Netty 原理
Netty 是一个高性能、异步事件驱动的NIO 框架，基于JAVA NIO 提供的API 实现。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。
Netty 高性能
在IO 编程过程中，当需要同时处理多个客户端接入请求时，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。与传统的多线程/多进程模型比，I/O 多路复用的最大优势是系统开销小，系统不需要创建新的额外进程或者线程，也不需要维护这些进程和线程的运行，降低了系统的维护工作量，节省了系统资源。
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。
多路复用的通讯方式
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 由于聚合了多路复用器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 阻塞导致的线程挂起。
异步通信 NIO
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，架构的性能、弹性伸缩能力和可靠性都得到了极大的提升。
零拷贝DIRECT BUFFERS (使用堆外直接内存)
- 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。相比于堆外直接内存，消息在发送过程中多了一次缓冲区的内存拷贝。
- 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。
- 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
内存池（基于内存池的缓冲区重用机制）
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，情况却稍有不同，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。
高效的 Reactor线程模型
常用的Reactor 线程模型有三种，Reactor 单线程模型, Reactor 多线程模型, 主从Reactor 多线程模型。
Reactor 单线程模型：
Reactor 单线程模型，指的是所有的IO 操作都在同一个NIO 线程上面完成，NIO 线程的职责如下：
- 作为NIO 服务端，接收客户端的TCP 连接；
- 作为NIO 客户端，向服务端发起TCP 连接；
- 读取通信对端的请求或者应答消息；
-
向通信对端发送消息请求或者应答消息。
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由于Reactor 模式使用的是异步非阻塞IO，所有的IO 操作都不会导致阻塞，理论上一个线程可以独立处理所有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 接收客户端的TCP 连接请求消息，链路建立成功之后，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。
Reactor 多线程模型
Rector 多线程模型与单线程模型最大的区别就是有一组NIO 线程处理IO 操作。 有专门一个NIO 线程-Acceptor 线程用于监听服务端，接收客户端的TCP 连接请求； 网络IO 操作-读、写等由一个NIO 线程池负责，线程池可以采用标准的JDK 线程池实现，它包含一个任务队列和N个可用的线程，由这些NIO 线程负责消息的读取、解码、编码和发送；
主从Reactor多线程模型
服务端用于接收客户端连接的不再是个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。
无锁设计、线程锁定
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线程并行运行，这种局部无锁化的串行线程设计相比一个队列-多个工作线程模型性能更优。
Netty 的NioEventLoop 读取到消息之后，直接调用ChannelPipeline 的fireChannelRead(Object msg)，只要用户不主动切换线程，一直会由NioEventLoop 调用到用户的Handler，期间不进行线程切换，这种串行化处理方式避免了多线程操作导致的锁的竞争，从性能角度看是最优的。
高性能的序列化框架
Netty 默认提供了对Google Protobuf 的支持，通过扩展Netty 的编解码接口，用户可以实现其它的高性能序列化框架，例如Thrift 的压缩二进制编解码框架。
- SO_RCVBUF 和SO_SNDBUF：通常建议值为128K 或者256K。
小包封大包，防止网络阻塞 - SO_TCPNODELAY：NAGLE 算法通过将缓冲区内的小封包自动相连，组成较大的封包，阻止大量小封包的发送阻塞网络，从而提高网络应用效率。但是对于时延敏感的应用场景需要关闭该优化算法。
软中断 Hash 值和 CPU 绑定 - 软中断：开启RPS 后可以实现软中断，提升网络吞吐量。RPS 根据数据包的源地址，目的地址以及目的和源端口，计算出一个hash 值，然后根据这个hash 值来选择软中断运行的cpu，从上层来看，也就是说将每个连接和cpu 绑定，并通过这个hash 值，来均衡软中断在多个cpu 上，提升网络并行处理性能。
