Java网络编程——BIO、NIO与Netty • Harbour's Blog

BIO、NIO与Netty简介#

BIO（Blocking IO，同步阻塞IO）和NIO（Non-blocking IO，同步非阻塞IO）是OS层面的IO模型，描述数据在计算机底层（内核态和用户态）之间传输的方式。它们即是抽象的思想模型，也有具体的实现（Java通过JDK提供的API实现了两个模型）。

Java中的 java.net包下的ServerSocket与Socket就是BIO模型的实现

同步和异步 是对两个线程之间的关系进行描述的，阻塞与非阻塞 是描述单个线程的状态的。

核心思想：通过IO多路复用实现单线程管理多个连接，避免线程阻塞在IO操作上。

核心技术：依赖操作系统的IO多路复用器（如Linux的epoll、Windows的IOCP），通过一个线程监听多个IO事件（连接、可读、可写等），当事件就绪时再触发处理（如NIO的Selector选择器）。

NIO三大组件：Channel 通道，Buffer 缓冲区，Selector 选择器；

Java 原生的NIO实现：java.nio提供支持，编程复杂度高，需手动管理事件注册、缓冲区边界、编解码等。

Channel 是双向数据通道，传统Java IO中，数据基于Stream流传输，NIO中 Channel 取代了Stream，成为进行IO的主要接口。

Selector通过监听多个Channel通道，当某个通道就绪后就读写哪个通道上的缓冲数据。

原生NIO的缺陷

基于Java NIO 的高性能、异步事件驱动的网络应用程序框架。这是基于 NIO模型(结合Reactor模式)的框架实现。

Netty底层使用了 Java NIO并进行了性能优化，Java NIO 基于非阻塞IO和IO多路复用。

Java NIO 提供的所有特性，Netty都以更高级、更方便、更可靠的方式提供。

组件	Java NIO	Netty	Netty 特点
通道	Channel	NioServerSocketChannel	将接收到的I/O事件发送给ChannelPipeline和ChannelHandler来进行自定义处理
缓冲区	ByteBuffer	ByteBuf	池化、零拷贝、自动扩容、链式调用
选择器	Selector	EventLoop	有两组管理EventLoop的EventLoopGroup：一组用于监听通道是否连接就绪，即请求组(单线程) 一组处理IO事件，即工作组（多线程）

EventLoopGroup 本质是Netty的“IO线程池”，负责管理一组EventLoop（IO线程）。每个EventLoop是一个单线程，绑定一个Selector，负责监听和处理IO事件。

每个EventLoop可以对应多个客户端连接，本质通过IO Multiplexing机制

bossGroup和workerGroup本质上是两个不同职责的线程池，分别处理网络通信中不同阶段的事件，共同构成Netty的主从Reactor线程模型。

前者唯一职责是处理客户端的连接请求，通常配置1个线程，因为监听连接事件的频率远低于IO事件，一个线程足够处理所有连接请求。仅关注“连接是否就绪”，不处理具体的业务数据读写，避免阻塞在耗时的业务逻辑上（核心目标是“高效接收连接”）。

workerGroup（通常称为“从Reactor”或“IO线程组”）的核心职责是管理已建立的客户端连接，处理IO事件（数据可读、可写等），具体流程：

注册通道：客户端连接被bossGroup接收后，会被注册到workerGroup的某个EventLoop（通过Channel.register(workerGroup.next())），由workerGroup的EventLoop监听该连接的IO事件；
监听IO事件：当客户端发送数据（数据就绪）或可写入数据时，workerGroup的EventLoop通过Selector监听到OP_READ或OP_WRITE事件，触发数据读写；
处理业务逻辑：通过ChannelPipeline中的Handler链（如编解码器、业务Handler）处理数据（如解析协议、执行业务逻辑、响应客户端）。

关键特性

线程数量多：通常配置为CPU核心数 * 2（Netty默认值），充分利用多核CPU资源（如8核CPU配置16个线程），避免单个线程处理过多连接导致IO阻塞；
IO事件驱动：通过Selector监听多个客户端连接的IO事件，当数据就绪时才触发处理（非阻塞），避免线程阻塞在无效等待上；
线程隔离：每个SocketChannel会绑定到一个固定的EventLoop（通过register(EventLoop)），确保连接的所有IO操作都在同一个线程中处理，避免线程安全问题（无需加锁，Netty的线程安全保障核心）。

IO Multiplexing是一种同步非阻塞的 IO 模型，核心是通过一个或少量线程管理多个IO连接，避免BIO中的资源浪费问题。本质是通过一个**管理者（选择器）**监听多个IO事件，某个事件就绪时再通知应用处理。