Netty面试题(三)

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前言

1. 如何选择序列化协议？
2. Netty 的零拷贝实现？

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一、如何选择序列化协议？

具体场景
对于公司间的系统调用，如果性能要求在 100ms 以上的服务，基于 XML 的 SOAP 协议是一个值得考虑的方案

基于 Web browser 的 Ajax，以及 Mobile app 与服务端之间的通讯，JSON 协议是首选。对于性能要求不太高，或者以动态类型语言为主，或者传输数据载荷很小的的运用场景，JSON也是非常不错的选择。

对于调试环境比较恶劣的场景，采用 JSON 或 XML 能够极大的提高调试效率，降低系统开发成本。

当对性能和简洁性有极高要求的场景，Protobuf，Thrift，Avro 之间具有一定的竞争关系。
对于 T 级别的数据的持久化应用场景，Protobuf 和 Avro 是首要选择。如果持久化后的数据存储在 hadoop 子项目里，Avro 会是更好的选择。

对于持久层非 Hadoop 项目，以静态类型语言为主的应用场景，Protobuf 会更符合静态类型语言工程师的开发习惯。由于 Avro 的设计理念偏向于动态类型语言，对于动态语言为主的应用场景，Avro 是更好的选择。

如果需要提供一个完整的 RPC 解决方案，Thrift 是一个好的选择。
如果序列化之后需要支持不同的传输层协议，或者需要跨防火墙访问的高性能场景，Protobuf 可以优先考虑。
protobuf 的数据类型有多种：bool、double、float、int32、int64、string、bytes、enum、message。protobuf 的限定符：required: 必须赋值，不能为空、optional:字段可以赋值，也可以不赋值、repeated: 该字段可以重复任意次数（包括 0 次）、枚举；只能用指定的常量集中的一个值作为其值；

protobuf 的基本规则：每个消息中必须至少留有一个 required 类型的字段、包含 0 个或多个 optional 类型的字段；repeated 表示的字段可以包含 0 个或多个数据；[1,15]之内的标识号在编码的时候会占用一个字节（常用），[16,2047]之内的标识号则占用 2 个字节，标识号一定不能重复、使用消息类型，也可以将消息嵌套任意多层，可用嵌套消息类型来代替组。

protobuf 的消息升级原则：不要更改任何已有的字段的数值标识；不能移除已经存在的required 字段，optional 和 repeated 类型的字段可以被移除，但要保留标号不能被重用。新添加的字段必须是 optional 或 repeated。因为旧版本程序无法读取或写入新增的required 限定符的字段。

编译器为每一个消息类型生成了一个.java 文件，以及一个特殊的 Builder 类（该类是用来创建消息类接口的）。如：UserProto.User.Builder builder =
UserProto.User.newBuilder();builder.build()；

Netty 中的使用：ProtobufVarint32FrameDecoder 是用于处理半包消息的解码类；ProtobufDecoder(UserProto.User.getDefaultInstance())这是创建的 UserProto.java 文件中的解码类；ProtobufVarint32LengthFieldPrepender 对 protobuf 协议的消息头上加上一个长度为32 的整形字段，用于标志这个消息的长度的类；ProtobufEncoder 是编码类将 StringBuilder 转换为 ByteBuf 类型：copiedBuffer()方法

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二、Netty 的零拷贝实现？

Netty 的接收和发送 ByteBuffer 采用 DIRECT BUFFERS，使用堆外直接内存进行 Socket 读写，不需要进行字节缓冲区的二次拷贝。堆内存多了一次内存拷贝，JVM 会将堆内存Buffer 拷贝一份到直接内存中，然后才写入 Socket 中。ByteBuffer 由 ChannelConfig 分配，而 ChannelConfig 创建 ByteBufAllocator 默认使用 Direct Buffer

CompositeByteBuf 类可以将多个 ByteBuf 合并为一个逻辑上的 ByteBuf, 避免了传统通过内存拷贝的方式将几个小 Buffer 合并成一个大的 Buffer。addComponents 方法将 header与 body 合并为一个逻辑上的 ByteBuf, 这两个 ByteBuf 在 CompositeByteBuf 内部都是单
独存在的, CompositeByteBuf 只是逻辑上是一个整体

通过 FileRegion 包装的 FileChannel.tranferTo 方法 实现文件传输, 可以直接将文件缓冲区的数据发送到目标 Channel，避免了传统通过循环 write 方式导致的内存拷贝问题。

通过 wrap 方法, 我们可以将 byte[] 数组、ByteBuf、ByteBuffer 等包装成一个 Netty
ByteBuf 对象, 进而避免了拷贝操作。

Selector BUG：若 Selector 的轮询结果为空，也没有 wakeup 或新消息处理，则发生空轮询，CPU 使用率 100%，

Netty 的解决办法：对 Selector 的 select 操作周期进行统计，每完成一次空的 select 操作进行一次计数，若在某个周期内连续发生 N 次空轮询，则触发了 epoll 死循环 bug。重建
Selector，判断是否是其他线程发起的重建请求，若不是则将原 SocketChannel 从旧的
Selector 上去除注册，重新注册到新的 Selector 上，并将原来的 Selector 关闭。

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总结

1. 如何选择序列化协议？
2. Netty 的零拷贝实现？