深入了解netty的运行机制，掌握NIOEventLoop、Pipeline、ByteBuf的核心原理，及常见netty的调优方案。
内容定位：
1、深入了解netty源码的朋友。
2、未来可能参与中间件开发的人群。
Netty为何高性能
使用Netty（NIO框架）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。
传统的rpc调用性能差的3宗罪。
网络传输方式的问题
序列化方式的问题
线程模型的问题
网络传输方式的问题：
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延时增大后，同步阻塞IO会由于频繁的wait导致IO线程经常性阻塞，由于线程无法高效的工作，IO处理能力自然下降。
采用BIO通信模型，通常有一个独立的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信息，处理完成之后，返回应答消息给客户端，线程销毁。这是典型的一请求一应答模型。该架构最大的问题就是不具备弹性伸缩能力，当并发访问量增加之后，服务端的线程个数和并发访问数成线性正比，由于线程是JAVA虚拟机非常宝贵的系统资源。当线程数膨胀后，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，并导致服务器最终宕机。
序列化方式的问题：
java序列化存在如下典型问题：
1）Java序列化是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）相比其它开源的序列化框架，java序列化后的码流太大，无论网络传输还是持久化磁盘，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，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。
高性能的3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模型很大程度决定了框架的性能。
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优化。
3）线程：
数据报如何读取？读取后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。
Netty高性能之道
高性能之道 --> 1 异步非阻塞通信
在IO编程中，当需要同时处理多个客户端请求时，可以利用多线程或者IO多路复用技术进行处理。IO多路复用技术通过把多个IO的阻塞复用到同一个select的阻塞上，从而使得系统在单线程的情况下可以同时处理多个客户端请求。
与传统的多线层模式比，IO多路复用的最大优势就是系统开销小，系统不需要创建新的额外线程，也不需要维护这些线程的运行，降低系统的维护工作量，节省了系统的资源。
JDK NIO通信模型如下：
与Socket类和ServerSocket类相对应，NIO也提供了SocketChannel和ServerSocketChannel两种不同的套接字通道实现。这两种新增的通道都支持阻塞和非阻塞两种模式。阻塞模式使用非常简单，但是性能和可靠性不好，非阻塞模式正好相反。开发人员一般可以根据自己的需要来选择合适的模式，一般来说，低负载、低并发的应用程序可以选择同步阻塞IO以降低编程的复杂度。但是对于高负载、高并发的网络应用，需要使用NIO的非阻塞模式进行开发。Netty架构按照Reactor模式设计和实现，它的服务端通信序列图如下：
客户端通信序列图如下：
Netty的IO线程NioEventLoop聚合了多路复用器Selector，可以同时并发处理成百上千个客户端Channel，由于读写操作都是非阻塞的，这就可以充分提升IO线程的运行效率，避免由于频繁IO阻塞导致线程的挂起。另外，由于Netty采用了异步通信模式，一个IO线程可以并发处理N个客户端连接和读写操作，这从根本上解决了传统同步阻塞IO一连接一线程模型，架构性能、弹性伸缩能力和可靠性都得到了极大提升。
高性能之道 -->2 零拷贝
Netty的“零拷贝”主要体现在如下三个方面：
1）Netty的接收和发送ByteBuffer采用Direct Buffers，使用堆外直接内存进行Socket读写，不需要进行字节缓冲区的二次拷贝。
如果使用传统的堆内存(Heap Buffers)进行Socket读写，JVM会将堆内存Buffer拷贝一份到直接内存中，然后才写入Socket中。相比堆外直接内存，消息在发送过程中多了一次缓冲区的内存拷贝。
2）Netty提供了组合Buffer对象，可以聚合多个ByteBuffer对象，用户可以像操作一个Buffer那样方便的对组合Buffer进行操作，避免了传统通过内存拷贝的方式将几个小Buffer合并成一个大的Buffer。
3）Netty的文件传输采用了transferTo()方法，它可以直接将文件缓冲区的数据发送到目标Channel，避免了传统通过循环write()方式导致的内存拷贝问题。
下面，对以上三种‘“零拷贝”进行说明，先看Netty接收Buffer的创建：
高性能之道 -->3 内存池
随着JVM虚拟机和JIT即时编译技术的发展，对象的分配和回收是个非常轻量级的工作。但是对于缓冲区Buffer，情况稍有不同，特别是对于堆外直接内存的分配和回收，是一件耗时的操作。为了尽量重用缓冲区，Netty提供了基于内存池的缓冲区重用机制。下面看一下Netty ByteBuf的实现：
Netty提供了多种内存管理策略，通过在启动辅助类中配置相关参数，可以实现差异化的定制。
下面通过性能测试，看一下基于内存池循环利用的ByteBuf和普通ByteBuf的性能差异。
eg1：使用内存池分配器创建直接内存缓冲区
eg2：使用非堆内存分配器创建的直接内存缓冲区
各执行180万次，性能对比如下：
性能测试经验表明，采用内存池的ByteBuf相比于相比于朝生夕死的ByteBuf，性能高23倍左右。
下面分析下netty内存池的内存分配：
高性能之道 -->4 高效的Reactor线程模型
常用的Reactor线程模型有3种，分别如下：
1）Reactor单线程模型
2）Reactor多线程模型
3）主从Reactor多线程模型
Reactor单线程模型，指的是所有的IO操作都在同一个NIO线程上完成，NIO线程的职责如下：
1）作为NIO的客户端，向服务端发起TCP连接；
2）作为NIO的服务端，接收客户端的TCP连接；
3）读取通信对端的请求或者应答消息；
4）向通信对端发送消息或者应答消息；
Reactor单线程模型如下：
由于Reactor使用的是异步非阻塞IO，所有的IO操作都不会阻塞，理论上一个线程可以处理所有IO相关的操作。从架构层面看，一个NIO线程确实可以完成其承担的职责。例如，通过Acceptor接收客户端TCP连接请求消息，链路建立成功后，通过Dispatch将对应的ByteBuffer派发到指定的Handler上进行消息解码。用户Handler可以通过NIO线程将消息发送给客户端。
对于一些小容量应用场景，可以使用单线程模型。但是对于高负载、大并发的应用却不合适，主要原因如下：
1）一个NIO线程同时处理成百上千的链路，性能无法支撑，即便是NIO的线程CPU负荷达到100%，也无法满足海量消息的编码、解码。读取和发送。
2）当NIO线程的负载过重之后，处理速度将变慢，这会导致大量的客户端连接超时，超时之后往往会进行重发，这更加重了NIO线程的负载，最终会有大量消息积压和处理超时，NIO线程会成为系统的瓶颈。
3）可靠性问题：一旦NIO线程意外跑飞，或者进入死循环，会导致整个系统通信模块不可用，不能接收和处理外部消息，造成节点故障。
为了解决这些问题，衍生了Reactor多线程模型。
Reactor多线程模型与单线程模型最大的区别就是一组NIO线程处理IO操作，它的原理图如下：
Reactor多线程模型的特点：
1）有专门的一个NIO线程（Acceptor线程）用于监听服务端，接收客户端的TCP连接请求；
2）网络IO操作-读、写等由一个NIO线程池负责，线程池采用标准的JDK线程池实现，它包含一个任务队列和N个可用线程，由这些NIO线程负责消息的读取、解码、编码和发送；
3）1个NIO线程可以同时处理N条链路，但是1个链路只对应1个NIO线程，防止发生并发操作问题。
在绝大多数场景下，Reactor多线程模型可以满足性能要求；但是在特殊应用场景中，一个NIO线程负责监听和处理所有的客户端连接可能会存在性能问题。例如百万客户端并发连接，或者服务端需要对客户端的握手消息进行安全认证，认证本身非常损耗性能。在这种场景下，单独一个Acceptor线程可能会存在性能不足的问题，为了解决性能问题，产生了第三种Reactor线程模型—>主从Reactor多线程模型。
主从Reactor线程模型的特点是：服务端用于接收客户端连接的不再是1个单独的NIO线程，而是一个独立的NIO线程池。Acceptor接收到客户端的TCP连接请求处理完成后（可能包含接入认证等），将新创建的SocketChannel注册到IO线程池（sub Reactor线程池）的某个IO线程上，由它负责SocketChannel的读写和编解码工作。Acceptor线程池仅仅只用于客户端的登陆、握手和安全认证，一旦链路建立成功，就将链路注册到后端subReactor线程池的IO线程上，由IO线程负责后续的IO操作。
它的线程模型如下图所示：
利用主从NIO线程模型，可以解决1个服务端监听线程无法有效处理所有客户端连接的性能不足问题。因此，在netty的官方demo中，推荐使用该线程模型。
事实上，Netty的线程模型并非固定不变，通过在启动辅助类中不同的EventLoopGroup实例并通过适当的参数配置，就可以支持上述3种Reactor线程模型。
高性能之道 -->5 无锁化的串行设计理念
大多数场景下，并行多线程处理可以提升系统的并发性能。但是，如果对于共享资源的并发访问处理不当，会带来严重的锁竞争，这最终会导致性能的下降。为尽可能的避免锁竞争带来的性能损耗，可以通过串行化设计，即消息的处理尽可能在同一个县城内完成，期间不进行线程切换，这样就避免了多线程竞争和同步锁。
为尽可能提升性能，Netty采用了串行无锁化设计，在IO线程内部进行串行操作，避免多线程竞争导致的性能下降。表面上看，串行化设计似乎CPU利用率不高，并发程度不够。但是，通过调整NIO线程池的线程参数，可以同时启动多个串行化的
高性能之道 -->6 高效的并发编程
高性能之道 -->7 高性能的序列化框架
高性能之道 -->8 灵活的TCP参数配置能力
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