---

1. 介紹

1.1 BIO

1.1.1 概念

BIO（Blocking I/O），即 阻塞式 I/O，是 Java 最早提供的 I/O 模型。在這種模型下，當進行 I/O 操作時，線程會被阻塞，直到操作完成。

1.1.2 工作原理

BIO 的服務器通常 使用一個獨立的線程來處理每個客戶端連接。當有新的客戶端連接請求時，服務器會 為該連接創建一個新的線程，該線程負責 處理該客戶端的所有 I/O 操作。

1.1.3 優缺點

• 優點：編程模型簡單，易于理解和實現。
• 缺點：每個客戶端連接都需要一個獨立的線程來處理，當客戶端數量較多時，會消耗大量的系統資源，導致性能下降，可擴展性較差。

1.2 NIO

1.2.1 概念

NIO（Non-blocking I/O），即 非阻塞式 I/O，是 Java 1.4 引入的新 I/O 模型。在 NIO 中，線程在進行 I/O 操作時不會被阻塞，可以繼續執行其他任務。NIO 通過 通道 (Channel) 和 緩沖區 (Buffer) 來進行數據的讀寫操作，使用 選擇器 (Selector) 來實現 I/O 多路復用。

1.2.2 工作原理

NIO 使用 Selector 來監控多個 Channel 的 I/O 事件，當某個 Channel 上有事件發生 時（如 可讀、可寫），Selector 會通知相應的線程進行處理。這樣，一個線程可以同時處理多個 Channel 的 I/O 操作，提高了系統的并發處理能力。

1.2.3 優缺點

• 優點：使用 I/O 多路復用，一個線程可以處理多個連接，減少了線程的創建和切換開銷，提高了系統的并發處理能力和資源利用率。
• 缺點：編程模型相對復雜，需要熟悉 Selector、Channel 和 Buffer 等概念。

1.3 Netty

1.3.1 概念

Netty 是一個基于 Java NIO 構建的 高性能、異步事件驅動 的 網絡應用框架。它簡化了基于 TCP/UDP 的網絡編程，提供了對復雜 I/O 操作（如 HTTP、WebSocket 等協議）的抽象，并內置了 高效的線程模型 和 內存管理機制。主要用于 快速開發可維護的高性能 服務器 和 客戶端。

1.3.2 工作原理

Netty 基于 NIO 構建，采用了 事件驅動 和 異步編程模型。

它使用 EventLoopGroup 來管理線程，EventLoop 負責處理 Channel 上的 I/O 事件。ChannelPipeline 用于管理 ChannelHandler，ChannelHandler 負責處理具體的業務邏輯。

EventLoopGroup 分為兩種，一種是 BossGroup，用于處理 建立連接事件；另一種是 WorkerGroup，用于處理 讀/寫事件。

1.3.3 優點

• 提供了簡單易用的 API，降低了開發難度。
• 對 NIO 進行了優化，性能更高。
• 具有豐富的功能特性，如 心跳檢測、斷線重連、編解碼框架 等。
• 支持多種傳輸協議，可擴展性強。

2. Netty 與 Java NIO 的區別

2.1 抽象層次

• Java NIO：提供 基礎的非阻塞 I/O 編程模型（Selector、Channel、Buffer），但需要開發者自行管理復雜的 多線程、連接狀態、數據編解碼 和 異常處理。
• Netty：在 NIO 的基礎上提供更高層次的抽象，封裝了底層細節（如 線程池、連接池、內存管理）。開發者只需關注業務邏輯，通過 ChannelHandler 處理事件（如 連接建立、數據讀寫）即可。

2.2 API 易用性

• Java NIO：
  • 需要手動管理 Selector、Channel 和 Buffer 的注冊與監聽。
  • 需處理邊界問題（如 TCP 粘包/拆包）。
  • 代碼復雜度高，容易出錯（如資源泄漏）。
• Netty：
  • 提供鏈式 Pipeline 和 ChannelHandler 機制，簡化事件處理。
  • 內置工具類（如 ByteToMessageDecoder）解決粘包/拆包。
  • 自動釋放資源，減少內存泄漏風險。

2.3 性能優化

• Java NIO：
  • 原生的 Selector 實現在 高并發 下可能存在 空輪詢 bug。
  • ByteBuffer 的固定大小和內存拷貝可能影響性能。
• Netty：
  • 使用 Epoll (Linux) 或 KQueue (Mac) 等系統級高性能 I/O 模型。
  • ByteBuf 支持 內存池化 (PooledByteBuf) 和 零拷貝 (CompositeByteBuf)，減少 GC 壓力。
  • 主從 Reactor 線程模型（BossGroup + WorkerGroup）提升并發處理能力。

2.4 功能擴展性

• Java NIO：
  • 需要 自行實現協議 支持（如 HTTP）、SSL 加密等。
  • 缺乏對異步編程的友好支持。
• Netty：
  • 內置豐富的編解碼器（如 HTTP、WebSocket）。
  • 支持通過 ChannelFuture 實現異步回調。

2.5 線程模型

• Java NIO：
  • 開發者需 自行設計線程池 管理 I/O 事件 和 業務邏輯。
  • 容易因線程競爭導致性能下降。
• Netty：支持 自定義線程模型，如：
  • 單線程模型：整個 Netty 服務端僅用一個線程來處理所有的 連接、讀寫 操作。適用于 并發量較低、業務邏輯簡單 的場景。
  • 多線程 Reactor 模式（默認采用）：BossGroup 負責處理連接，WorkerGroup 處理 I/O。

2.6 適用場景

• Java NIO：適合 簡單、小規模 的 非阻塞 I/O 應用，或 需要完全控制底層細節 的場景。
• Netty：適用于 高并發、低延遲 的 復雜網絡應用，如：
  • 分布式 RPC 框架（如 Dubbo）。
  • 實時通信系統（如 WebSocket 服務器）。

3. 總結

• BIO 是傳統的 阻塞式 I/O，一個線程只能監聽一個客戶端的 I/O 事件，而且 讀寫操作會阻塞，不適合大量客戶端的場景。
• NIO 是 非阻塞 I/O，一個線程可以監聽多個通道的 I/O 事件，讀寫操作不會阻塞，性能更高。
• Netty 對 NIO 進行了封裝，通過 內存池化 和 零拷貝 優化了 NIO 的性能，提供了更多的高級特性，如心跳檢測、斷線重連。如果想要 快速構建穩定、高性能的網絡應用，Netty 是更優選擇。