使用Netty，我們到底在開發些什麼？

• 2019 年 10 月 6 日
• 筆記

在java界，netty無疑是開發網路應用的拿手菜。你不需要太多關注複雜的nio模型和底層網路的細節，使用其豐富的介面，可以很容易的實現複雜的通訊功能。

和golang的網路模組相比，netty還是太過臃腫。不過java類框架就是這樣，屬於那種離了IDE就無法存活的編碼語言。

最新的netty版本將模組分的非常細，如果不清楚每個模組都有什麼內容，直接使用netty-all即可。

單純從使用方面來說，netty是非常簡單的，掌握ByteBuf、Channel、Pipeline、Event模型等，就可以進行開發了。你會發現面試netty相關知識，沒得聊。但Netty與其他開發模式很大不同，最主要的就是其非同步化。非同步化造成的後果就是編程模型的不同，同時有調試上的困難，對編碼的要求比較高，因為bug的代價與業務程式碼的bug代價不可同日而語。

但從項目來說，麻雀雖小五臟俱全，從業務層到服務網關，以及各種技術保障，包括監控和配置，都是需要考慮的因素。netty本身佔比很小。

本文將說明使用netty開發，都關注哪些通用的內容，然後附上單機支援100w連接的linux配置。本文並不關注netty的基礎知識。

協議開發

網路開發中最重要的就是其通訊格式，協議。我們常見的protobuf、json、avro、mqtt等，都屬於此列。協議有語法、語義、時序三個要素。

我見過很多中間件應用，採用的是redis協議，而後端落地的卻是mysql；也見過更多的採用mysql協議實現的各種自定義存儲系統，比如proxy端的分庫分表中間件、tidb等。

我們常用的redis，使用的是文本協議；mysql等實現的是二進位協議。放在netty中也是一樣，實現一套codec即可(繼承Decoder或Encoder系列)。netty默認實現了dns、haproxy、http、http2、memcache、mqtt、redis、smtp、socks、stomp、xml等協議，可以說是很全了，直接拿來用很爽。

一個可能的產品結構會是這樣的，對外提供一致的外觀，核心存儲卻不同：

文本協議在調試起來是比較直觀和容易的，但安全性欠佳；而二進位協議就需要依賴日誌、wireshark等其他方式進行分析，增加了開發難度。傳說中的粘包拆包，就在這裡處理。而造成粘包的原因，主要是由於緩衝區的介入，所以需要約定雙方的傳輸概要等資訊，netty在一定程度上解決了這個問題。

每一個想要開發網路應用的同學，心裡都埋了一顆重新設計協議的夢想種子。但協議的設計可以說是非常困難了，要深耕相應業務，還要考慮其擴展性。如沒有特別的必要，建議使用現有的協議。

連接管理功能

做Netty開發，連接管理功能是非常重要的。通訊品質、系統狀態，以及一些黑科技功能，都是依賴連接管理功能。

無論是作為服務端還是客戶端，netty在創建連接之後，都會得到一個叫做Channel的對象。我們所要做的，就是對它的管理，我習慣給它起名叫做ConnectionManager。

管理類會通過快取一些記憶體對象，用來統計運行中的數據。比如面向連接的功能：包發送、接收數量；包發送、接收速率；錯誤計數；連接重連次數；調用延遲；連接狀態等。這會頻繁用到java中concurrent包的相關類，往往也是bug集中地。

但我們還需要更多，管理類會給予每個連接更多的功能。比如，連接創建後，想要預熱一些功能，那這些狀態就可以參與路由的決策。通常情況下，將用戶或其他元資訊也attach到連接上，能夠多維度的根據條件篩選一些連接，進行批量操作，比如灰度、過載保護等，是一個非常重要的功能。

管理後台可以看到每個連接的資訊，篩選到一個或多個連接後，能夠開啟對這些連接的流量錄製、資訊監控、斷點調試，你能體驗到掌控一切的感覺。

管理功能還能夠看到系統的整個運行狀態，及時調整負載均衡策略；同時對擴容、縮容提供數據依據。

心跳檢測

應用協議層的心跳是必須的，它和tcp keepalive是完全不同的概念。

應用層協議層的心跳檢測的是連接雙方的存活性，兼而連接品質，而keepalive檢測的是連接本身的存活性。而且後者的超時時間默認過長，完全不能適應現代的網路環境。

心跳就是靠輪訓，無論是服務端，還是客戶端比如GCM等。保活機制會在不同的應用場景進行動態的切換，比如程式喚起和在後台，輪訓的策略是不一樣的。

Netty內置通過增加IdleStateHandler產生IDLE事件進行便捷的心跳控制。你要處理的，就是心跳超時的邏輯，比如延遲重連。但它的輪訓時間是固定的，無法動態修改，高級功能需要自己訂製。

在一些客戶端比如Android，頻繁心跳的喚起會浪費大量的網路和電量，它的心跳策略會更加複雜一些。

邊界

優雅退出機制

Java的優雅停機通常通過註冊JDK ShutdownHook來實現。

Runtime.getRuntime().addShutdownHook();

一般通過kill -15進行java進程的關閉，以便在進程死亡之前進行一些清理工作。

注意：kill -9 會立馬殺死進程，不給遺言的機會，比較危險。

雖然netty做了很多優雅退出的工作，通過EventLoopGroup的shutdownGracefully方法對nio進行了一些狀態設置，但在很多情況下，這還不夠多。它只負責單機環境的優雅關閉。

流量可能還會通過外層的路由持續進入，造成無效請求。我的通常做法是首先在外層路由進行一次本地實例的摘除，把流量截斷，然後再進行netty本身的優雅關閉。這種設計非常簡單，即使沒有重試機制也會運行的很好，前提是在路由層需要提前暴露相關介面。

異常處理功能

netty由於其非同步化的開發方式，以及其事件機制，在異常處理方面就顯得異常重要。為了保證連接的高可靠性，許多異常需要靜悄悄的忽略，或者在用戶態沒有感知。

netty的異常會通過pipeline進行傳播，所以在任何一層進行處理都是可行的，但編程習慣上，習慣性拋到最外層集中處理。

為了最大限度的區別異常資訊，通常會定義大量的異常類，不同的錯誤會拋出不同的異常。發生異常後，可以根據不同的類型選擇斷線重連（比如一些二進位協議的編解碼紊亂問題)，或者調度到其他節點。

功能限制

指令模式

網路應用就該干網路應用的事，任何通訊都是昂貴的。在《Linux之《荒島餘生》（五）網路篇》中，我們談到百萬連接的伺服器，廣播一個1kb消息，就需要1000M的頻寬，所以並不是什麼都可以放在網路應用里的。

一個大型網路應用的合理的思路就是值發送相關指令。客戶端在收到指令以後，通過其他方式，比如http，進行大型文件到獲取。很多IM的設計思路就是如此。

指令模式還會讓通訊系統的擴展性和穩定性得到保證。增加指令可以是配置式的，立即生效，服務端不需要編碼重啟。

穩定性保證

網路應用的流量一般都是非常大的，並不適合全量日誌的開啟。應用應該只關注主要事件的日誌，關注異常情況下的處理流程，日誌要列印有度。

網路應用也不適合調用其他緩慢的api，或者任何阻塞I/O的介面。一些實時的事件，也不應該通過調用介面吐出數據，可以走高速mq等其他非同步通道。

快取可能是網路應用里用的最多的組件。jvm內快取可以存儲一些單機的統計數據，redis等存儲一些全局性的統計和中間態數據。

網路應用中會大量使用redis、kv、高吞吐的mq，用來快速響應用戶請求。總之，盡量保持通訊層的清爽，你會省去很多憂慮。

單機支援100萬連接的Linux配置

單機支援100萬連接是可行的，但頻寬問題會成為顯著的瓶頸。啟用壓縮的二進位協議會節省部分頻寬，但開發難度增加。

和《LWP進程資源耗盡，Resource temporarily unavailable》中提到的ES配置一樣，優化都有類似的思路。這份配置，可以節省你幾天的時間，請收下！

作業系統優化

更改進程最大文件句柄數

ulimit -n 1048576

修改單個進程可分配的最大文件數

echo 2097152 > /proc/sys/fs/nr_open

修改/etc/security/limits.conf文件

*   soft nofile  1048576  *   hard nofile 1048576  *   soft nproc unlimited  root soft nproc unlimited

記得清理掉/etc/security/limits.d/*下的配置

網路優化

打開/etc/sysctl.conf，添加配置 然後執行，使用sysctl生效

#單個進程可分配的最大文件數  fs.nr_open=2097152    #系統最大文件句柄數  fs.file-max = 1048576    #backlog 設置  net.core.somaxconn=32768  net.ipv4.tcp_max_syn_backlog=16384  net.core.netdev_max_backlog=16384    #可用知名埠範圍配置  net.ipv4.ip_local_port_range='1000 65535'    #TCP Socket 讀寫 Buffer 設置  net.core.rmem_default=262144  net.core.wmem_default=262144  net.core.rmem_max=16777216  net.core.wmem_max=16777216  net.core.optmem_max=16777216  net.ipv4.tcp_rmem='1024 4096 16777216'  net.ipv4.tcp_wmem='1024 4096 16777216'    #TCP 連接追蹤設置  net.nf_conntrack_max=1000000  net.netfilter.nf_conntrack_max=1000000  net.netfilter.nf_conntrack_tcp_timeout_time_wait=30    #TIME-WAIT Socket 最大數量、回收與重用設置  net.ipv4.tcp_max_tw_buckets=1048576    # FIN-WAIT-2 Socket 超時設置  net.ipv4.tcp_fin_timeout = 15

總結

netty的開發工作並不集中在netty本身，更多體現在保證服務的高可靠性和穩定性上。同時有大量的工作集中在監控和調試，減少bug修復的成本。

深入了解netty是在系統遇到疑難問題時能夠深入挖掘進行排查，或者對苛刻的性能進行提升。但對於廣大應用開發者來說，netty的上手成本小，死挖底層並不會產生太多收益。

它只是個工具，你還能讓它怎樣啊。