使用Netty，我们到底在开发些什么？

摘要：比如面向连接的功能包发送接收数量包发送接收速率错误计数连接重连次数调用延迟连接状态等。你要处理的，就是心跳超时的逻辑，比如延迟重连。发生异常后，可以根据不同的类型选择断线重连比如一些二进制协议的编解码紊乱问题，或者调度到其他节点。

在java界，netty无疑是开发网络应用的拿手菜。你不需要太多关注复杂的nio模型和底层网络的细节，使用其丰富的接口，可以很容易的实现复杂的通讯功能。

和golang的网络模块相比，netty还是太过臃肿。不过java类框架就是这样，属于那种离了IDE就无法存活的编码语言。

最新的netty版本将模块分的非常细，如果不清楚每个模块都有什么内容，直接使用netty-all即可。

单纯从使用方面来说，netty是非常简单的，掌握ByteBuf、Channel、Pipeline、Event模型等，就可以进行开发了。你会发现面试netty相关知识，没得聊。但Netty与其他开发模式很大不同，最主要的就是其异步化。异步化造成的后果就是编程模型的不同，同时有调试上的困难，对编码的要求比较高，因为bug的代价与业务代码的bug代价不可同日而语。

但从项目来说，麻雀虽小五脏俱全，从业务层到服务网关，以及各种技术保障，包括监控和配置，都是需要考虑的因素。netty本身占比很小。

本文将说明使用netty开发，都关注哪些通用的内容，然后附上单机支持100w连接的linux配置。本文并不关注netty的基础知识。

网络开发中最重要的就是其通讯格式，协议。我们常见的protobuf、json、avro、mqtt等，都属于此列。协议有语法、语义、时序三个要素。

我见过很多中间件应用，采用的是redis协议，而后端落地的却是mysql；也见过更多的采用mysql协议实现的各种自定义存储系统，比如proxy端的分库分表中间件、tidb等。

我们常用的redis，使用的是文本协议；mysql等实现的是二进制协议。放在netty中也是一样，实现一套codec即可(继承Decoder或Encoder系列)。netty默认实现了dns、haproxy、http、http2、memcache、mqtt、redis、smtp、socks、stomp、xml等协议，可以说是很全了，直接拿来用很爽。

一个可能的产品结构会是这样的，对外提供一致的外观，核心存储却不同：

文本协议在调试起来是比较直观和容易的，但安全性欠佳；而二进制协议就需要依赖日志、wireshark等其他方式进行分析，增加了开发难度。传说中的粘包拆包，就在这里处理。而造成粘包的原因，主要是由于缓冲区的介入，所以需要约定双方的传输概要等信息，netty在一定程度上解决了这个问题。

每一个想要开发网络应用的同学，心里都埋了一颗重新设计协议的梦想种子。但协议的设计可以说是非常困难了，要深耕相应业务，还要考虑其扩展性。如没有特别的必要，建议使用现有的协议。

做Netty开发，连接管理功能是非常重要的。通信质量、系统状态，以及一些黑科技功能，都是依赖连接管理功能。
无论是作为服务端还是客户端，netty在创建连接之后，都会得到一个叫做Channel的对象。我们所要做的，就是对它的管理，我习惯给它起名叫做ConnectionManager。

管理类会通过缓存一些内存对象，用来统计运行中的数据。比如面向连接的功能：包发送、接收数量；包发送、接收速率；错误计数；连接重连次数；调用延迟；连接状态等。这会频繁用到java中concurrent包的相关类，往往也是bug集中地。

但我们还需要更多，管理类会给予每个连接更多的功能。比如，连接创建后，想要预热一些功能，那这些状态就可以参与路由的决策。通常情况下，将用户或其他元信息也attach到连接上，能够多维度的根据条件筛选一些连接，进行批量操作，比如灰度、过载保护等，是一个非常重要的功能。

管理后台可以看到每个连接的信息，筛选到一个或多个连接后，能够开启对这些连接的流量录制、信息监控、断点调试，你能体验到掌控一切的感觉。

管理功能还能够看到系统的整个运行状态，及时调整负载均衡策略；同时对扩容、缩容提供数据依据。

应用协议层的心跳是必须的，它和tcp keepalive是完全不同的概念。

应用层协议层的心跳检测的是连接双方的存活性，兼而连接质量，而keepalive检测的是连接本身的存活性。而且后者的超时时间默认过长，完全不能适应现代的网络环境。

心跳就是靠轮训，无论是服务端，还是客户端比如GCM等。保活机制会在不同的应用场景进行动态的切换，比如程序唤起和在后台，轮训的策略是不一样的。

Netty内置通过增加IdleStateHandler产生IDLE事件进行便捷的心跳控制。你要处理的，就是心跳超时的逻辑，比如延迟重连。但它的轮训时间是固定的，无法动态修改，高级功能需要自己定制。

在一些客户端比如Android，频繁心跳的唤起会浪费大量的网络和电量，它的心跳策略会更加复杂一些。

Java的优雅停机通常通过注册JDK ShutdownHook来实现。

Runtime.getRuntime().addShutdownHook();

一般通过kill -15进行java进程的关闭，以便在进程死亡之前进行一些清理工作。

注意：kill -9 会立马杀死进程，不给遗言的机会，比较危险。

虽然netty做了很多优雅退出的工作，通过EventLoopGroup的shutdownGracefully方法对nio进行了一些状态设置，但在很多情况下，这还不够多。它只负责单机环境的优雅关闭。

流量可能还会通过外层的路由持续进入，造成无效请求。我的通常做法是首先在外层路由进行一次本地实例的摘除，把流量截断，然后再进行netty本身的优雅关闭。这种设计非常简单，即使没有重试机制也会运行的很好，前提是在路由层需要提前暴露相关接口。

netty由于其异步化的开发方式，以及其事件机制，在异常处理方面就显得异常重要。为了保证连接的高可靠性，许多异常需要静悄悄的忽略，或者在用户态没有感知。

netty的异常会通过pipeline进行传播，所以在任何一层进行处理都是可行的，但编程习惯上，习惯性抛到最外层集中处理。

为了最大限度的区别异常信息，通常会定义大量的异常类，不同的错误会抛出不同的异常。发生异常后，可以根据不同的类型选择断线重连（比如一些二进制协议的编解码紊乱问题)，或者调度到其他节点。

网络应用就该干网络应用的事，任何通讯都是昂贵的。在《Linux之《荒岛余生》（五）网络篇》中，我们谈到百万连接的服务器，广播一个1kb消息，就需要1000M的带宽，所以并不是什么都可以放在网络应用里的。

一个大型网络应用的合理的思路就是值发送相关指令。客户端在收到指令以后，通过其他方式，比如http，进行大型文件到获取。很多IM的设计思路就是如此。

指令模式还会让通讯系统的扩展性和稳定性得到保证。增加指令可以是配置式的，立即生效，服务端不需要编码重启。

网络应用的流量一般都是非常大的，并不适合全量日志的开启。应用应该只关注主要事件的日志，关注异常情况下的处理流程，日志要打印有度。

网络应用也不适合调用其他缓慢的api，或者任何阻塞I/O的接口。一些实时的事件，也不应该通过调用接口吐出数据，可以走高速mq等其他异步通道。

缓存可能是网络应用里用的最多的组件。jvm内缓存可以存储一些单机的统计数据，redis等存储一些全局性的统计和中间态数据。

网络应用中会大量使用redis、kv、高吞吐的mq，用来快速响应用户请求。总之，尽量保持通讯层的清爽，你会省去很多忧虑。

单机支持100万连接是可行的，但带宽问题会成为显著的瓶颈。启用压缩的二进制协议会节省部分带宽，但开发难度增加。

和《LWP进程资源耗尽，Resource temporarily unavailable》中提到的ES配置一样，优化都有类似的思路。这份配置，可以节省你几天的时间，请收下！

更改进程最大文件句柄数

ulimit -n 1048576

修改单个进程可分配的最大文件数

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

记得清理掉/etc/security/limits.d/*下的配置

打开/etc/sysctl.conf，添加配置
然后执行，使用sysctl生效

#单个进程可分配的最大文件数
fs.nr_open=2097152

#系统最大文件句柄数
fs.file-max = 1048576

#backlog 设置
net.core.somaxconn=32768
net.ipv4.tcp_max_syn_backlog=16384
net.core.netdev_max_backlog=16384

#可用知名端口范围配置
net.ipv4.ip_local_port_range="1000 65535"

#TCP Socket 读写 Buffer 设置
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 连接追踪设置
net.nf_conntrack_max=1000000
net.netfilter.nf_conntrack_max=1000000
net.netfilter.nf_conntrack_tcp_timeout_time_wait=30

#TIME-WAIT Socket 最大数量、回收与重用设置
net.ipv4.tcp_max_tw_buckets=1048576

# FIN-WAIT-2 Socket 超时设置
net.ipv4.tcp_fin_timeout = 15

netty的开发工作并不集中在netty本身，更多体现在保证服务的高可靠性和稳定性上。同时有大量的工作集中在监控和调试，减少bug修复的成本。

深入了解netty是在系统遇到疑难问题时能够深入挖掘进行排查，或者对苛刻的性能进行提升。但对于广大应用开发者来说，netty的上手成本小，死挖底层并不会产生太多收益。

它只是个工具，你还能让它怎样啊。
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