文章目录
- [1. 介绍](#1. 介绍)
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- [1.1 BIO](#1.1 BIO)
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- [1.1.1 概念](#1.1.1 概念)
- [1.1.2 工作原理](#1.1.2 工作原理)
- [1.1.3 优缺点](#1.1.3 优缺点)
- [1.2 NIO](#1.2 NIO)
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- [1.2.1 概念](#1.2.1 概念)
- [1.2.2 工作原理](#1.2.2 工作原理)
- [1.2.3 优缺点](#1.2.3 优缺点)
- [1.3 Netty](#1.3 Netty)
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- [1.3.1 概念](#1.3.1 概念)
- [1.3.2 工作原理](#1.3.2 工作原理)
- [1.3.3 优点](#1.3.3 优点)
- [2. Netty 与 Java NIO 的区别](#2. Netty 与 Java NIO 的区别)
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- [2.1 抽象层次](#2.1 抽象层次)
- [2.2 API 易用性](#2.2 API 易用性)
- [2.3 性能优化](#2.3 性能优化)
- [2.4 功能扩展性](#2.4 功能扩展性)
- [2.5 线程模型](#2.5 线程模型)
- [2.6 适用场景](#2.6 适用场景)
- [3. 总结](#3. 总结)
1. 介绍
1.1 BIO
1.1.1 概念
BIO(Blocking I/O) ,即 阻塞式 I/O ,是 Java 最早提供的 I/O 模型。在这种模型下,当进行 I/O 操作时,线程会被阻塞,直到操作完成。
1.1.2 工作原理
BIO 的服务器通常 使用一个独立的线程来处理每个客户端连接 。当有新的客户端连接请求时,服务器会 为该连接创建一个新的线程 ,该线程负责 处理该客户端的所有 I/O 操作 。
1.1.3 优缺点
- 优点:编程模型简单,易于理解和实现。
- 缺点 :每个客户端连接都需要一个独立的线程来处理,当客户端数量较多时,会消耗大量的系统资源,导致性能下降,可扩展性较差。
1.2 NIO
1.2.1 概念
NIO(Non-blocking I/O) ,即 非阻塞式 I/O ,是 Java 1.4 引入的新 I/O 模型。在 NIO 中,线程在进行 I/O 操作时不会被阻塞,可以继续执行其他任务 。NIO 通过 通道 (Channel
) 和 缓冲区 (Buffer
) 来进行数据的读写操作,使用 选择器 (Selector
) 来实现 I/O 多路复用。
1.2.2 工作原理
NIO 使用 Selector
来监控多个 Channel
的 I/O 事件,当某个 Channel
上有事件发生 时(如 可读 、可写 ),Selector
会通知相应的线程进行处理 。这样,一个线程可以同时处理多个 Channel
的 I/O 操作 ,提高了系统的并发处理能力。
1.2.3 优缺点
- 优点 :使用 I/O 多路复用,一个线程可以处理多个连接,减少了线程的创建和切换开销,提高了系统的并发处理能力和资源利用率。
- 缺点 :编程模型相对复杂,需要熟悉
Selector
、Channel
和Buffer
等概念。
1.3 Netty
1.3.1 概念
Netty 是一个基于 Java NIO 构建的 高性能 、异步事件驱动 的 网络应用框架 。它简化了基于 TCP/UDP 的网络编程,提供了对复杂 I/O 操作(如 HTTP、WebSocket 等协议)的抽象,并内置了 高效的线程模型 和 内存管理机制 。主要用于 快速开发可维护的高性能 服务器 和 客户端。
1.3.2 工作原理
Netty 基于 NIO 构建,采用了 事件驱动 和 异步编程模型。
它使用 EventLoopGroup
来管理线程,EventLoop
负责处理 Channel
上的 I/O 事件。ChannelPipeline
用于管理 ChannelHandler
,ChannelHandler
负责处理具体的业务逻辑。
EventLoopGroup
分为两种,一种是 BossGroup,用于处理 建立连接事件 ;另一种是 WorkerGroup,用于处理 读/写事件。
1.3.3 优点
- 提供了简单易用的 API,降低了开发难度。
- 对 NIO 进行了优化,性能更高。
- 具有丰富的功能特性,如 心跳检测 、断线重连 、编解码框架 等。
- 支持多种传输协议,可扩展性强。
2. Netty 与 Java NIO 的区别
2.1 抽象层次
- Java NIO :提供 基础的非阻塞 I/O 编程模型 (
Selector
、Channel
、Buffer
),但需要开发者自行管理复杂的 多线程 、连接状态 、数据编解码 和 异常处理。 - Netty :在 NIO 的基础上提供更高层次的抽象,封装了底层细节 (如 线程池 、连接池 、内存管理 )。开发者只需关注业务逻辑,通过
ChannelHandler
处理事件(如 连接建立 、数据读写)即可。
2.2 API 易用性
- Java NIO :
- 需要手动管理
Selector
、Channel
和Buffer
的注册与监听。 - 需处理边界问题(如 TCP 粘包/拆包)。
- 代码复杂度高,容易出错(如资源泄漏)。
- 需要手动管理
- Netty :
- 提供链式
Pipeline
和ChannelHandler
机制,简化事件处理。 - 内置工具类(如
ByteToMessageDecoder
)解决粘包/拆包。 - 自动释放资源,减少内存泄漏风险。
- 提供链式
2.3 性能优化
- Java NIO :
- 原生的
Selector
实现在 高并发 下可能存在 空轮询 bug。 ByteBuffer
的固定大小和内存拷贝可能影响性能。
- 原生的
- Netty :
- 使用
Epoll
(Linux) 或KQueue
(Mac) 等系统级高性能 I/O 模型。 ByteBuf
支持 内存池化 (PooledByteBuf
) 和 零拷贝 (CompositeByteBuf
) ,减少 GC 压力。- 主从 Reactor 线程模型(BossGroup + WorkerGroup)提升并发处理能力。
- 使用
2.4 功能扩展性
- Java NIO :
- 需要 自行实现协议 支持(如 HTTP)、SSL 加密等。
- 缺乏对异步编程的友好支持。
- Netty :
- 内置丰富的编解码器(如 HTTP、WebSocket)。
- 支持通过
ChannelFuture
实现异步回调。
2.5 线程模型
- Java NIO :
- 开发者需 自行设计线程池 管理 I/O 事件 和 业务逻辑。
- 容易因线程竞争导致性能下降。
- Netty :支持 自定义线程模型 ,如:
- 单线程模型:整个 Netty 服务端仅用一个线程来处理所有的 连接、读写 操作。适用于 并发量较低、业务逻辑简单 的场景。
- 多线程 Reactor 模式 (默认采用 ):
BossGroup
负责处理连接,WorkerGroup
处理 I/O。
2.6 适用场景
- Java NIO :适合 简单、小规模 的 非阻塞 I/O 应用 ,或 需要完全控制底层细节 的场景。
- Netty :适用于 高并发、低延迟 的 复杂网络应用 ,如:
- 分布式 RPC 框架(如 Dubbo)。
- 实时通信系统(如 WebSocket 服务器)。
3. 总结
- BIO 是传统的 阻塞式 I/O ,一个线程只能监听一个客户端的 I/O 事件 ,而且 读写操作会阻塞,不适合大量客户端的场景。
- NIO 是 非阻塞 I/O ,一个线程可以监听多个通道的 I/O 事件 ,读写操作不会阻塞,性能更高。
- Netty 对 NIO 进行了封装,通过 内存池化 和 零拷贝 优化了 NIO 的性能,提供了更多的高级特性,如心跳检测、断线重连。如果想要 快速构建稳定、高性能的网络应用,Netty 是更优选择。