式的远程服务（过程）调用采用了同步阻塞IO，当客户端的并发压力或者网络时延
增大之后，同步阻塞IO会由于频繁的wait导致IO线程经常性的阻塞，由于线程无法高效的工作，IO处理能力自然下降。
下面，我们通过BIO通信模型图看下BIO通信的弊端：
图2-1 BIO通信模型图
采用BIO通信模型的服务端，通常由一个独立的Acceptor线程负责监听客户端的连接，接收到客户端连接之后为客户端连接创建一个新的
线程处理请求消息，处理完成之后，返回应答消息给客户端，线程销毁，这就是典型的一请求一应答模型。该架构架构 最大的问题就是不具备
弹性伸缩能力，当并发访问量增加后，服务端的线程个数和并发访问数成线性正比，由于线程是Jav a虚拟机非常宝贵的系统资源，当线程
数膨胀之后，系统的性能急剧下降，随着并发量的继续增加，可能会发生句柄溢出、线程堆栈溢出等问题，并导致服务器最终宕机。
序列化方式问题：Java序列化存在如下几个典型问题：
1) Java序列化机制是Java内部的一种对象编解码技术，无法跨语言使用；例如对于异构系统之间的对接，Java序列化后的码流需要能够
通过其它语言反序列化成原始对象（副本），目前很难支持；
2) 相比于其它开源的序列化框架，Java序列化后的码流太大，无论是网络传输还是持久化到磁盘，都会导致额外的资源占用；
3) 序列化性能差（CPU资源占用高）。
线程模型问题：由于采用同步阻塞IO，这会导致每个TCP连接都占用1个线程，由于线程资源是JVM虚拟机非常宝贵的资源，当IO读写阻
塞导致线程无法及时释放时，会导致系统性能急剧下降，严重的甚至会导致虚拟机无法创建新的线程。
2.1.2. 高性能的三个主题
1) 传输：用什么样的通道将数据发送给对方，BIO、NIO或者AIO，IO模型在很大程度上决定了框架的性能。
2) 协议：采用什么样的通信协议，HTTP或者内部私有协议。协议的选择不同，性能模型也不同。相比于公有协议，内部私有协议的性能
通常可以被设计的更优。
3) 线程：数据报如何读取？读取之后的编解码在哪个线程进行，编解码后的消息如何派发，Reactor线程模型的不同，对性能的影响也非
常大。
