简介
netty 为什么快呢？这是因为 netty 底层使用了 JAVA 的 NIO 技术，并在其基础上进行了性能的优化，虽然 netty 不是单纯的 JAVA nio，但是 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 也可以称之为 new io。
nio 的三大核心是 Selector,channel 和 Buffer，本文我们将会深入探究 NIO 和 netty 之间的关系。
NIO 常用用法
在讲解 netty 中的 NIO 实现之前，我们先来回顾一下 JDK 中 NIO 的 selector，channel 是怎么工作的。对于 NIO 来说 selector 主要用来接受客户端的连接，所以一般用在 server 端。我们以一个 NIO 的服务器端和客户端聊天室为例来讲解 NIO 在 JDK 中是怎么使用的。
因为是一个简单的聊天室，我们选择 Socket 协议为基础的 ServerSocketChannel,首先就是 open 这个 Server channel:
ServerSocketChannel serverSocketChannel = ServerSocketChannel.open();serverSocketChannel.bind(new InetSocketAddress("localhost", 9527));serverSocketChannel.configureBlocking(false);
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然后向 server channel 中注册 selector:
Selector selector = Selector.open();serverSocketChannel.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT);
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虽然是 NIO，但是对于 Selector 来说，它的 select 方法是阻塞方法，只有找到匹配的 channel 之后才会返回，为了多次进行 select 操作，我们需要在一个 while 循环里面进行 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); }
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selector 中会有一些 SelectionKey,SelectionKey 中有一些表示操作状态的 OP Status,根据这个 OP Status 的不同，selectionKey 可以有四种状态，分别是 isReadable,isWritable,isConnectable 和 isAcceptable。
当 SelectionKey 处于 isAcceptable 状态的时候，表示 ServerSocketChannel 可以接受连接了，我们需要调用 register 方法将 serverSocketChannel accept 生成的 socketChannel 注册到 selector 中，以监听它的 OP READ 状态，后续可以从中读取数据：
private static void register(Selector selector, ServerSocketChannel serverSocketChannel) throws IOException { SocketChannel socketChannel = serverSocketChannel.accept(); socketChannel.configureBlocking(false); socketChannel.register(selector, SelectionKey.OP_READ); }
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当 selectionKey 处于 isReadable 状态的时候，表示可以从 socketChannel 中读取数据然后进行处理：
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("你是个好人".getBytes())); } byteBuffer.clear(); }
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上面的 serverResponse 方法中，从 selectionKey 中拿到对应的 SocketChannel，然后调用 SocketChannel 的 read 方法，将 channel 中的数据读取到 byteBuffer 中，要想回复消息到 channel 中，还是使用同一个 socketChannel，然后调用 write 方法回写消息给 client 端，到这里一个简单的回写客户端消息的 server 端就完成了。
接下来就是对应的 NIO 客户端，在 NIO 客户端需要使用 SocketChannel,首先建立和服务器的连接：
socketChannel = SocketChannel.open(new InetSocketAddress("localhost", 9527));
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然后就可以使用这个 channel 来发送和接受消息了：
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; }
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向 channel 中写入消息可以使用 write 方法，从 channel 中读取消息可以使用 read 方法。
这样一个 NIO 的客户端就完成了。
虽然以上是 NIO 的 server 和 client 的基本使用，但是基本上涵盖了 NIO 的所有要点。接下来我们来详细了解一下 netty 中 NIO 到底是怎么使用的。
NIO 和 EventLoopGroup
以 netty 的 ServerBootstrap 为例，启动的时候需要指定它的 group,先来看一下 ServerBootstrap 的 group 方法：
public ServerBootstrap group(EventLoopGroup group) { return group(group, group); }
public ServerBootstrap group(EventLoopGroup parentGroup, EventLoopGroup childGroup) { ...}
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ServerBootstrap 可以接受一个 EventLoopGroup 或者两个 EventLoopGroup，EventLoopGroup 被用来处理所有的 event 和 IO，对于 ServerBootstrap 来说，可以有两个 EventLoopGroup，对于 Bootstrap 来说只有一个 EventLoopGroup。两个 EventLoopGroup 表示 acceptor group 和 worker group。
EventLoopGroup 只是一个接口，我们常用的一个实现就是 NioEventLoopGroup,如下所示是一个常用的 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);
// 绑定端口并开始接收连接 ChannelFuture f = b.bind(port).sync(); // 等待server socket关闭 f.channel().closeFuture().sync();
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这里和 NIO 相关的有两个类，分别是 NioEventLoopGroup 和 NioServerSocketChannel，事实上在他们的底层还有两个类似的类分别叫做 NioEventLoop 和 NioSocketChannel，接下来我们分别讲解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
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他们的不同之处在于 newChild 方法的不同，newChild 用来构建 Group 中的实际对象，NioEventLoopGroup 来说，newChild 返回的是一个 NioEventLoop 对象，先来看下 NioEventLoopGroup 的 newChild 方法：
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); }
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这个 newChild 方法除了固定的 executor 参数之外，还可以根据 NioEventLoopGroup 的构造函数传入的参数来实现更多的功能。
这里参数中传入了 SelectorProvider、SelectStrategyFactory、RejectedExecutionHandler、taskQueueFactory 和 tailTaskQueueFactory 这几个参数，其中后面的两个 EventLoopTaskQueueFactory 并不是必须的。
最后所有的参数都会传递给 NioEventLoop 的构造函数用来构造出一个新的 NioEventLoop。
在详细讲解 NioEventLoop 之前，我们来研读一下传入的这几个参数类型的实际作用。
SelectorProvider
SelectorProvider 是 JDK 中的类，它提供了一个静态的 provider()方法可以从 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，里面只定义了一个方法，用来返回 SelectStrategy:
public interface SelectStrategyFactory {
SelectStrategy newSelectStrategy();}
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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;
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SelectStrategy 中定义了 3 个 strategy,分别是 SELECT、CONTINUE 和 BUSY_WAIT。
我们知道一般情况下，在 NIO 中 select 操作本身是一个阻塞操作，也就是 block 操作，这个操作对应的 strategy 是 SELECT,也就是 select block 状态。
如果我们想跳过这个 block，重新进入下一个 event loop,那么对应的 strategy 就是 CONTINUE。
BUSY_WAIT 是一个特殊的 strategy，是指 IO 循环轮询新事件而不阻塞,这个 strategy 只有在 epoll 模式下才支持，NIO 和 Kqueue 模式并不支持这个 strategy。
RejectedExecutionHandler
RejectedExecutionHandler 是 netty 自己的类，和 java.util.concurrent.RejectedExecutionHandler 类似，但是是特别针对 SingleThreadEventExecutor 来说的。这个接口定义了一个 rejected 方法，用来表示因为 SingleThreadEventExecutor 容量限制导致的任务添加失败而被拒绝的情况：
void rejected(Runnable task, SingleThreadEventExecutor executor);
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EventLoopTaskQueueFactory
EventLoopTaskQueueFactory 是一个接口，用来创建存储提交给 EventLoop 的 taskQueue：
Queue<Runnable> newTaskQueue(int maxCapacity);
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这个 Queue 必须是线程安全的，并且继承自 java.util.concurrent.BlockingQueue.
讲解完这几个参数，接下来我们就可以详细查看 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
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表示的是使用单一线程来执行任务的 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，分别是 selector 和 unwrappedSelector：
private Selector selector; private Selector unwrappedSelector;
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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;
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首先调用 openSelector 方法，然后通过返回的 SelectorTuple 来获取对应的 selector 和 unwrappedSelector。
这两个 selector 有什么区别呢？
在 openSelector 方法中，首先通过调用 provider 的 openSelector 方法返回一个 Selector，这个 Selector 就是 unwrappedSelector：
final Selector unwrappedSelector;unwrappedSelector = provider.openSelector();
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然后检查 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 表示的是是否对 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; }
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如果 DISABLE_KEY_SET_OPTIMIZATION 被设置为 false，那么意味着我们需要对 select key set 进行优化，具体是怎么进行优化的呢？
先来看下最后的返回：
return new SelectorTuple(unwrappedSelector, new SelectedSelectionKeySetSelector(unwrappedSelector, selectedKeySet));
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最后返回的 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 中定义的方法都是通过调用 delegate 来实现的，不同的是对于 select 方法来说，会首先调用 selectedKeySet 的 reset 方法,下面是以 isOpen 和 select 方法为例观察一下代码的实现：
public boolean isOpen() { return delegate.isOpen(); }
public int select(long timeout) throws IOException { selectionKeys.reset(); return delegate.select(timeout); }
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selectedKeySet 是一个 SelectedSelectionKeySet 对象，是一个 set 集合，用来存储 SelectionKey，在 openSelector()方法中，使用 new 来实例化这个对象：
final SelectedSelectionKeySet selectedKeySet = new SelectedSelectionKeySet();
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netty 实际是想用这个 SelectedSelectionKeySet 类来管理 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。
首先判断系统中有没有 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; } } });
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SelectorImpl 中有两个 Set 字段：
private Set<SelectionKey> publicKeys; private Set<SelectionKey> publicSelectedKeys;
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这两个字段就是我们需要替换的对象。如果有 SelectorImpl 的话，首先使用 Unsafe 类，调用 PlatformDependent 中的 objectFieldOffset 方法拿到这两个字段相对于对象示例的偏移量，然后调用 putObject 将这两个字段替换成为前面初始化的 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; }
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如果系统设置不支持 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);
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在 NioEventLoop 中我们需要关注的一个非常重要的重写方法就是 run 方法，在 run 方法中实现了如何执行 task 的逻辑。
还记得前面我们提到的 selectStrategy 吗？run 方法通过调用 selectStrategy.calculateStrategy 返回了 select 的 strategy，然后通过判断 strategy 的值来进行对应的处理。
如果 strategy 是 CONTINUE，这跳过这次循环，进入到下一个 loop 中。
BUSY_WAIT 在 NIO 中是不支持的，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:
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如果 strategy > 0,表示有拿到了 SelectedKeys,那么需要调用 processSelectedKeys 方法对 SelectedKeys 进行处理：
private void processSelectedKeys() { if (selectedKeys != null) { processSelectedKeysOptimized(); } else { processSelectedKeysPlain(selector.selectedKeys()); } }
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上面提到了 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 方法，否则就调用 processSelectedKeysPlain 方法。
processSelectedKeysOptimized 和 processSelectedKeysPlain 这两个方法差别不大，只是传入的要处理的 selectedKeys 不同。
处理的逻辑是首先拿到 selectedKeys 的 key，然后调用它的 attachment 方法拿到 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); }
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如果 channel 还没有建立连接，那么这个对象可能是一个 NioTask,用来处理 channelReady 和 channelUnregistered 的事件。
如果 channel 已经建立好连接了，那么这个对象可能是一个 AbstractNioChannel。
针对两种不同的对象，会去分别调用不同的 processSelectedKey 方法。
对第一种情况，会调用 task 的 channelReady 方法：
task.channelReady(k.channel(), k);
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对第二种情况，会根据 SelectionKey 的 readyOps()的各种状态调用 ch.unsafe()中的各种方法，去进行 read 或者 close 等操作。
总结
NioEventLoop 虽然也是一个 SingleThreadEventLoop,但是通过使用 NIO 技术，可以更好的利用现有资源实现更好的效率，这也就是为什么我们在项目中使用 NioEventLoopGroup 而不是 DefaultEventLoopGroup 的原因。
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