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简介
netty 为什么快呢？这是因为 netty 底层应用了 JAVA 的 NIO 技术，并在其根底上进行了性能的优化，尽管 netty 不是单纯的 JAVA nio，然而 netty 的底层还是基于的是 nio 技术。
nio 是 JDK1.4 中引入的，用于区别于传统的 IO，所以 nio 也能够称之为 new io。
nio 的三大外围是 Selector,channel 和 Buffer，本文咱们将会深刻探索 NIO 和 netty 之间的关系。
NIO 罕用用法
在解说 netty 中的 NIO 实现之前，咱们先来回顾一下 JDK 中 NIO 的 selector，channel 是怎么工作的。对于 NIO 来说 selector 次要用来承受客户端的连贯，所以个别用在 server 端。咱们以一个 NIO 的服务器端和客户端聊天室为例来解说 NIO 在 JDK 中是怎么应用的。
因为是一个简略的聊天室，咱们抉择 Socket 协定为根底的 ServerSocketChannel, 首先就是 open 这个 Server channel:
ServerSocketChannel serverSocketChannel = ServerSocketChannel.open();
serverSocketChannel.bind(new InetSocketAddress("localhost", 9527));
serverSocketChannel.configureBlocking(false);而后向 server channel 中注册 selector:
Selector selector = Selector.open();
serverSocketChannel.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT);尽管是 NIO，然而对于 Selector 来说，它的 select 办法是阻塞办法，只有找到匹配的 channel 之后才会返回，为了屡次进行 select 操作，咱们须要在一个 while 循环外面进行 selector 的 select 操作：
while (true) {selector.select();
Set<SelectionKey> selectedKeys = selector.selectedKeys();
Iterator<SelectionKey> iter = selectedKeys.iterator();
while (iter.hasNext()) {SelectionKey selectionKey = iter.next();
if (selectionKey.isAcceptable()) {register(selector, serverSocketChannel);
}
if (selectionKey.isReadable()) {serverResponse(byteBuffer, selectionKey);
}
iter.remove();}
Thread.sleep(1000);
}selector 中会有一些 SelectionKey,SelectionKey 中有一些示意操作状态的 OP Status, 依据这个 OP Status 的不同，selectionKey 能够有四种状态，别离是 isReadable,isWritable,isConnectable 和 isAcceptable。
当 SelectionKey 处于 isAcceptable 状态的时候，示意 ServerSocketChannel 能够承受连贯了，咱们须要调用 register 办法将 serverSocketChannel accept 生成的 socketChannel 注册到 selector 中，以监听它的 OP READ 状态，后续能够从中读取数据：
private static void register(Selector selector, ServerSocketChannel serverSocketChannel)
throws IOException {SocketChannel socketChannel = serverSocketChannel.accept();
socketChannel.configureBlocking(false);
socketChannel.register(selector, SelectionKey.OP_READ);
}当 selectionKey 处于 isReadable 状态的时候，示意能够从 socketChannel 中读取数据而后进行解决：
private static void serverResponse(ByteBuffer byteBuffer, SelectionKey selectionKey)
throws IOException {SocketChannel socketChannel = (SocketChannel) selectionKey.channel();
socketChannel.read(byteBuffer);
byteBuffer.flip();
byte[] bytes= new byte[byteBuffer.limit()];
byteBuffer.get(bytes);
log.info(new String(bytes).trim());
if(new String(bytes).trim().equals(BYE_BYE)){log.info("说再见不如不见！");
socketChannel.write(ByteBuffer.wrap("再见".getBytes()));
socketChannel.close();}else {socketChannel.write(ByteBuffer.wrap("你是个坏蛋".getBytes()));
}
byteBuffer.clear();}下面的 serverResponse 办法中，从 selectionKey 中拿到对应的 SocketChannel，而后调用 SocketChannel 的 read 办法，将 channel 中的数据读取到 byteBuffer 中，要想回复音讯到 channel 中，还是应用同一个 socketChannel，而后调用 write 办法回写音讯给 client 端，到这里一个简略的回写客户端音讯的 server 端就实现了。
接下来就是对应的 NIO 客户端，在 NIO 客户端须要应用 SocketChannel, 首先建设和服务器的连贯：
socketChannel = SocketChannel.open(new InetSocketAddress("localhost", 9527));而后就能够应用这个 channel 来发送和承受音讯了：
public String sendMessage(String msg) throws IOException {byteBuffer = ByteBuffer.wrap(msg.getBytes());
String response = null;
socketChannel.write(byteBuffer);
byteBuffer.clear();
socketChannel.read(byteBuffer);
byteBuffer.flip();
byte[] bytes= new byte[byteBuffer.limit()];
byteBuffer.get(bytes);
response =new String(bytes).trim();
byteBuffer.clear();
return response;
}向 channel 中写入音讯能够应用 write 办法，从 channel 中读取音讯能够应用 read 办法。
这样一个 NIO 的客户端就实现了。
尽管以上是 NIO 的 server 和 client 的根本应用，然而基本上涵盖了 NIO 的所有要点。接下来咱们来具体理解一下 netty 中 NIO 到底是怎么应用的。
NIO 和 EventLoopGroup
以 netty 的 ServerBootstrap 为例，启动的时候须要指定它的 group, 先来看一下 ServerBootstrap 的 group 办法：
public ServerBootstrap group(EventLoopGroup group) {return group(group, group);
}
public ServerBootstrap group(EventLoopGroup parentGroup, EventLoopGroup childGroup) {...}ServerBootstrap 能够承受一个 EventLoopGroup 或者两个 EventLoopGroup，EventLoopGroup 被用来解决所有的 event 和 IO，对于 ServerBootstrap 来说，能够有两个 EventLoopGroup，对于 Bootstrap 来说只有一个 EventLoopGroup。两个 EventLoopGroup 示意 acceptor group 和 worker group。
EventLoopGroup 只是一个接口，咱们罕用的一个实现就是 NioEventLoopGroup, 如下所示是一个罕用的 netty 服务器端代码：
EventLoopGroup bossGroup = new NioEventLoopGroup();
EventLoopGroup workerGroup = new NioEventLoopGroup();
try {ServerBootstrap b = new ServerBootstrap();
b.group(bossGroup, workerGroup)
.channel(NioServerSocketChannel.class)
.childHandler(new ChannelInitializer<SocketChannel>() {
@Override
public void initChannel(SocketChannel ch) throws Exception {ch.pipeline().addLast(new FirstServerHandler());
}
})
.option(ChannelOption.SO_BACKLOG, 128)
.childOption(ChannelOption.SO_KEEPALIVE, true);
// 绑定端口并开始接管连贯
ChannelFuture f = b.bind(port).sync();
// 期待 server socket 敞开
f.channel().closeFuture().sync();这里和 NIO 相干的有两个类，别离是 NioEventLoopGroup 和 NioServerSocketChannel，事实上在他们的底层还有两个相似的类别离叫做 NioEventLoop 和 NioSocketChannel，接下来咱们别离解说一些他们的底层实现和逻辑关系。
NioEventLoopGroup
NioEventLoopGroup 和 DefaultEventLoopGroup 一样都是继承自 MultithreadEventLoopGroup：
public class NioEventLoopGroup extends MultithreadEventLoopGroup 他们的不同之处在于 newChild 办法的不同，newChild 用来构建 Group 中的理论对象，NioEventLoopGroup 来说，newChild 返回的是一个 NioEventLoop 对象，先来看下 NioEventLoopGroup 的 newChild 办法：
protected EventLoop newChild(Executor executor, Object... args) throws Exception {SelectorProvider selectorProvider = (SelectorProvider) args[0];
SelectStrategyFactory selectStrategyFactory = (SelectStrategyFactory) args[1];
RejectedExecutionHandler rejectedExecutionHandler = (RejectedExecutionHandler) args[2];
EventLoopTaskQueueFactory taskQueueFactory = null;
EventLoopTaskQueueFactory tailTaskQueueFactory = null;
int argsLength = args.length;
if (argsLength > 3) {taskQueueFactory = (EventLoopTaskQueueFactory) args[3];
}
if (argsLength > 4) {tailTaskQueueFactory = (EventLoopTaskQueueFactory) args[4];
}
return new NioEventLoop(this, executor, selectorProvider,
selectStrategyFactory.newSelectStrategy(),
rejectedExecutionHandler, taskQueueFactory, tailTaskQueueFactory);
}这个 newChild 办法除了固定的 executor 参数之外，还能够依据 NioEventLoopGroup 的构造函数传入的参数来实现更多的性能。
这里参数中传入了 SelectorProvider、SelectStrategyFactory、RejectedExecutionHandler、taskQueueFactory 和 tailTaskQueueFactory 这几个参数，其中前面的两个 EventLoopTaskQueueFactory 并不是必须的。
最初所有的参数都会传递给 NioEventLoop 的构造函数用来结构出一个新的 NioEventLoop。
在具体解说 NioEventLoop 之前，咱们来研读一下传入的这几个参数类型的理论作用。
SelectorProvider
SelectorProvider 是 JDK 中的类，它提供了一个动态的 provider() 办法能够从 Property 或者 ServiceLoader 中加载对应的 SelectorProvider 类并实例化。
另外还提供了 openDatagramChannel、openPipe、openSelector、openServerSocketChannel 和 openSocketChannel 等实用的 NIO 操作方法。
SelectStrategyFactory
SelectStrategyFactory 是一个接口，外面只定义了一个办法，用来返回 SelectStrategy:
public interface SelectStrategyFactory {SelectStrategy newSelectStrategy();
}什么是 SelectStrategy 呢？
先看下 SelectStrategy 中定义了哪些 Strategy:
int SELECT = -1;
int CONTINUE = -2;
int BUSY_WAIT = -3;SelectStrategy 中定义了 3 个 strategy, 别离是 SELECT、CONTINUE 和 BUSY_WAIT。
咱们晓得个别状况下，在 NIO 中 select 操作自身是一个阻塞操作，也就是 block 操作，这个操作对应的 strategy 是 SELECT, 也就是 select block 状态。
如果咱们想跳过这个 block，从新进入下一个 event loop, 那么对应的 strategy 就是 CONTINUE。
BUSY_WAIT 是一个非凡的 strategy，是指 IO 循环轮询新事件而不阻塞, 这个 strategy 只有在 epoll 模式下才反对，NIO 和 Kqueue 模式并不反对这个 strategy。
RejectedExecutionHandler
RejectedExecutionHandler 是 netty 本人的类，和 java.util.concurrent.RejectedExecutionHandler 相似，然而是特地针对 SingleThreadEventExecutor 来说的。这个接口定义了一个 rejected 办法，用来示意因为 SingleThreadEventExecutor 容量限度导致的工作增加失败而被回绝的状况：
void rejected(Runnable task, SingleThreadEventExecutor executor);EventLoopTaskQueueFactory
EventLoopTaskQueueFactory 是一个接口，用来创立存储提交给 EventLoop 的 taskQueue：
Queue<Runnable> newTaskQueue(int maxCapacity);这个 Queue 必须是线程平安的，并且继承自 java.util.concurrent.BlockingQueue.
解说完这几个参数，接下来咱们就能够具体查看 NioEventLoop 的具体 NIO 实现了。
NioEventLoop
首先 NioEventLoop 和 DefaultEventLoop 一样，都是继承自 SingleThreadEventLoop：
public final class NioEventLoop extends SingleThreadEventLoop示意的是应用繁多线程来执行工作的 EventLoop。
首先作为一个 NIO 的实现，必须要有 selector，在 NioEventLoop 中定义了两个 selector，别离是 selector 和 unwrappedSelector：
private Selector selector;
private Selector unwrappedSelector;在 NioEventLoop 的构造函数中，他们是这样定义的：
final SelectorTuple selectorTuple = openSelector();
this.selector = selectorTuple.selector;
this.unwrappedSelector = selectorTuple.unwrappedSelector;首先调用 openSelector 办法，而后通过返回的 SelectorTuple 来获取对应的 selector 和 unwrappedSelector。
这两个 selector 有什么区别呢？
在 openSelector 办法中，首先通过调用 provider 的 openSelector 办法返回一个 Selector，这个 Selector 就是 unwrappedSelector：
final Selector unwrappedSelector;
unwrappedSelector = provider.openSelector();而后查看 DISABLE_KEY_SET_OPTIMIZATION 是否设置，如果没有设置那么 unwrappedSelector 和 selector 实际上是同一个 Selector：
DISABLE_KEY_SET_OPTIMIZATION 示意的是是否对 select key set 进行优化:
if (DISABLE_KEY_SET_OPTIMIZATION) {return new SelectorTuple(unwrappedSelector);
}
SelectorTuple(Selector unwrappedSelector) {
this.unwrappedSelector = unwrappedSelector;
this.selector = unwrappedSelector;
}如果 DISABLE_KEY_SET_OPTIMIZATION 被设置为 false，那么意味着咱们须要对 select key set 进行优化，具体是怎么进行优化的呢？
先来看下最初的返回：
return new SelectorTuple(unwrappedSelector,
new SelectedSelectionKeySetSelector(unwrappedSelector, selectedKeySet));最初返回的 SelectorTuple 第二个参数就是 selector，这里的 selector 是一个 SelectedSelectionKeySetSelector 对象。
SelectedSelectionKeySetSelector 继承自 selector，构造函数传入的第一个参数是一个 delegate, 所有的 Selector 中定义的办法都是通过调用
delegate 来实现的，不同的是对于 select 办法来说，会首先调用 selectedKeySet 的 reset 办法, 上面是以 isOpen 和 select 办法为例察看一下代码的实现：
public boolean isOpen() {return delegate.isOpen();
}
public int select(long timeout) throws IOException {selectionKeys.reset();
return delegate.select(timeout);
}selectedKeySet 是一个 SelectedSelectionKeySet 对象，是一个 set 汇合，用来存储 SelectionKey，在 openSelector() 办法中，应用 new 来实例化这个对象：
final SelectedSelectionKeySet selectedKeySet = new SelectedSelectionKeySet();netty 理论是想用这个 SelectedSelectionKeySet 类来治理 Selector 中的 selectedKeys，所以接下来 netty 用了一个高技巧性的对象替换操作。
首先判断零碎中有没有 sun.nio.ch.SelectorImpl 的实现：
Object maybeSelectorImplClass = AccessController.doPrivileged(new PrivilegedAction<Object>() {
@Override
public Object run() {
try {
return Class.forName(
"sun.nio.ch.SelectorImpl",
false,
PlatformDependent.getSystemClassLoader());
} catch (Throwable cause) {return cause;}
}
});SelectorImpl 中有两个 Set 字段：
private Set<SelectionKey> publicKeys;
private Set<SelectionKey> publicSelectedKeys;这两个字段就是咱们须要替换的对象。如果有 SelectorImpl 的话，首先应用 Unsafe 类，调用 PlatformDependent 中的 objectFieldOffset 办法拿到这两个字段绝对于对象示例的偏移量，而后调用 putObject 将这两个字段替换成为后面初始化的 selectedKeySet 对象：
Field selectedKeysField = selectorImplClass.getDeclaredField("selectedKeys");
Field publicSelectedKeysField = selectorImplClass.getDeclaredField("publicSelectedKeys");
if (PlatformDependent.javaVersion() >= 9 && PlatformDependent.hasUnsafe()) {
// Let us try to use sun.misc.Unsafe to replace the SelectionKeySet.
// This allows us to also do this in Java9+ without any extra flags.
long selectedKeysFieldOffset = PlatformDependent.objectFieldOffset(selectedKeysField);
long publicSelectedKeysFieldOffset =
PlatformDependent.objectFieldOffset(publicSelectedKeysField);
if (selectedKeysFieldOffset != -1 && publicSelectedKeysFieldOffset != -1) {
PlatformDependent.putObject(unwrappedSelector, selectedKeysFieldOffset, selectedKeySet);
PlatformDependent.putObject(unwrappedSelector, publicSelectedKeysFieldOffset, selectedKeySet);
return null;
}如果零碎设置不反对 Unsafe，那么就用反射再做一次：
Throwable cause = ReflectionUtil.trySetAccessible(selectedKeysField, true);
if (cause != null) {return cause;}
cause = ReflectionUtil.trySetAccessible(publicSelectedKeysField, true);
if (cause != null) {return cause;}
selectedKeysField.set(unwrappedSelector, selectedKeySet);
publicSelectedKeysField.set(unwrappedSelector, selectedKeySet);在 NioEventLoop 中咱们须要关注的一个十分重要的重写办法就是 run 办法，在 run 办法中实现了如何执行 task 的逻辑。
还记得后面咱们提到的 selectStrategy 吗？run 办法通过调用 selectStrategy.calculateStrategy 返回了 select 的 strategy，而后通过判断
strategy 的值来进行对应的解决。
如果 strategy 是 CONTINUE，这跳过这次循环，进入到下一个 loop 中。
BUSY_WAIT 在 NIO 中是不反对的，如果是 SELECT 状态，那么会在 curDeadlineNanos 之后再次进行 select 操作：
strategy = selectStrategy.calculateStrategy(selectNowSupplier, hasTasks());
switch (strategy) {
case SelectStrategy.CONTINUE:
continue;
case SelectStrategy.BUSY_WAIT:
// fall-through to SELECT since the busy-wait is not supported with NIO
case SelectStrategy.SELECT:
long curDeadlineNanos = nextScheduledTaskDeadlineNanos();
if (curDeadlineNanos == -1L) {curDeadlineNanos = NONE; // nothing on the calendar}
nextWakeupNanos.set(curDeadlineNanos);
try {if (!hasTasks()) {strategy = select(curDeadlineNanos);
}
} finally {
// This update is just to help block unnecessary selector wakeups
// so use of lazySet is ok (no race condition)
nextWakeupNanos.lazySet(AWAKE);
}
// fall through
default:如果 strategy > 0, 示意有拿到了 SelectedKeys, 那么须要调用 processSelectedKeys 办法对 SelectedKeys 进行解决：
private void processSelectedKeys() {if (selectedKeys != null) {processSelectedKeysOptimized();
} else {processSelectedKeysPlain(selector.selectedKeys());
}
}下面提到了 NioEventLoop 中有两个 selector，还有一个 selectedKeys 属性，这个 selectedKeys 存储的就是 Optimized SelectedKeys，如果这个值不为空，就调用 processSelectedKeysOptimized 办法，否则就调用 processSelectedKeysPlain 办法。
processSelectedKeysOptimized 和 processSelectedKeysPlain 这两个办法差异不大，只是传入的要解决的 selectedKeys 不同。
解决的逻辑是首先拿到 selectedKeys 的 key，而后调用它的 attachment 办法拿到 attach 的对象：
final SelectionKey k = selectedKeys.keys[i];
selectedKeys.keys[i] = null;
final Object a = k.attachment();
if (a instanceof AbstractNioChannel) {processSelectedKey(k, (AbstractNioChannel) a);
} else {NioTask<SelectableChannel> task = (NioTask<SelectableChannel>) a;
processSelectedKey(k, task);
}如果 channel 还没有建设连贯，那么这个对象可能是一个 NioTask, 用来解决 channelReady 和 channelUnregistered 的事件。
如果 channel 曾经建设好连贯了，那么这个对象可能是一个 AbstractNioChannel。
针对两种不同的对象，会去别离调用不同的 processSelectedKey 办法。
对第一种状况，会调用 task 的 channelReady 办法：
task.channelReady(k.channel(), k);对第二种状况，会依据 SelectionKey 的 readyOps() 的各种状态调用 ch.unsafe() 中的各种办法，去进行 read 或者 close 等操作。
总结
NioEventLoop 尽管也是一个 SingleThreadEventLoop, 然而通过应用 NIO 技术，能够更好的利用现有资源实现更好的效率，这也就是为什么咱们在我的项目中应用 NioEventLoopGroup 而不是 DefaultEventLoopGroup 的起因。
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