Netty权威指南

基础篇 走进Java NIO

第1 章 Java 的I/O 演进之路．．．．．．2

1．1 I/O 基础入门．．．．．．3

1．1．1 Linux 网络I/O 模型简介．．．．．．3

1．1．2 I/O 多路复用技术．．．．．．6

1．2 Java 的I/O 演进．．．．．．8

1．3 总结．．．．．． 10

第2 章 NIO 入门．．．．．． 11

2．1 传统的BIO 编程．．．．．． 11

2．1．1 BIO 通信模型图．．．．．． 12

2．1．2 同步阻塞式I/O 创建的TimeServer 源码分析．．．．．． 13

2．1．3 同步阻塞式I/O 创建的TimeClient 源码分析．．．．．． 16

2．2 伪异步I/O 编程．．．．．． 18

2．2．1 伪异步I/O 模型图．．．．．． 19

2．2．2 伪异步I/O 创建的TimeServer 源码分析．．．．．． 19

2．2．3 伪异步I/O 弊端分析．．．．．． 21

2．3 NIO 编程．．．．．． 24

2．3．1 NIO 类库简介．．．．．． 24

2．3．2 NIO 服务端序列图．．．．．． 28

2．3．3 NIO 创建的TimeServer 源码分析．．．．．． 30

2．3．4 NIO 客户端序列图．．．．．． 36

2．3．5 NIO 创建的TimeClient 源码分析．．．．．． 39

2．4 AIO 编程．．．．．． 45

2．4．1 AIO 创建的TimeServer 源码分析．．．．．． 46

2．4．2 AIO 创建的TimeClient 源码分析．．．．．． 51

2．4．3 AIO 版本时间服务器运行结果．．．．．． 56

2．5 4 种I/O 的对比．．．．．． 58

2．5．1 概念澄清．．．．．． 58

2．5．2 不同I/O 模型对比．．．．．． 59

2．6 选择Netty 的理由．．．．．． 60

2．6．1 不选择Java 原生NIO 编程的原因．．．．．． 61

2．6．2 为什么选择Netty ．．．．．． 62

2．7 总结．．．．．． 63

入门篇 Netty NIO 开发指南

第3 章 Netty 入门应用．．．．．． 66

3．1 Netty 开发环境的搭建．．．．．． 66

3．1．1 下载Netty 的软件包．．．．．． 67

3．1．2 搭建Netty 应用工程．．．．．． 67

3．2 Netty 服务端开发．．．．．． 68

3．3 Netty 客户端开发．．．．．． 73

3．4 运行和调试．．．．．． 76

3．4．1 服务端和客户端的运行．．．．．． 76

3．4．2 打包和部署．．．．．． 77

3．5 总结．．．．．． 77

第4 章 TCP 粘包/拆包问题的解决之道．．．．．． 79

4．1 TCP 粘包/拆包．．．．．． 79

4．1．1 TCP 粘包/拆包问题说明．．．．．． 80

4．1．2 TCP 粘包/拆包发生的原因．．．．．． 80

4．1．3 粘包问题的解决策略．．．．．． 81

4．2 未考虑TCP 粘包导致功能异常案例．．．．．． 82

4．2．1 TimeServer 的改造．．．．．． 82

4．2．2 TimeClient 的改造．．．．．． 83

4．2．3 运行结果．．．．．． 84

4．3 利用LineBasedFrameDecoder 解决TCP 粘包问题．．．．．． 85

4．3．1 支持TCP 粘包的TimeServer ．．．．．． 86

4．3．2 支持TCP 粘包的TimeClient．．．．．． 88

4．3．3 运行支持TCP 粘包的时间服务器程序．．．．．． 90

4．3．4 LineBasedFrameDecoder 和StringDecoder 的原理分析．．．．．． 91

4．4 总结．．．．．． 92

第5 章 分隔符和定长解码器的应用．．．．．． 93

5．1 DelimiterBasedFrameDecoder 应用开发．．．．．． 94

5．1．1 DelimiterBasedFrameDecoder 服务端开发．．．．．． 94

5．1．2 DelimiterBasedFrameDecoder 客户端开发．．．．．． 97

5．1．3 运行DelimiterBasedFrameDecoder 服务端和客户端．．．．．． 99

5．2 FixedLengthFrameDecoder 应用开发．．．．．． 101

5．2．1 FixedLengthFrameDecoder 服务端开发．．．．．． 101

5．2．2 利用telnet 命令行测试EchoServer 服务端．．．．．． 103

5．3 总结．．．．．． 104

中级篇 Netty 编解码开发指南

第6 章 编解码技术．．．．．． 106

6．1 Java 序列化的缺点．．．．．． 107

6．1．1 法跨语言．．．．．． 107

6．1．2 序列化后的码流太大．．．．．． 107

6．1．3 序列化性能太低．．．．．． 110

6．2 业界主流的编解码框架．．．．．． 113

6．2．1 Google 的Protobuf 介绍．．．．．． 113

6．2．2 Facebook 的Thrift 介绍．．．．．． 115

6．2．3 JBoss Marshalling 介绍．．．．．． 116

6．3 总结．．．．．． 117

第7 章 MessagePack 编解码．．．．．． 118

7．1 MessagePack 介绍．．．．．． 118

7．1．1 MessagePack 多语言支持．．．．．． 119

7．1．2 MessagePack Java API 介绍．．．．．． 119

7．1．3 MessagePack 开发包下载．．．．．． 120

7．2 MessagePack 编码器和解码器开发．．．．．． 120

7．2．1 MessagePack 编码器开发．．．．．． 120

7．2．2 MessagePack 解码器开发．．．．．． 121

7．2．3 功能测试．．．．．． 121

7．3 粘包/半包支持．．．．．． 124

7．4 总结．．．．．． 127

第8 章 Google Protobuf 编解码．．．．．． 128

8．1 Protobuf 的入门．．．．．． 129

8．1．1 Protobuf 开发环境搭建．．．．．． 129

8．1．2 Protobuf 编解码开发．．．．．． 131

8．1．3 运行Protobuf 例程．．．．．． 133

8．2 Netty 的Protobuf 服务端开发．．．．．． 133

8．2．1 Protobuf 版本的图书订购服务端开发．．．．．． 134

8．2．2 Protobuf 版本的图书订购客户端开发．．．．．． 136

8．2．3 Protobuf 版本的图书订购程序功能测试．．．．．． 139

8．3 Protobuf 的使用注意事项．．．．．． 140

8．4 总结．．．．．． 142

第9 章 JBoss Marshalling 编解码．．．．．． 143

9．1 Marshalling 开发环境准备．．．．．． 143

9．2 Netty 的Marshalling 服务端开发．．．．．． 144

9．3 Netty 的Marshalling 客户端开发．．．．．． 147

9．4 运行Marshalling 客户端和服务端例程．．．．．． 149

9．5 总结．．．．．． 150

高级篇 Netty 多协议开发和应用

第10 章 HTTP 协议开发应用．．．．．． 154

10．1 HTTP 协议介绍．．．．．． 155

10．1．1 HTTP 协议的URL ．．．．．． 155

10．1．2 HTTP 请求消息（HttpRequest）．．．．．． 155

10．1．3 HTTP 响应消息（HttpResponse） ．．．．．． 158

10．2 Netty HTTP 服务端入门开发．．．．．． 159

10．2．1 HTTP 服务端例程场景描述．．．．．． 160

10．2．2 HTTP 服务端开发．．．．．． 160

10．2．3 Netty HTTP 文件服务器例程运行结果．．．．．． 166

10．3 Netty HTTP+XML 协议栈开发．．．．．． 170

10．3．1 开发场景介绍．．．．．． 171

10．3．2 HTTP+XML 协议栈设计．．．．．． 174

10．3．3 高效的XML 绑定框架JiBx ．．．．．． 175

10．3．4 HTTP+XML 编解码框架开发．．．．．． 183

10．3．5 HTTP+XML 协议栈测试．．．．．． 199

10．3．6 小结．．．．．． 201

10．4 总结．．．．．． 202

第11 章 WebSocket 协议开发．．．．．． 203

11．1 HTTP 协议的弊端．．．．．． 204

11．2 WebSocket 入门．．．．．． 204

11．2．1 WebSocket 背景．．．．．． 205

11．2．2 WebSocket 连接建立．．．．．． 206

11．2．3 WebSocket 生命周期．．．．．． 207

11．2．4 WebSocket 连接关闭．．．．．． 208

11．3 Netty WebSocket 协议开发．．．．．． 209

11．3．1 WebSocket 服务端功能介绍．．．．．． 209

11．3．2 WebSocket 服务端开发．．．．．． 210

11．3．3 运行WebSocket 服务端．．．．．． 218

11．4 总结．．．．．． 219

第12 章 私有协议栈开发．．．．．． 221

12．1 私有协议介绍．．．．．． 221

12．2 Netty 协议栈功能设计．．．．．． 223

12．2．1 网络拓扑图．．．．．． 223

12．2．2 协议栈功能描述．．．．．． 224

12．2．3 通信模型．．．．．． 224

12．2．4 消息定义．．．．．． 225

12．2．5 Netty 协议支持的字段类型．．．．．． 226

12．2．6 Netty 协议的编解码规范．．．．．． 227

12．2．7 链路的建立．．．．．． 229

12．2．8 链路的关闭．．．．．． 230

12．2．9 可靠性设计．．．．．． 230

12．2．10 安全性设计．．．．．． 232

12．2．11 可扩展性设计．．．．．． 232

12．3 Netty 协议栈开发．．．．．． 233

12．3．1 数据结构定义．．．．．． 233

12．3．2 消息编解码．．．．．． 237

12．3．3 握手和安全认证．．．．．． 241

12．3．4 心跳检测机制．．．．．． 245

12．3．5 断连重连．．．．．． 248

12．3．6 客户端代码．．．．．． 249

12．3．7 服务端代码．．．．．． 251

12．4 运行协议栈．．．．．． 252

12．4．1 正常场景．．．．．． 252

12．4．2 异常场景：服务端宕机重启．．．．．． 253

12．4．3 异常场景：客户端宕机重启．．．．．． 256

12．5 总结．．．．．． 256

第13 章 服务端创建．．．．．． 258

13．1 原生NIO 类库的复杂性．．．．．． 259

13．2 Netty 服务端创建源码分析．．．．．． 259

13．2．1 Netty 服务端创建时序图．．．．．． 260

13．2．2 Netty 服务端创建源码分析．．．．．． 263

13．3 客户端接入源码分析．．．．．． 272

13．4 总结．．．．．． 275

第14 章 客户端创建．．．．．． 276

14．1 Netty 客户端创建流程分析．．．．．． 276

14．2．1 Netty 客户端创建时序图．．．．．． 276

14．2．2 Netty 客户端创建流程分析．．．．．． 277

14．2 Netty 客户端创建源码分析．．．．．． 278

14．2．1 客户端连接辅助类Bootstrap．．．．．． 278

14．2．2 客户端连接操作．．．．．． 281

14．2．3 异步连接结果通知．．．．．． 283

14．2．4 客户端连接超时机制．．．．．． 284

14．3 总结．．．．．． 286

源码分析篇 Netty 功能介绍和源码分析

第15 章 ByteBuf 和相关辅助类．．．．．． 288

15．1 ByteBuf 功能说明．．．．．． 288

15．1．1 ByteBuf 的工作原理．．．．．． 289

15．1．2 ByteBuf 的功能介绍．．．．．． 294

15．2 ByteBuf 源码分析．．．．．． 308

15．2．1 ByteBuf 的主要类继承关系．．．．．． 309

15．2．2 AbstractByteBuf 源码分析．．．．．． 310

15．2．3 AbstractReferenceCountedByteBuf 源码分析．．．．．． 319

15．2．4 UnpooledHeapByteBuf 源码分析．．．．．． 321

15．2．5 PooledByteBuf 内存池原理分析．．．．．． 326

15．2．6 PooledDirectByteBuf 源码分析．．．．．． 329

15．3 ByteBuf 相关的辅助类功能介绍．．．．．． 332

15．3．1 ByteBufHolder．．．．．． 332

15．3．2 ByteBufAllocator ．．．．．． 333

15．3．3 CompositeByteBuf ．．．．．． 334

15．3．4 ByteBufUtil ．．．．．． 336

15．4 总结．．．．．． 337

第16 章 Channel 和Unsafe ．．．．．． 338

16．1 Channel 功能说明．．．．．． 338

16．1．1 Channel 的工作原理．．．．．． 339

16．1．2 Channel 的功能介绍．．．．．． 340

16．2 Channel 源码分析．．．．．． 343

16．2．1 Channel 的主要继承关系类图．．．．．． 343

16．2．2 AbstractChannel 源码分析．．．．．． 344

16．2．3 AbstractNioChannel 源码分析．．．．．． 347

16．2．4 AbstractNioByteChannel 源码分析．．．．．． 350

16．2．5 AbstractNioMessageChannel 源码分析．．．．．． 353

16．2．6 AbstractNioMessageServerChannel 源码分析．．．．．． 354

16．2．7 NioServerSocketChannel 源码分析．．．．．． 355

16．2．8 NioSocketChannel 源码分析．．．．．． 358

16．3 Unsafe 功能说明．．．．．． 364

16．4 Unsafe 源码分析．．．．．． 365

16．4．1 Unsafe 继承关系类图．．．．．． 365

16．4．2 AbstractUnsafe 源码分析．．．．．． 366

16．4．3 AbstractNioUnsafe 源码分析．．．．．． 375

16．4．4 NioByteUnsafe 源码分析．．．．．． 379

16．5 总结．．．．．． 387

第17 章 ChannelPipeline 和ChannelHandler．．．．．． 388

17．1 ChannelPipeline 功能说明．．．．．． 389

17．1．1 ChannelPipeline 的事件处理．．．．．． 389

17．1．2 自定义拦截器．．．．．． 391

17．1．3 构建pipeline ．．．．．． 392

17．1．4 ChannelPipeline 的主要特性．．．．．． 393

17．2 ChannelPipeline 源码分析．．．．．． 393

17．2．1 ChannelPipeline 的类继承关系图．．．．．． 393

17．2．2 ChannelPipeline 对ChannelHandler 的管理．．．．．． 393

17．2．3 ChannelPipeline 的inbound 事件．．．．．． 396

17．2．4 ChannelPipeline 的outbound 事件．．．．．． 397

17．3 ChannelHandler 功能说明．．．．．． 398

17．3．1 ChannelHandlerAdapter 功能说明．．．．．． 399

17．3．2 ByteToMessageDecoder 功能说明．．．．．． 399

17．3．3 MessageToMessageDecoder 功能说明．．．．．． 400

17．3．4 LengthFieldBasedFrameDecoder 功能说明．．．．．． 400

17．3．5 MessageToByteEncoder 功能说明．．．．．． 404

17．3．6 MessageToMessageEncoder 功能说明．．．．．． 404

17．3．7 LengthFieldPrepender 功能说明．．．．．． 405

17．4 ChannelHandler 源码分析．．．．．． 406

17．4．1 ChannelHandler 的类继承关系图．．．．．． 406

17．4．2 ByteToMessageDecoder 源码分析．．．．．． 407

17．4．3 MessageToMessageDecoder 源码分析．．．．．． 410

17．4．4 LengthFieldBasedFrameDecoder 源码分析．．．．．． 411

17．4．5 MessageToByteEncoder 源码分析．．．．．． 415

17．4．6 MessageToMessageEncoder 源码分析．．．．．． 416

17．4．7 LengthFieldPrepender 源码分析．．．．．． 417

17．5 总结．．．．．． 418

第18 章 EventLoop 和EventLoopGroup．．．．．． 419

18．1 Netty 的线程模型．．．．．． 419

18．1．1 Reactor 单线程模型．．．．．． 420

18．1．2 Reactor 多线程模型．．．．．． 421

18．1．3 主从Reactor 多线程模型．．．．．． 422

18．1．4 Netty 的线程模型．．．．．． 423

18．1．5 最佳实践．．．．．． 424

18．2 NioEventLoop 源码分析．．．．．． 425

18．2．1 NioEventLoop 设计原理．．．．．． 425

18．2．2 NioEventLoop 继承关系类图．．．．．． 426

18．2．3 NioEventLoop．．．．．． 427

18．3 总结．．．．．． 436

第19 章 Future 和Promise ．．．．．． 438

19．1 Future 功能．．．．．． 438

19．2 ChannelFuture 源码分析．．．．．． 443

19．3 Promise 功能介绍．．．．．． 445

19．4 Promise 源码分析．．．．．． 447

19．4．1 Promise 继承关系图．．．．．． 447

19．4．2 DefaultPromise ．．．．．． 447

19．5 总结．．．．．． 449

架构和行业应用篇 Netty 高级特性

第20 章 Netty 架构剖析．．．．．． 452

20．1 Netty 逻辑架构．．．．．． 452

20．1．1 Reactor 通信调度层．．．．．． 453

20．1．2 职责链ChannelPipeline ．．．．．． 453

20．1．3 业务逻辑编排层（Service ChannelHandler）．．．．．． 454

20．2 关键架构质量属性．．．．．． 454

20．2．1 高性能．．．．．． 454

20．2．2 可靠性．．．．．． 457

20．2．3 可定制性．．．．．． 460

20．2．4 可扩展性．．．．．． 460

20．3 总结．．．．．． 460

第21 章 Java 多线程编程在Netty 中的应用．．．．．． 461

21．1 Java 内存模型与多线程编程．．．．．． 461

21．1．1 硬件的发展和多任务处理．．．．．． 461

21．1．2 Java 内存模型．．．．．． 462

21．2 Netty 的并发编程实践．．．．．． 464

21．2．1 对共享的可变数据进行正确的同步．．．．．． 464

21．2．2 正确使用锁．．．．．． 465

21．2．3 volatile 的正确使用．．．．．． 467

21．2．4 CAS 指令和原子类．．．．．． 470

21．2．5 线程安全类的应用．．．．．． 472

21．2．6 读写锁的应用．．．．．． 476

21．2．7 线程安全性文档说明．．．．．． 477

21．2．8 不要依赖线程优先级．．．．．． 478

21．3 总结．．．．．． 479

第22 章 高性能之道．．．．．． 480

22．1 RPC 调用性能模型分析．．．．．． 480

22．1．1 传统RPC 调用性能差的三宗罪．．．．．． 480

22．1．2 I/O 通信性能三原则．．．．．． 481

22．2 Netty 高性能之道．．．．．． 482

22．2．1 异步非阻塞通信．．．．．． 482

22．2．2 高效的Reactor 线程模型．．．．．． 482

22．2．3 锁化的串行设计．．．．．． 485

22．2．4 高效的并发编程．．．．．． 486

22．2．5 高性能的序列化框架．．．．．． 486

22．2．6 零拷贝．．．．．． 487

22．2．7 内存池．．．．．． 491

22．2．8 灵活的TCP 参数配置能力．．．．．． 494

22．3 主流NIO 框架性能对比．．．．．． 495

22．4 总结．．．．．． 497

第23 章 可靠性．．．．．． 498

23．1 可靠性需求．．．．．． 498

23．1．1 宕机的代价．．．．．． 498

23．1．2 Netty 可靠性需求．．．．．． 499

23．2 Netty 高可靠性设计．．．．．． 500

23．2．1 网络通信类故障．．．．．． 500

23．2．2 链路的有效性检测．．．．．． 507

23．2．3 Reactor 线程的保护．．．．．． 510

23．2．4 内存保护．．．．．． 513

23．2．5 流量整形．．．．．． 516

23．2．6 优雅停机接口．．．．．． 519

23．3 优化建议．．．．．． 520

23．3．1 发送队列容量上限控制．．．．．． 520

23．3．2 回推发送失败的消息．．．．．． 521

23．4 总结．．．．．． 521

第24 章 安全性．．．．．． 522

24．1 严峻的安全形势．．．．．． 522

24．1．1 OpenSSL Heart bleed 漏洞．．．．．． 522

24．1．2 安全漏洞的代价．．．．．． 523

24．1．3 Netty 面临的安全风险．．．．．． 523

24．2 Netty SSL 安全特性．．．．．． 525

24．2．1 SSL 单向认证．．．．．． 525

24．2．2 SSL 双向认证．．．．．． 532

24．2．3 第三方CA 认证．．．．．． 536

24．3 Netty SSL 源码分析．．．．．． 538

24．3．1 客户端．．．．．． 538

24．3．2 服务端．．．．．． 541

24．3．3 消息读取．．．．．． 544

24．3．4 消息发送．．．．．． 545

24．4 Netty 扩展的安全特性．．．．．． 546

24．4．1 IP 地址黑名单机制．．．．．． 547

24．4．2 接入认证．．．．．． 548

24．4 总结．．．．．． 550

第25 章 Netty 未来展望．．．．．． 551

25．1 应用范围．．．．．． 551

25．2 技术演进．．．．．． 552

25．3 社区活跃度．．．．．． 552

25．4 Road Map ．．．．．． 552

25．5 总结．．．．．． 553

附录A Netty 参数配置表．．．．．． 554

《Netty 权威指南（第2 版）》是异步非阻塞通信领域的经典之作，基于全新版本的Netty 5.0 编写，是国内首本深入介绍Netty 原理和架构的书籍，也是作者多年实战经验的总结和浓缩。内容不仅包含Java NIO入门知识、Netty 的基础功能开发指导、编解码框架定制等，还包括私有协议栈定制和开发、Netty 核心类库源码分析，以及Netty 的架构剖析。

适读人群 ：《Netty 权威指南（第2 版）》适合架构师、设计师、软件开发工程师、测试人员以及其他对Java NIO 框架、Netty 感兴趣的相关人士阅读，通过本书的学习，读者不仅能够掌握Netty 基础功能的使用和开发，更能够掌握Netty 核心类库的原理和使用约束，从而在实际工作中更好地使用Netty。

　　
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